《牛顿第二定律》教学设计

《牛顿第二定律》教学设计一、教学内容分析1．内容与地位在共同必修模块物理1的内容标准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．理解牛顿运动定律”．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．牛顿第二定律是动力学的核心规律，是学习其他动力学规律的基础，是本章的重点内容，它阐明了物体的加速度跟力和质量间的定量关系，是在实验基础上建立起来的重要规律，在理论与实际问题中都有广泛的运用．在教学过程中要创设问题情境，让学生经历探究加速度、质量、力三者关系的过程，可以通过实验测量加速度、力、质量，分别作出表示加速度与力、加速度与质量的关系的图像，根据图像导出加速度与力、质量的关系式．学习过程中引导体会科学的研究方法——控制变量法、图像法的应用，培养观察能力、质疑能力、分析解决问题的能力和交流合作能力．在知识的形成中真正理解牛顿第二定律，同时体验到探究的乐趣．2．教学目标（1）经历探究加速度与力和质量的关系的过程．（2）感悟控制变量法、图像法等科学研究方法的应用．（3）体验探究物理规律的乐趣．（4）培养观察能力、质疑能力、分析解决问题的能力和交流合作能力．3．教学重点、难点引导学生探究加速度与力和质量的关系的过程是本节课教学的重点，通过实验数据画出图像，根据图像导出加速度与力、质量的关系式是本节的难点．二、案例设计（一）复习导入教师：什么是物体运动状态的改变?物体运动状态发生变化的原因是什么?学生：物体运动状态的改变就是指物体速度发生了改变，力是使物体运动状态发生变化的原因．教师：物体运动状态的改变，也就是指物体产生了加速度．加速度大，物体运动状态变化快；加速度小，物体运动状态变化慢．弄清物体的加速度是由哪些因素决定的，具有十分重要的意义．那么物体的加速度大小是由哪些因素决定的呢?请同学们先根据自己的经验对这个问题展开讨论，让学生尝试从身边实例中提出自己的观点．讨论中体会到a跟力F、物体质量m有关．（二）探究加速度a跟力F、物体质量m的关系1．定性讨论a、F、m的关系学生：分小组讨论．教师：在学生分组讨论的基础上，请各组派代表汇报讨论结果．引导学生总结出定性的结论：a与F、m有关系，当m一定时F越大，a就请思考：在这里为什么要组织学生开展这样的讨论？2．定量研究a、F、m的关系（1）设计实验方案教师在肯定学生回答的基础上，提问：如何定量地研究a与F、m的关系呢?指出刚才大家在定性讨论a、F、m三者关系时，就已经采用了在研究a与F关系时保持m一定，在研究a与m的关系时保持F一定的方法，这种方法叫做控制变量法，它是研究多变量问题的一种重要方法．下面我们可应用这种方法，通过实验对a、F、m的关系进行定量研究．教师进一步引导，使学生明确要在实验中研究a、F、m的关系必须有办法测出a、F、m．教师在指出讲台上放有气垫导轨、气源、两个光电开关和与之配套的数字计时器、滑块、细线、砝码、小桶、弹簧秤、托盘天平、一端带有滑轮的长木板、小车、钩码、打点计时器、纸带、刻度尺，并说明每个光电开关与数字计时器一起能测出一定宽度的遮光板通过它的时间进而测出物体的瞬时速度后，让学生根据给定的器材设计实验方案，并在小组讨论基础上，全班交流．在大家互相启发、补充的过程中形成较为完善的方案．学生：设计出如下实验方案．方案一 以小车、打点计时器、纸带、长木板、细线、小桶、钩码、砝码、刻度尺、天平为器材，研究小车的运动．用天平测出小车的质量m 1，测出小桶的质量m 2，把小桶与小桶中砝码的总重力m ′g 当作小车受到的拉力F ，从打点计时器打出的纸带上测出△s ，由△s ＝at 2计算出小车的加速度a ．方案二 以气垫导轨、气源、两个光电开关、数字计时器、滑块、刻度尺、细线、小桶、砝码、钩码、天平为器材研究滑块的运动．用天平测出滑块的质量m 1，测出小桶的质量m 2，把小桶与小桶中砝码的总重力m ′g 当作滑块受到的拉力F ，用导轨旁边的刻度尺测出两光电开关的距离s 0，用刻度尺测出固定在滑块上的遮光片的宽度△s ，根据数字计时器给出的遮光片分别通过前后两个光电开关所经历的时间△t 1、△t 2，由于△s ≪s 0，因此可以根据v 1＝△s ／△t 1和v 2＝△s ／△t 2计算出滑块在两光电开关间运动时的初、末速度，再由021222as v v ＝－计算出滑块的加速度a ．教师引导学生讨论两种方案的可行性，让学生踊跃发表自己见解．教师：上述两种方案都是可行的．但前一种方案中小车受到的摩擦力较大，实验误差较大，因此就得想办法消除摩擦力的影响，那么如何消除摩擦力呢?建议有兴趣的同学自己利用课余的时间去实验室用前一种方案或其他方案进行实验探索．本节课我们采用上述后一种方案进行实验探究．教师：不论采用上述哪种方案，我们把小桶与小桶中砝码的总重力mg 当作小车（包括上面的钩码）或滑块（包括上面的钩码）受到的拉力，这是有条件的，这条件就是m ≪m ′（m 为小车与钩码或滑块与钩码的总质量）．（2）进行实验探究教师：引导学生在气垫导轨上研究a 、F 、m 三者关系，为了让学生能有条不紊地进行实验，用电子幻灯片打出研究内容、实验步骤和数据记录表格如下：【研究内容】研究m 一定时，a 与F 的关系【研究步骤】①用天平分别测出单个滑块的质量m 1＝__________g ，小桶质量m 2＝__________g ，则滑块总质量m 等于m 1加上放在它上面的钩码的质量△m 1． ②在桶中放置质量为△m 2的砝码，则m ′＝m 2＋△m 2，当m ≪m ′时，认为F ＝m ′g （g 取9.8m ／s 2）．