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2020-2021学年3 牛顿第二定律教学设计
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这是一份2020-2021学年3 牛顿第二定律教学设计，共7页。教案主要包含了实验探究-----a，力学单位制等内容，欢迎下载使用。
点评：
本节教案的设计知识线索系统性、逻辑性和启发性强，教学活动的设计：创设情境提出问题，定性猜测a与F、M的关系，设计实验验证猜想的实验方案，讨论方案的可行性，选择实验用方案，限制变量，实施操作，得出结论，活动方式的设计跟教学内容的特点相匹配。
本节课的特色：完全在老师指导下由学生实验探究得出重要的物理规律，让学生体验物理规律得出的全过程，激发学生探究物理现象的热情和兴趣。数据处理使用电脑，既快速又准确和直观。
课 题
牛顿第二定律
设计思想
《牛顿第二定律》是一节规律教学课，是本章的核心内容。本节课是在学生已经知道了“力是产生加速度原因”的基础上，进一步对加速度的决定因素的深度探究和理解。课程设计希望通过学生分组实验探究的形式展开对物体加速度与力和质量的关系的探究，从而得到牛顿第二定律。
本节课的突破点在于：在设计时采取了学生分组实验探究的形式，即通过学生的实验探究得到物理规律。这种学习形式既符合学生对物理规律的认知过程同时又充分重视了学生在学习中的主体地位。
这节课的关键环节是：教师如何引导学生设计实验方案，并利用控制变量的实验方法探究a、F、m三个物理量的关系，以及利用图像的方法处理数据。在教学过程中可采用引导学生体会这样一个探究过程：即“提出问题——猜想与假设——设计实验——实验实施——分析处理数据”，教师在这个环节中只是一名引导者，学生是参与探究的主体。
学生探究实验的成功体验，之后的牛顿第二定律的得出就是水到渠成了。本教材不同于以往的还有就是把力学单位制放在了牛顿第二定律之后，这样的安排一方面提高了这部分知识的重要性，通过力学单位制的学习，让学生能够体会到物理学到物理学的关系式确定了物理量的关系。
教学目标
知识与技能：
1、设计实验探究加速度与力和质量的关系；
2、学会应用控制变量法研究物理问题；
3、应用excel软件绘图并分析处理数据；
4、得出牛顿第二定律的内容及表达式，知道定律的确切含义；
5、能够应用牛顿第二定律解释生活中的相关现象，并能运用牛顿第二定律进行定量计算；
6、知道国际单位制的组成，并知道力学单位制中的基本单位及导出单位。
过程与方法：
1、经历科学探究的过程，尝试应用控制变量法研究加速度与力和质量的关系；
2、通过探究实验得到a、F、m三个物理量的关系，并体会运用列表、excle画图法处理数据的数据处理方法；
3、认识到实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法。
情感态度与价值观：
在整个实验探究过程中，能够体会到参与科学研究的快乐，发展对科学的好奇心和求知欲，培养勇于创新和实事求是的科学态度。
有主动与他人合作的精神，又将自己的见解与他人交流的愿望，具有团队合作精神。
了解科学发展的历史过程，体会科学发展对于全人类文明发展和交流的积极意义。
教学重点
找出决定物体加速度的决定因素；
加速度与力和质量关系的探究过程的设计及操作；
知道力学单位制的相关知识。
教学难点
1、合外力大小的确定，平衡摩擦力；
2、加速度与质量之间的比例关系的确定。
教学资源
所需课时
1、分组实验：实验用合金板、小车、电火花打点计时器、电源、细线、钩码、刻度尺、纸带、砝码一盒、天平、弹簧测力计。
2、视频资料
3、ppt文件
2节课
教法设计
（例如讲授探究式、合作探究式、实验探究式、自主探究式、讲授式等）
教师引导学生分组实验探究
教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
课时1
创设情境
引入新课
新课教学
课时2
实验探究a、F、m的关系
视频展示：F1方程式赛车的起跑过程。
提出问题：赛车在开出起跑线的瞬间运动状态发生了怎样的变化？
由前面学过的知识，速度发生了变化是因为什么？
引导学生近一步思考：加速度是怎么产生的？ F1赛车比起一般的家用汽车质量要轻很多，这一设计是为什么？
提出猜想：加速度究竟有哪些因素决定呢？（结合生活中的实例）
