第2節(jié)牛頓第二定律

1、第 2節(jié) 牛頓第二定律教學(xué)課題牛頓第二定律必修1 司南版（山東科技出版社）第六章第二節(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)分析普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)選修1模塊的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中涉及本節(jié)的內(nèi)容有“通過實(shí)驗(yàn)，探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系。理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律，用牛頓定律解釋生活中的有關(guān)的問題。認(rèn)識單位制在物理學(xué)中的重要意義。知道國際單位制中的力學(xué)單位?！北竟?jié)課學(xué)習(xí)任務(wù)主要有通過實(shí)驗(yàn)測量加速度、力、質(zhì)量，分別作出表示加速度與力、加速度與質(zhì)量的關(guān)系的圖象，根據(jù)圖象寫出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系式。體會(huì)探究過程中所用的科學(xué)方法。通過定律的探究過程，滲透物理學(xué)研究方法（運(yùn)用控制變量法、實(shí)驗(yàn)歸納法研究三個(gè)變量的關(guān)系），是整個(gè)物理教學(xué)的重要內(nèi)容

2、和任務(wù)。應(yīng)使學(xué)生明確對于牛頓第二定律應(yīng)深入理解、全面掌握，即理解個(gè)物理量和公式的內(nèi)涵和外延。重點(diǎn)難點(diǎn)分析1、同時(shí)講清實(shí)驗(yàn)裝置、原理，讓學(xué)生體會(huì)到物理的研究的方法。做好實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察并讀取數(shù)據(jù)，從而有說服力的歸納出牛頓第二定律，因此，熟練且準(zhǔn)確的操作實(shí)驗(yàn)就是本課的重點(diǎn)。2、深入理解牛頓第二定律是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)學(xué)情分析學(xué)生在初中物理中和高中物理前面的章節(jié)中已學(xué)習(xí)了牛頓第一定律（慣性）的知識，這些都為本節(jié)學(xué)習(xí)準(zhǔn)備了知識基礎(chǔ)；本章導(dǎo)入“跨越失控的對話”，通過比較三個(gè)代表人物對力與運(yùn)動(dòng)問題的觀點(diǎn)，激發(fā)了學(xué)生進(jìn)一步探索的求知欲。牛頓第二定理通過加速度把物體的運(yùn)動(dòng)和受力緊密的聯(lián)系在一起，使前三章構(gòu)成一個(gè)

3、整體，是解決力學(xué)問題的重要工具。應(yīng)使學(xué)生明確對于牛頓第二定律應(yīng)深入理解、全面掌握，即理解個(gè)物理量和公式的內(nèi)涵和外延。因此在課堂上要通過多種方法和包括計(jì)算機(jī)模擬、視頻錄像等多媒體教學(xué)手段，為學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情景。教學(xué)目標(biāo)知 識與技能1學(xué)會(huì)用控制變量法探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系；2能熟練地應(yīng)用圖象法分析處理數(shù)據(jù)；3理解牛頓第二定律的內(nèi)容，知道定律的確切含義；4會(huì)應(yīng)用牛頓第二定律解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象，并能運(yùn)用牛頓第二定律進(jìn)行定量計(jì)算。5了解國際單位制的組成并知道力學(xué)單位制中的基本單位及導(dǎo)出過 程與方法1通過演示實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、歸納總結(jié)的能力；通過實(shí)際問題的處理，培養(yǎng)良好的書面表達(dá)能力

4、2滲透物理學(xué)研究方法的教育。實(shí)驗(yàn)采用的控制變量法對物體的a、F、m三個(gè)物理量的關(guān)系；運(yùn)用列表、畫圖法處理數(shù)據(jù)，使學(xué)生知道結(jié)論是如何得出；認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀1培養(yǎng)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)、有序的思維習(xí)慣。2在整個(gè)教學(xué)過程中，讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)、分析、研究等方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。教學(xué)媒體運(yùn)用1分組實(shí)驗(yàn)：木板、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、細(xì)線、鉤碼、天平、刻度尺、紙帶。2圖片展示：跳高冠軍沫蟬（附資料介紹）3視頻錄像片段：原始火車與馬車賽跑場面（可用圖片代替）。PPT教學(xué)演示課件課時(shí)安排2節(jié)課連排教 學(xué) 程 序 設(shè) 計(jì)教學(xué)程序教 師 活 動(dòng)學(xué)生活動(dòng)教

