2021学年第四章 牛顿运动定律3 牛顿第二定律教案

这是一份2021学年第四章 牛顿运动定律3 牛顿第二定律教案，共9页。
福建省石狮市石光华侨联合中学 刘一农
一．学习任务分析
1．教材的地位和作用
牛顿第二定律是在实验基础上建立起来的重要规律，它是动力学的核心规律，也是学习其它动力学规律的基础。在《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理1”中涉及本节的内容有：“通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系，理解牛顿第二定律。”本条目要求学生通过实验，探究加速度、质量、力三者的关系，强调让学生经历实验探究过程。
2．学习的主要任务：
本节的学习任务类型是综合型。在知识上要求知道决定加速度的因素、理解加速度、质量、力三者关系；在技能上要求能设计和操作实验，会测定相关物理量；体验性上要求经历探究活动、尝试解决问题方法、体验发现规律过程，体会科学研究方法——控制变量法、图象法的应用。
3．教学重点和难点：
重点：①．知道决定物体加速度的因素。 ②．加速度与力和质量的关系的探究过程。
教学难点：
引导学生在猜想的基础上进行实验设计，提出可行的实验方案、完成实验并得出实验结果。
二．学习者情况分析
在学习这一内容之前，所教的学生已经掌握了力、质量、加速度、惯性等概念；知道质量是惯性的量度、力是改变物体运动状态的原因；会分析物体的受力。已具备一定的实验操作技能，会用气垫导轨与光电测时系统或打点计时器研究匀变速直线运动；具备一定的计算机操作能力，会应用CAI课件处理实验数据。学生对物理学的研究方法已有一定的了解，在自主学习、合作探究等方面的能力有了一定提高。
在非智力因素方面，学生学习积极主动，对学习物理有较浓厚兴趣；有较强的好奇心和求知欲，乐于探究自然界的奥秘；敢于坚持正确观点，勇于修正错误；喜欢和同龄人一起学习，有将自己的见解与他人交流的愿望，具有团队精神。
三．教学目标分析
根据上述对学习任务和学习者情况的分析，确定本节课教学目标如下：
1．知识与技能目标：
①．让学生明确物体的加速度只力与和质量有关，并通过实验探究它们之间的定量关系；
②．培养学生获取知识和设计实验的能力；
2．过程与方法目标：
①．让学生体会探究过程
②．在探究过程中，渗透科学研究方法（控制变量法、实验归纳法、图象法等）；
3．情感、态度、价值观目标：
①．通过学生之间的讨论、交流与协作探究，培养团队合作精神。
②．让学生在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，增进学习物理的情感。
四．教材处理与教学策略
在教材处理上把牛顿第二定律分为两个学时。第一学时主要的任务是：探究加速度与力、质量的关系；第二学时主要的任务是：建立牛顿第二定律并进行初步的应用。本节课是第一学时，主要采用以下的教学策略：
1．自主学习与合作探究
改演示实验为学生分组探究实验。让学生在自主学习中，通过对认知活动进行自我监控，并及时作出相应的调整。小组（4—6人一组），小组间的合作探究可以同时培养学生的合作精神和竞争意识，让不同层次的学生都能有所作为，有所收获。
教师的策略是宏观调控整体教学进度，微观放活学生局部学习进程，让学生的学习有组织、有步骤地进行。
2．现代教学手段与启发式
在课堂中采用多媒体课件作为辅助手段，创设物理情景，启发引导学生，帮助学生建立形象直观的认识，调动学生学习的积极性；同时利用CAI课件和校园网络处理实验数据，能有效地提高学习效率。
五．教学器材
教学设备：多媒体教室、课件
学生分组实验器材（探究包）：气垫导轨、气源、两个光电门和与之配套的数字计时器，滑块、滑片、细线、小桶、天平、砝码、细沙、弹簧秤、小车、木块、钩码、一端带有滑轮的长木板、打点器、纸带、秒表、毫米刻度尺、垫木 、橡皮筋等。
六．教学过程设计
（一）．创设情景、引入新课
视频展示：刘翔在雅典奥运会夺金的情景。
教师：在决赛时，刘翔将自己身上一切戴的东西像手表、项链等都摘了下来，穿最轻的跑鞋。这样做的科学道理在哪里？
预测 学生讨论后得出的结论可能是：
质量越小，运动状态越容易改变，也就是说在相同的情况下，物体获得的加速度就越大。