例如：
1、不同大小的力分别推动质量不同的两个物体，加速度如何？
2、相同大小的力分别推动质量不同的两个物体，加速度如何？
引导学生进一步猜想：加速度与外力和质量可能存在着某种比例关系。
教师追问：以塞车起跑为例，这里提到的外力，指的是哪个力？
提出问题：如何设计一个实验来检验这一假设是否正确？
设计实验验证
假设加速度a与质量m及合外力F都有关，要确定它们的关系，就必须运用控制变量法，保持其中一个量不变，研究另两个量的关系。
制订实验方案时的两个问题
怎样提供并测量物体受到的外力？
怎样侧加速度？
（可能会有学生想到利用a=2x/t2，则a与x成正比，则若物体初速为零只需要测x即可。）
论证方案的可行性及学生可能没有提及的重要问题（若学生提到可在此引导学生一起做分析）
分析有摩擦力存在，为了使小车所受的拉力约等于钩码重力，那么如何消除摩擦力的影响？
结合板书画出受力分析图或利用做好的ppt演示小车的受力情况。
教师巡视
1、加速度与物体受力的关系（保持质量不变）
2、加速度与物体质量的关系（保持外力不变）
教师点评：利用图象处理数据是一种常用的重要方法。将实验中得到的数据通过描点作图，可以非常直观地看出两个物理量的关系，也可以有效地减少实验误差，确定并排除实验中测得的一些错误数据。
提出问题：如果我们不用计算机拟和图像而是用坐标纸描点作图，如何画出加速度与质量关系的图像使得二者的函数关系可以直接得出？
教师点评：根据巡视时的情况指出学生在操做实验过程中出现的一些问题。
以上内容为一课时。
牛顿第二定律
由上节课的分组实验探究得到结论，发现加速度与力和质量的关系可以表示为：
或
此即牛顿第二定律。
表述：物体的加速度跟它所受的合外力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。
如何表示成一个数学等式呢？
由 F=kma 得到 k=F/(ma)
提出问题：带着这个k我们是无法求出a的，怎么办？
如果1kg·m/s2=1N，则此时k=1。
实际上，牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律规定的，即把可以使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力规定为1N。所以 1N = 1 kg·m/s2
因此，当F、m、a三个物理量都采用国际单位制时，k = 1，公式可简化为：
应用正交分解的知识若将力分解为x、y方向上则表达式是：
力学单位制
教师提问：v=x/t a=v/t这两个式子中的物理量的单位分别是什么？
这说明物理学的关系式确定了物理量之间的关系。
学史介绍：在统一单位制之前，各国使用的单位制很多是相同，这样很不利于科学文化和经济的相互交流和发展。直到1960年第11届国际计量大会制订了一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制，国际单位制。简称SI制。其意义十分重大。
提出问题：单位制分为哪两类？举例说明。
国际单位制的基本单位，用大屏幕展示给学生：长度（米）、质量（千克）、时间（秒）、电流（安培）、热力学温度（开）、物质的量（摩）、发光强度（坎德拉）
说明：在本教材中统一采用国际单位制单位，所以以后在用公式进行计算的时候，如果已知量都采用国际单位制单位，计算结果也必然是国际单位制单位。因此，在计算时所列的等式中就不必一一写出每个物理量的单位，只要在计算结果的数据后面正确写出待求量的单位就可以了。
播放一段汽车试车的视频资料，做下面练习：
例：某质量为1100kg的汽车在平直路面试车，当达到100km/h的速度时关闭发动机，经70秒停下，汽车受到的阻力是多大？重新起步加速时牵引力为2000N，产生的加速度多大？假定试车过程中汽车受到的阻力恒定。
课后扩展：
1、请思考：我们怎么能从实验结果立即得出F=kma?可否用数学方法证明这一点？(P79小资料)
2、P79 5、6、7
学生回答：赛车由静止获得了速度。
因为赛车有了加速度。
学生分析： 加速度是由物体受到的外力产生的。质量小是为了获得更大的加速度。
学生猜想：由物体的受力和质量决定。
分析可得：
质量相同，力越大加速度越大；
力相同，质量越小加速度越大。
可能是：
学生明确：是合外力。
学生分组思考、讨论
阐明想法：（提出应用控制变量法）
保持质量不变，探究加速度与外力的关系