5、學(xué)資源創(chuàng)設(shè)情境引入新課提出問題：火車與馬車賽跑，誰比較快？答案可能多種：由生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，大部分學(xué)生想當(dāng)然認(rèn)為是火車快展示圖片或播放視頻播放視頻：1814年，英國人斯大林蒂芬遜制造出世界上第一輛蒸氣機(jī)車，當(dāng)時(shí)有人駕著一國輛馬車和它賽跑。新生的火車丑陋笨重。走得很慢，漂亮的馬車驕傲地跑在彰面。而且火車由于沒裝彈簧，把路基都震壞了。然而斯蒂芬遜并沒因比賽失敗而灰心，他不斷改進(jìn)機(jī)車，堅(jiān)信火車具有馬車所無法媲美的前途。與生活經(jīng)驗(yàn)沖突引發(fā)思考為什么呢？師分析：在相同的位移內(nèi)，初速度都為零，根據(jù)，只要加速度大，時(shí)間就小，比較快。說明：馬車的加速度比火車的加速度大為什么呢？師進(jìn)一步引導(dǎo)，拋出問題：影響加速度大

6、小的因素有哪些？陷入思考，重新分析發(fā)現(xiàn)：馬車盡管拉力小，但是質(zhì)量也?。换疖?yán)Υ?，但是質(zhì)量也大。再從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)：A、用不同的力推同一輛車，B、用相同的力推不同的空車和滿載的車。學(xué)生討論提出假設(shè)：物體所獲得的加速度，由它的質(zhì)量和它所受到合外力共同決定。各新課教學(xué)新課教學(xué)新課教學(xué)新課教學(xué)新課教學(xué)新課教學(xué)如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)這一假設(shè)是否正確？思考、討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制變量法教學(xué)假設(shè)加速度a與質(zhì)量m及合外力F都有關(guān)，要確定它們的關(guān)系，就必須運(yùn)用控制變量法，保持其中一個(gè)量不變，研究另兩個(gè)量的關(guān)系。1、 保持質(zhì)量不變，探究加速度與外力的關(guān)系2、 保持外力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系其中，m與F都有直接

7、測量的工具；a雖不能直接測量，但可以利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)，通過計(jì)算得出物體運(yùn)動(dòng)的加速度學(xué)生思考設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（方案一）以小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、長木板、細(xì)線、小桶、鉤碼、砝碼、刻度尺、天平為器材，研究小車的運(yùn)動(dòng)。用天平測出小車的質(zhì)量M，算出砝碼的總重力當(dāng)作小車受到的拉力F，從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上測出S，由S=T2計(jì)算出小車的加速度。木板、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、細(xì)線、鉤碼、天平、刻度尺、紙帶討論該方案分析有摩擦力存在，為了使小車所受的拉力約等于鉤碼重力，以及如何消除摩擦力的影響？將木板無滑輪的一端墊高，用重力的分力來抵消摩擦力，以使小車不掛重物時(shí)恰能勻速運(yùn)動(dòng)。可閱讀課本106-107第5

8、自然段的內(nèi)容。進(jìn)一步討論：鉤碼的重力大小一定等于小車所受合外力的大?。克伎及l(fā)現(xiàn)：小車和鉤碼都在運(yùn)動(dòng)，鉤碼的重力應(yīng)該是兩個(gè)物體的合外力。必要說明：只要重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小與小車的質(zhì)量，那么可近似認(rèn)為重物所受的重力大小等于小車所受合外力的大小。確定方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生認(rèn)清實(shí)驗(yàn)誤差（系統(tǒng)誤差）1、加速度與物體受力的關(guān)系（保持質(zhì)量不變）表一師巡視指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a（m/s2）小車受力F（N）1232、加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系（保持外力不變）表二：師巡視指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a（m/s2）小車質(zhì)量m/kg123根據(jù)所的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作圖。利用圖象處理數(shù)據(jù)是一種常用的重要方法。將實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)通過描點(diǎn)作圖，可以非常直

9、觀地看出兩個(gè)物理量的關(guān)系，也可以有效地減少實(shí)驗(yàn)誤差，確定并排除實(shí)驗(yàn)中測得的一些錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。圖一：aF圖象oaFF 師巡視指導(dǎo)圖二：am圖象oam 圖三：a-圖象oa1/m 學(xué)生總結(jié)得出如下結(jié)論。1、當(dāng)保持m不變時(shí)，a與F成正比。2、當(dāng)保持F不變時(shí)，a與m成反比。（老師指定的或?qū)W生自愿，具有代表性的小組發(fā)言。每個(gè)小組發(fā)言后進(jìn)行師生共同評價(jià)，特別是對圖象畫的情況進(jìn)行評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生今后應(yīng)注意些什么）教師：牛頓在進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)上述兩個(gè)結(jié)論都是正確的，并綜合得出 或 這就是著名的牛頓第二定律。用文字可表述為：物體的加速度跟它所受的合外力成正比，跟它的質(zhì)量成反比。（學(xué)生回答，教師板書）教師：如果把上