说明 通过视频展示创设物理情景，激发学生的学习兴趣，同时渗透德育教育。
（二）．提出猜想
教师：那么、物体的加速度与哪些因素有关呢?请同学们从生活经验出发提出自己的看法，并举例说明。（同时教师利用课件提供一些图片，对学生进行启发。）
（附图片内容如下：
★ 为何体操，跳水运动员的身材都比较苗条、瘦小？
★ 从防止发生交通事故的角度考虑，说一说反超载的道理？
★ F1方程式赛车的质量只有一般小轿车质量的三分之一，这样做有什么好处？
★ 神舟五号飞船返回仓返回时为何要打开降落伞？）
预测 学生有代表性的回答可能有以下几方面：（教师在学生分析的过程中板书归纳。）
1．与物体受到的外力的关系：
①．与物体受到的外力有关；例如：骑自行车刹车：用力刹车时，用的力越大、车越容易停下来，即：阻力越大，自行车减速的加速度越大。
②．与物体受到的外力无关；例如：用大小不一样的力推大石头，推不动，运动状态不变，加速度为零。
③．应该是与物体受到的合外力有关；分析如下：用大小不一样的力推大石头，推不动，是因为大石头同时受到摩擦力的作用，受到合外力为零，因此、加速度也为零。
……
2．与物体质量的关系：
与物体的质量有关；例如：人分别用相同的力推自行车和摩托车时，自行车比较容易加速启动，而摩托车则较难。也就是说在相同的情况下，质量较小的自行车获得的加速度就较大。
……
3．与物体运动的速度的关系
①．与物体的速度有关；例如：速度大的物体较不容易停止运动，而速度小的物体较容易天下来。
②．与物体的速度无关；例如：做匀速直线运动的物体不论速度大小，加速度都为零。
③．与物体的速度无关；分析如下：加速度是描述速度变化快慢的物理量，从公式可
知，加速度与速度的大小无关。
……
教师：引导学生总结得出猜想：物体的加速度只与它所受合外力F和物体本身的质量m有关。
说明 学生在生活中对“影响物体加速度大小的因素”有所认识，但这些认识往往是片面的、不准确的。因此要让学生充分地表达已有的认识，在这过程中教师利用课件提供一些图片，对学生进行启发，引导他们不断修正自己的观点，从而形成对科学的认识。
教师：引导学生结合前面学习的知识（牛顿第一定律等），讨论猜想的科学依据所在，从而确定：物体的加速度只与它所受合外力F和物体本身的质量m有关。
说明 让学生从理论的角度加以分析有利于培养学生理论联系实际的能力，有利于培养学生的逻辑思维能力。
引导学生深入探究： 与F和m的定量关系。
（三）．探究α与F、m的定量关系
1．确定研究方法
教师：我们应该采用什么样的物理方法来研究与F、m的定量关系呢？
预测 学生的分析可能如下：
分两步进行研究：
①．保持研究对象的质量m一定时，研究加速度和合外力F的关系；
②．保持研究对象受到的合外力F一定时，研究加速度和质量m的关系。
然后综合两次的研究结果，进行推理和归纳，便可找出与m、F三者之间存在的关系。
……
教师在确定研究方法后，简单地介绍“控制变量法”。
说明 初中阶段学生曾多次应用过控制变量法。如果学生回答有误，教师启发学生回忆：研究电流与电压和电阻这三者关系所采用的方法。
2．设计实验方案
教师进一步引导学生设计实验方案。
让学生以小组为单位设计探究方案：包括使用哪些实验器材，如何进行操作，如何采集数据等？（要求学生把设计的方案简要地写在纸上）。
教师巡视给予必要的指导。
……
选择较有代表性方案的小组派代表上台简要叙述本组设计的方案（用实物投影仪把学生写在纸上的方案投影出来），让全班同学进行交流。大家在互相启发、补充的过程中形成较为完善的方案。
预测 学生设计的实验方案可能是：
方案一：用小车、电火花打点计时器、纸带、长木板、细线、小桶、钩码、天平、砝码、刻度尺、垫木等器材，研究小车的运动。用天平分别测出小车的质量M，测出小桶的质量与小桶中砝码m1，把小桶与小桶中砝码的总重力m1g当作小车受到的拉力F，从打点计时器打出的纸带上测量并算出△S，由△S=αT2计算出小车的加速度α。
方案二：以气垫导轨、气源、两个光电门、数字计时器、滑块、滑片、刻度尺、细线、小桶、砝码、天平为器材研究滑块的运动。用天平测出滑块和滑片的质量滑块M，测出小桶与小桶中砝码的质量m1，把小桶与小桶中砝码的总重力m1g当作滑块受到的拉力F，用光电门和数字计时器自动测出滑块运动经过两个光电门时的速度、，以及这一过程所用的时间t，再通过公式算出滑块的加速度。