2、保持外力不变，探究加速度与质量的关系
学生分组思考设计实验并全班讨论：
以小车、打点计时器、纸带、长金属板、细线、小桶、钩码、砝码、刻度尺、天平、测力计为器材，研究小车的运动。用天平测出小车的总质量（小车、测力计、砝码之和）M，用测力计测出小车受到的拉力，从打点计时器打出的纸带上测出△S，由△S=αT2计算出小车的加速度α。（本节课采用此方案）
学生分析：
将板无滑轮的一端垫高，用重力的分力来抵消摩擦力，以使小车不挂重物时恰能匀速运动。
确定方案，设计数据记录表格，准备实验
将实验数据记录到设计好的表格中。
学生在电脑上绘图
并总结得出如下结论。
1、当保持m不变时，a与F成正比。
2、当保持F不变时，a与m成反比。
学生根据所得数据，描点作图。在此可利用计算机excel拟和图像。
学生在全班公布实验结果及分析相应的结论。
学生分析：可以绘制a-1/m图像，得到正比关系。
收拾实验器材。
学生深刻理解：
结合教材P78的三幅图应用牛顿第二定律解释。
学生分析：
F合x=max
F合y=may
学生回答：位移m，时间s，速度m/s，加速度m/s2。
学生阅读课本回答：
基本单位、导出单位。
学生举例说明一些导出单位：如密度kg/m3、压强Pa等
学生解答
生活实例，引起学生思考。
提出本节课的研究课题，引导学生大胆猜想a、F、m的三者关系。
引导学生设计实验方案，提出控制变量的研究方法。
学生提出实验设计方案，教师点评。
引导学生明确F的含义。
利用电脑辅助分析实验数据，渗透图像法处理实验数据的方法。
学会科学的猜测物理量间可能存在的函数关系。
深刻理解牛顿第二定律。解释生活中的实例。
了解相应的物理学发展史，体会物理知识的实际意义。
回归课本，引导学生会读读教科书会用教科书。
能够应用牛顿第二定律处理简单的物理问题。
板书设计
（右侧为副板书）
牛顿第二定律
一、实验探究-----a、F、m的关系 猜想：
m一定，探究a、F的关系
方法：控制变量法
F一定，探究a、m的关系
数据处理
牛顿第二定律
表述：物体的加速度跟它所受的合外力成正比，
跟它的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向
相同。 F=kma
k=F/(ma)
公式：F合=ma 1N = 1 kg·m/s2
三、力学单位制
例题解答
点评：
本节教案的设计知识线索系统性、逻辑性和启发性强，教学活动的设计：创设情境提出问题，定性猜测a与F、M的关系，设计实验验证猜想的实验方案，讨论方案的可行性，选择实验用方案，限制变量，实施操作，得出结论，活动方式的设计跟教学内容的特点相匹配。
本节课的特色：完全在老师指导下由学生实验探究得出重要的物理规律，让学生体验物理规律得出的全过程，激发学生探究物理现象的热情和兴趣。数据处理使用电脑，既快速又准确和直观。
课 题
牛顿第二定律
设计思想
《牛顿第二定律》是一节规律教学课，是本章的核心内容。本节课是在学生已经知道了“力是产生加速度原因”的基础上，进一步对加速度的决定因素的深度探究和理解。课程设计希望通过学生分组实验探究的形式展开对物体加速度与力和质量的关系的探究，从而得到牛顿第二定律。
本节课的突破点在于：在设计时采取了学生分组实验探究的形式，即通过学生的实验探究得到物理规律。这种学习形式既符合学生对物理规律的认知过程同时又充分重视了学生在学习中的主体地位。
这节课的关键环节是：教师如何引导学生设计实验方案，并利用控制变量的实验方法探究a、F、m三个物理量的关系，以及利用图像的方法处理数据。在教学过程中可采用引导学生体会这样一个探究过程：即“提出问题——猜想与假设——设计实验——实验实施——分析处理数据”，教师在这个环节中只是一名引导者，学生是参与探究的主体。
学生探究实验的成功体验，之后的牛顿第二定律的得出就是水到渠成了。本教材不同于以往的还有就是把力学单位制放在了牛顿第二定律之后，这样的安排一方面提高了这部分知识的重要性，通过力学单位制的学习，让学生能够体会到物理学到物理学的关系式确定了物理量的关系。
教学目标
知识与技能：
1、设计实验探究加速度与力和质量的关系；
2、学会应用控制变量法研究物理问题；
3、应用excel软件绘图并分析处理数据；
4、得出牛顿第二定律的内容及表达式，知道定律的确切含义；
5、能够应用牛顿第二定律解释生活中的相关现象，并能运用牛顿第二定律进行定量计算；