10、述的綜合結(jié)論寫成等式，應(yīng)是 。那么這里的比例系數(shù)k應(yīng)取何值呢？這就跟各物理量所使用的單位有關(guān)了。還記得初中就學(xué)過的力的單位嗎？學(xué)生：是牛頓，用N表示。教師：實(shí)際上，這個(gè)單位就是根據(jù)牛頓第二定律規(guī)定的，即把可以使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力規(guī)定為1N。所以 1N = 1 kgm/s2因此，當(dāng)F、m、a三個(gè)物理量都采用國際單位制時(shí)，k = 1，公式可簡化為（板書）運(yùn)用公式解釋：鈦合金具有密度小，硬度大，同樣的體積，相對其他材料，質(zhì)量小的特點(diǎn)，用在制造飛機(jī)上，同樣的牽引力，產(chǎn)生較大的加速度。學(xué)有所用有人在飛機(jī)埸的跑道上曾嘗試過讓戰(zhàn)斗機(jī)和賽車進(jìn)行比賽，結(jié)果戰(zhàn)斗機(jī)在跑道上（騰空之前）的加速

11、度仍大于賽車的加速度，賽車的質(zhì)量比戰(zhàn)斗機(jī)的小，為什么加速度反而不如戰(zhàn)斗機(jī)的加速度大呢？這本節(jié)的實(shí)驗(yàn)相矛盾嗎？學(xué)生自己嘗試解決力學(xué)單位制教師：對物理量單位的規(guī)定是一件大事，關(guān)系到國際科學(xué)技術(shù)的交流和商業(yè)的往來，必須有一個(gè)國際的標(biāo)準(zhǔn)。請閱讀課本“力學(xué)單位制”的內(nèi)容。并發(fā)表自己的見解或提出疑問。教師：就學(xué)過的物理量中，有哪些物理量的單位是導(dǎo)出單位？學(xué)生可能回答（比如：速度m/s、密度kg/m3、壓強(qiáng)Pa等）在本教材中統(tǒng)一采用國際單位制單位，所以以后在用公式進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，如果已知量都采用國際單位制單位，計(jì)算結(jié)果也必然是國際單位制單位。因此，在計(jì)算時(shí)所列的等式中就不必一一寫出每個(gè)物理量的單位，只要在計(jì)

12、算結(jié)果的數(shù)據(jù)后面正確寫出待求量的單位就可以了。（示范解題）注意規(guī)范介紹：根據(jù)自然雜志報(bào)道：最新研究顯示，身體僅6mm長的昆蟲沫蟬，最高跳躍高度可達(dá)70cm，這相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)身高男性跳過210m高的摩天大樓，其跳躍能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們以前所認(rèn)為的自然界跳高冠軍跳蚤。當(dāng)沫蟬起跳時(shí)，加速度可達(dá)到4000m/s2。求它起跳時(shí)所承受的地面對它的支持力是其體重的多少倍？作業(yè)布置作業(yè)：（1）P113第36題教學(xué)設(shè)計(jì)點(diǎn)評本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)的思路是：首先從生活實(shí)際出發(fā)，展示不同車子的啟動(dòng)視頻，提出物體的加速度是由哪些因素決定的這個(gè)問題，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己已有的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性探究，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生

13、應(yīng)用控制變量法進(jìn)行定量探究，讓學(xué)生經(jīng)歷自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、全班合作處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論的過程，最后總結(jié)出牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。體現(xiàn)新課程以學(xué)生為主體的理念。在探究過程中重視以下因素：1猜想假設(shè)、2制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)、4分析與論證、5交流與合作。本實(shí)驗(yàn)的誤差來源：因原理不完善引起的誤差，本實(shí)驗(yàn)用砂和砂桶的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際小車所受的拉力要小于砂和砂桶的總重力，這個(gè)砂和砂桶的總質(zhì)量越接近小車和砝碼的總質(zhì)量，誤差越大，反之砂和砂桶的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的總質(zhì)量，由此引起的誤差就越小因此滿足砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量