……
说明 ①．在学生交流讨论实验设计的方案中，要有较充分的时间让他们对各种方案阐述自己的观点，反思方案中的问题，同时教师要参与学生的讨论分析，启发引导学生形成较为完善的实验方案。②．同时应注意有些学生可能有别的方案，要鼓励和认真对待，在课堂时间不足的情况下，可在课外指导学生去探究。③．在设计测拉力的方法时，教师要告诉学生：把小桶与小桶中砝码的总重力m1g当作研究对象受到的拉力F1 ，这是有条件的，即m1＜＜M。同时可以把这一条件作为学生的课外探究课题。④．在实验中，只需测出小桶的质量，然后通过加减小桶中砝码的质量来改变对研究对象的拉力，这可以节约测量砝码所需的时间。
（对待探究能力较差的学生可采用以下的引导方式：
教师：我们先研究加速度和外力F的定量关系。（即保持研究对象的质量m一定时，研究加速度和外力F的数量关系。）
教师进一步引导，使学生明确要在实验中研究、F的定量关系，必须想办法控制研究对象的质量不变的同时，测出加速度和外力F的值。
那么，我们应该如何把它付诸实施呢？你打算用哪些实验器材，怎样操作？应该测量哪些物理量，如何测量？请同学们根据课桌上放着的实验器材或者课桌上没有的实验器材，以小组为单位讨论设计一个探究方案。大家再交流。
为了让学生更有针对性地进行实验方案设计，把印好的探究任务表格分发给各组。
学生分组讨论、设计探究方案（要求学生把设计的方案简要地填写在表格上）。
让各小组派代表上台简要叙述本组的设计方案（用实物投影仪把学生写在表格上的方案投影出来），让全班同学进行交流。在大家互相启发、补充的过程中形成较为完善的方案。
可能的讨论如下：
学生可能提出的方案一：以小车、打点计时器、纸带、长木板、细线、弹簧称、刻度尺为器材，研究小车的运动。
教师引导学生讨论这一方案的可行性，让学生踊跃发表自己见解。
学生：要测加速度就必须施加外力使小车作匀加速直线运动。我用测力计测量力，用打点计时器测量加速度。
教师：其他同学对这个方案有什么意见？
学生：用手拉弹簧秤测量力，由于要使小车做匀加速运动，力的大小会出现变化，较难控制一定，不易测量。
教师：其他同学还有别的测量力的方法吗？
学生：用钩码通过细线拉动小车，拉力不会变化，可将钩码的重力视作外力F，改变外力F只需改变钩码的重 (质量)即可。
教师：大家认为可行吗？有问题请提出！
学生：……
教师：更加精确的计算表明：只有在重物的质量m远小于小车的质量M时，才可近似认为重物所受的重力等于小车的拉力，即：拉力F≈mg。
学生：要求重物的质量m远小于小车的质量M，而用钩码拉动小车，相比之下，钩码的质量偏大。因此，要求改用质量相对较小的小沙桶。
教师：其他同学对这个方案还有意见（不同想法）吗？
教师启发：当小沙桶的质量远小于小车的质量时，小车与木版间的摩擦阻力就不能忽略了，这个问题如何解决？也就是说要如何消除摩擦力的影响？
教师启发学生。
学生：我采用将木版无滑轮的一端稍微垫高一些，用重力的分力来抵消摩擦力，直到小车不挂重物时能匀速运动为止。
教师：大家认为可行吗？其他同学还有什么不同的想法吗？
学生：……
教师：小桶和沙的质量m1可用天平测出，这样的测量较为费时，是否有其它方法可以更快地知道提供拉力的物体的质量呢？
学生讨论后回答：先测出小桶的质量，用砝码来代替细沙，这就可以节约实验时间。
……
师生共同确定方案一如下：用小车、打点计时器、纸带、长木板、细线、小桶、钩码、天平、砝码、刻度尺、垫木等器材，研究小车的运动。用天平测出小桶的质量m1，把小桶与小桶中砝码的总重力m1g当作小车受到的拉力F，从打点计时器打出的纸带上测量并算出△S，由△S=αT2计算出小车的加速度α。并通过改变小桶和砝码的质量m1来改变拉力的大小，每次实验时分别由测出的物理量算出其拉力F和加速度，就能判断加速度和物体受力之间存在的定量关系。
可能方案二：
教师：其他同学还有不同的设计方案吗？
教师从如何更好消除摩擦力的影响，并有效地测出加速度方面考虑，引导启发学生应用气垫导轨可以更有效的消除摩擦力的影响。
学生提出用气垫导轨和打点计时器组成的系统进行研究的方案。在教师的引导下学生通过讨论从而否定方案的可行性（不好操作和纸条受到气垫导轨气流影响较大）。
教师向学生介绍气垫导轨和光电门测时系统的优点及其使用。