6、知道国际单位制的组成，并知道力学单位制中的基本单位及导出单位。
过程与方法：
1、经历科学探究的过程，尝试应用控制变量法研究加速度与力和质量的关系；
2、通过探究实验得到a、F、m三个物理量的关系，并体会运用列表、excle画图法处理数据的数据处理方法；
3、认识到实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法。
情感态度与价值观：
在整个实验探究过程中，能够体会到参与科学研究的快乐，发展对科学的好奇心和求知欲，培养勇于创新和实事求是的科学态度。
有主动与他人合作的精神，又将自己的见解与他人交流的愿望，具有团队合作精神。
了解科学发展的历史过程，体会科学发展对于全人类文明发展和交流的积极意义。
教学重点
找出决定物体加速度的决定因素；
加速度与力和质量关系的探究过程的设计及操作；
知道力学单位制的相关知识。
教学难点
1、合外力大小的确定，平衡摩擦力；
2、加速度与质量之间的比例关系的确定。
教学资源
所需课时
1、分组实验：实验用合金板、小车、电火花打点计时器、电源、细线、钩码、刻度尺、纸带、砝码一盒、天平、弹簧测力计。
2、视频资料
3、ppt文件
2节课
教法设计
（例如讲授探究式、合作探究式、实验探究式、自主探究式、讲授式等）
教师引导学生分组实验探究
教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
课时1
创设情境
引入新课
新课教学
课时2
实验探究a、F、m的关系
视频展示：F1方程式赛车的起跑过程。
提出问题：赛车在开出起跑线的瞬间运动状态发生了怎样的变化？
由前面学过的知识，速度发生了变化是因为什么？
引导学生近一步思考：加速度是怎么产生的？ F1赛车比起一般的家用汽车质量要轻很多，这一设计是为什么？
提出猜想：加速度究竟有哪些因素决定呢？（结合生活中的实例）
例如：
1、不同大小的力分别推动质量不同的两个物体，加速度如何？
2、相同大小的力分别推动质量不同的两个物体，加速度如何？
引导学生进一步猜想：加速度与外力和质量可能存在着某种比例关系。
教师追问：以塞车起跑为例，这里提到的外力，指的是哪个力？
提出问题：如何设计一个实验来检验这一假设是否正确？
设计实验验证
假设加速度a与质量m及合外力F都有关，要确定它们的关系，就必须运用控制变量法，保持其中一个量不变，研究另两个量的关系。
制订实验方案时的两个问题
怎样提供并测量物体受到的外力？
怎样侧加速度？
（可能会有学生想到利用a=2x/t2，则a与x成正比，则若物体初速为零只需要测x即可。）
论证方案的可行性及学生可能没有提及的重要问题（若学生提到可在此引导学生一起做分析）
分析有摩擦力存在，为了使小车所受的拉力约等于钩码重力，那么如何消除摩擦力的影响？
结合板书画出受力分析图或利用做好的ppt演示小车的受力情况。
教师巡视
1、加速度与物体受力的关系（保持质量不变）
2、加速度与物体质量的关系（保持外力不变）
教师点评：利用图象处理数据是一种常用的重要方法。将实验中得到的数据通过描点作图，可以非常直观地看出两个物理量的关系，也可以有效地减少实验误差，确定并排除实验中测得的一些错误数据。
提出问题：如果我们不用计算机拟和图像而是用坐标纸描点作图，如何画出加速度与质量关系的图像使得二者的函数关系可以直接得出？
教师点评：根据巡视时的情况指出学生在操做实验过程中出现的一些问题。
以上内容为一课时。
牛顿第二定律
由上节课的分组实验探究得到结论，发现加速度与力和质量的关系可以表示为：
或
此即牛顿第二定律。
表述：物体的加速度跟它所受的合外力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。
如何表示成一个数学等式呢？
由 F=kma 得到 k=F/(ma)
提出问题：带着这个k我们是无法求出a的，怎么办？
如果1kg·m/s2=1N，则此时k=1。
实际上，牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律规定的，即把可以使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力规定为1N。所以 1N = 1 kg·m/s2
因此，当F、m、a三个物理量都采用国际单位制时，k = 1，公式可简化为：
应用正交分解的知识若将力分解为x、y方向上则表达式是：
力学单位制
教师提问：v=x/t a=v/t这两个式子中的物理量的单位分别是什么？
这说明物理学的关系式确定了物理量之间的关系。
学史介绍：在统一单位制之前，各国使用的单位制很多是相同，这样很不利于科学文化和经济的相互交流和发展。直到1960年第11届国际计量大会制订了一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制，国际单位制。简称SI制。其意义十分重大。
提出问题：单位制分为哪两类？举例说明。
国际单位制的基本单位，用大屏幕展示给学生：长度（米）、质量（千克）、时间（秒）、电流（安培）、热力学温度（开）、物质的量（摩）、发光强度（坎德拉）
说明：在本教材中统一采用国际单位制单位，所以以后在用公式进行计算的时候，如果已知量都采用国际单位制单位，计算结果也必然是国际单位制单位。因此，在计算时所列的等式中就不必一一写出每个物理量的单位，只要在计算结果的数据后面正确写出待求量的单位就可以了。
播放一段汽车试车的视频资料，做下面练习：
例：某质量为1100kg的汽车在平直路面试车，当达到100km/h的速度时关闭发动机，经70秒停下，汽车受到的阻力是多大？重新起步加速时牵引力为2000N，产生的加速度多大？假定试车过程中汽车受到的阻力恒定。
课后扩展：
1、请思考：我们怎么能从实验结果立即得出F=kma?可否用数学方法证明这一点？(P79小资料)
2、P79 5、6、7
学生回答：赛车由静止获得了速度。
因为赛车有了加速度。
学生分析： 加速度是由物体受到的外力产生的。质量小是为了获得更大的加速度。
学生猜想：由物体的受力和质量决定。
分析可得：
质量相同，力越大加速度越大；
力相同，质量越小加速度越大。
可能是：
学生明确：是合外力。
学生分组思考、讨论
阐明想法：（提出应用控制变量法）
保持质量不变，探究加速度与外力的关系
2、保持外力不变，探究加速度与质量的关系
学生分组思考设计实验并全班讨论：
以小车、打点计时器、纸带、长金属板、细线、小桶、钩码、砝码、刻度尺、天平、测力计为器材，研究小车的运动。用天平测出小车的总质量（小车、测力计、砝码之和）M，用测力计测出小车受到的拉力，从打点计时器打出的纸带上测出△S，由△S=αT2计算出小车的加速度α。（本节课采用此方案）
学生分析：
将板无滑轮的一端垫高，用重力的分力来抵消摩擦力，以使小车不挂重物时恰能匀速运动。
确定方案，设计数据记录表格，准备实验
将实验数据记录到设计好的表格中。
学生在电脑上绘图
并总结得出如下结论。
1、当保持m不变时，a与F成正比。
2、当保持F不变时，a与m成反比。
学生根据所得数据，描点作图。在此可利用计算机excel拟和图像。
学生在全班公布实验结果及分析相应的结论。
学生分析：可以绘制a-1/m图像，得到正比关系。
收拾实验器材。
学生深刻理解：
结合教材P78的三幅图应用牛顿第二定律解释。
学生分析：
F合x=max
F合y=may
学生回答：位移m，时间s，速度m/s，加速度m/s2。
学生阅读课本回答：
基本单位、导出单位。
学生举例说明一些导出单位：如密度kg/m3、压强Pa等
学生解答
生活实例，引起学生思考。
提出本节课的研究课题，引导学生大胆猜想a、F、m的三者关系。
引导学生设计实验方案，提出控制变量的研究方法。
学生提出实验设计方案，教师点评。
引导学生明确F的含义。
利用电脑辅助分析实验数据，渗透图像法处理实验数据的方法。
学会科学的猜测物理量间可能存在的函数关系。
深刻理解牛顿第二定律。解释生活中的实例。
了解相应的物理学发展史，体会物理知识的实际意义。
回归课本，引导学生会读读教科书会用教科书。
能够应用牛顿第二定律处理简单的物理问题。
板书设计
（右侧为副板书）
牛顿第二定律
一、实验探究-----a、F、m的关系 猜想：
m一定，探究a、F的关系
方法：控制变量法
F一定，探究a、m的关系
数据处理
牛顿第二定律
表述：物体的加速度跟它所受的合外力成正比，
跟它的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向
相同。 F=kma
k=F/(ma)
公式：F合=ma 1N = 1 kg·m/s2
三、力学单位制
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