引导学生应用气垫导轨和光电门系统做为实验器材来研究。
师生共同确定方案二如下：
以气垫导轨、气源、两个光电门、数字计时器、滑块、滑片、刻度尺、细线、小桶、砝码、天平为器材研究滑块的运动。用天平测出小桶的质量m1，把小桶与小桶中砝码的总重力m1g当作滑块受到的拉力F，用光电门和数字计时器测出滑块运动经过两个光电门时的速度、，以及这一过程所用的时间t，再通过公式算出滑块的加速度。并通过改变小桶和砝码的质量m1来改变拉力的大小，每次实验时分别由测出的物理量算出其拉力F和加速度，就能判断加速度和物体受力之间存在的定量关系。
……）
3、进行实验探究和数据处理
①．引导学生从实验误差、实验操作等方面来分析比较两种方案的差别。
师生共同确定用“方案二”进行实验探究，同时确定实验的具体步骤和注意事项。并用课件显示实验的具体步骤和注意事项。
说明 “方案二”便于操作，且实验误差较小。用课件显示具体的实验步骤，有助于学生较为规范地完成实验。
②．介绍并演示CAI课件的功能
Ⅰ．数据计算：将测出、、t等数据输入计算机的数据处理表格后、计算机将自动算出相应的加速度，将m1输入计算机后将自动算出合外力F；Ⅱ．自动描点连线制图的功能；Ⅲ．通过网络可达到数据共享。
③．学生以小组为单位，分工合作进行实验探究，并把实验数据输入计算机（使用移动PC并接入校园网）。
教师巡视，注意学生仪器使用是否得当，必要时给予指导。
④．调用多组学生的实验数据，让学生分析与F、与m的定量关系。
初步得出：与F成正比，与m成反比（与1/m成正比）。
⑤．引导学生应用CAI课件，采用图象法处理实验数据。
师生共同得出结论：与F成正比、与m成反比。
说明 在CAI课件中定义坐标轴的数值和单位，同时调用已存的实验数据，计算机将在坐标系中自动描点、连线得到实验数据的关系图象，由此判断数据的关系。其中与m的关系可转变为与1/m的关系来做图。
（四）．回顾总结 深化认识
学生回顾本节课的探究过程以及探究过程中使用的物理思想和方法，归纳总结这节课的知识要点，提出自己在学习中存在的疑问。
教师答疑，深化知识。
七．本设计主要特点：
本节课教学设计注重学生学习过程的亲身体验，体现了“做中学”和“关注学生能力发展”的教学思想。其主要特点是：
1．本节课把牛顿第二定律分为两个课时，改演示实验为学生分组探究实验，让学生有较充分的时间进行实验探究，有利于培养学生的能力。
2．利用CAI课件和网络来处理实验数据，能节约时间，提高学习效率；同时在课堂中采用多媒体课件做为辅助手段，创设物理情景，启发引导学生，帮助学生建立形象直观的认识，有利于调动学生学习的积极性。
3．在学法上突出学生自主发现问题，开展合作探究，进行实验探索，引导分析总结等以学生为主体的特点。尤其关注课堂教学过程中学生个体差异产生新的教学资源并较好地进行利用，运用评价手段不断引导学生学习，较好地将新课程理念结合于教学实际中。
本节课教学设计内容充实，在实验操作能力分析归纳能力层面上对学生要求较高，课堂中学生出现的不确定因素也较多，要求教师要有较高的驾驽课堂能力。
视频展 示
刘翔在雅典奥
运会夺金的情景
开始
提出猜想：与哪些因素有关
良好
回答不清
课件
提供图片（事例）
学生思考
学生列举事实进行猜想
教师判断
师生从理论的角度加以分析
结论：与F、m有关
师生共同确定研究方法
探究α与F、m的定量关系
初步确定实验方案
师生共同选择实验方案，确定实验的具体步骤和注意事项。
回答不清
良好
教师引导
归纳补充
设计实验方案
学生思考，补充完善实验方案
学生设计实验方案
实物投影仪器
学生介绍设计的实验方案
八．教学流程图：
CAI课件
介绍并演示CAI课件的功能（处理数据）
教师巡视，注意学生仪器使用是否得当，必要时给予指导。
课件
显示实验的具体步骤和注意事项
学生以小组为单位，分工合作进行实验探究，并把实验数据输入计算机
结论：与F成正比、与m成反比
课件
总结结论
结束
教师答疑、深化知识
学生回顾本节课的探究过程，归纳总结知识要点，提出疑问。
CAI课件
学生利用课件作出与F、与1/m的关系图象图象
学校
网络
调用多组学生实验数据，让学生分析与F、与m的定量关系。
附：图中符号说明
媒体的使用
开始与结束
教师活动与教学内容
学生活动
教师逻辑判断