③用刻度尺测出遮光片的宽度△s ＝__________m ，用轨道边上的标尺测出两光电开关之间的距离s 0＝__________m ．④实验时，保持s 0不变，把各次滑块运动中遮光片经过前后光电开关的时间△t 1、△t 3代入公式计算出各次滑块运动的加速度，并把实验数据填入表5-1． 单个滑块质量 m 1＝_____g 滑块总质量 m ＝_____g 小桶质量 m 2＝_____g 遮光片宽度 △s ＝_____m 两光电开关间距 s 0＝_____m实验次数 小桶上的砝码质量△m 2/g小桶与坛码总质量m ′/g △t 1/s △t 2/s 滑块加速度a/（m ﹒s -2） 滑块受的拉力F/N 1234 【实验的结论】____________________________________________________【研究内容二】研究a 与m 的关系（F 一定）【研究步骤】①用天平分别测出单个滑块的质量m 1＝__________g ，小桶质量m 2＝__________g ，则各次实验中滑块总质量m 等于m 1加上放在它上面的钩码的质量△m 1．②在小桶中放置质量为△m 2的砝码，则m ′＝m 2＋△m 2，当m ≪m ′时，认为F ＝m ′g （g 取9.8m/s 2），并保持m 不变．③用刻度尺测出遮光片的宽度△s ＝__________m ，用轨道边上的标尺测出两光电开关之间的距离s 0＝__________m ．021222s t s t s a ÷⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆－＝④实验时，保持s 0不变，把各次滑块运动中遮光片经过光电开关的时间△t 1、△t 2代入公式，计算出各次滑块运动的加速度，把实验数据填入表5-2． 单个滑块质量 m 2＝_____g 小桶质量 m 2＝_____g小桶与砝码的总质量 m ′＝_____g遮光片宽度△s ＝_____m两光电开关间距 s 0＝_____m 实验次数 滑块砝码质量△m 1/g △t 1/s △t 2/s 滑块加速度a/（m ﹒s -2） 滑块与砝码总质量m/g1 234【实验的结论】____________________________________________________说明 在简要说明数字计时器的使用方法，强调实验过程应使气垫导轨保持水平，两光电开关间距要尽可能大些，尽可能使m ′远大于m （如果m ′≥20m ，则可认为m ′≫m ）等注意事项后，请两位学生上台操作并报告测量数据，其他学生边观察边在课前印发的实验数据记录表（表5-1、表5-2）上填上实验测量数据． 教师：把全班学生分成8个小组，第1组～第4组学生分别完成（表5-1）中从实验次数1～4各项目的计算与填写，第5组～第8组学生分别完成（表5-2）中从实验次数1～4各项目的计算与填写．教师：让学生反馈计算结果，并填入电子幻灯片（表5-1）、（表5-2）的对应021222s t s t s a ÷⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆－＝栏目中．教师：引导学生对表5-1的数据①通过直接观察；②通过在坐标纸上画出a －F 图像进行分析，得出a ∝F （m 一定时）的结论．在描点画图时，让学生体会为什么要让描出的点尽可能多地分布在某一直线的两侧，尝试说出实验误差的原因．教师：引导学生对表11-2的数据①通过直接观察②通过在坐标纸上画出a －m 图像进行分析，只能得出当F 一定时，m 越大a 就越小的结论．教师：能不能就此马上断言a 与m 成反比?让学生展开讨论．教师：在引导学生进行全班交流的基础上，问学生能不能猜想a 与m 成反比? 如何证明这种猜想是否正确?请思考讨论． 学生：可以画出a 与m 1图像，看它是否为过原点的直线．学生：还可以通过计算a 与m 的比值来判断． 教师：让学生分组计算出对应各次实验的m 1，并在全班反馈填人表11-2后，在坐标纸上作出a －m 1图像．学生：确实实验得到的直线是接近过原点的，实验误差允许范围内a 与m 是成反比（F 一定时）的．说明 这里开展一系列讨论的目的是为了让学生体会从a －m 图像转化到a －m 1图像的意义，认识图像法描述物理规律的作用．教师：本实验只是让我们对于自然规律的探究有所体验，实际上一个规律的发现不可能是几次简单的测量实验就能得出，还需要通过大量的实验事实来论证．3．牛顿第二定律通过大量的实验探究得到加速度与力、质量的关系是：当物体的质量一定时，物体的加速度跟所受的作用力成正比，跟物体的质量成反比，这就是牛顿第二定律．加速度和力都是矢量，它们都有方向，牛顿第二定律不但确定了加速度和力的大小之间的关系，还确定了它们的方向之间的关系：加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同．牛顿第二定律也可用数学公式来表示：a ∝F /m 或F ∝ma上式可改写为等式：F＝kma，式中的k是比例常数．教师指出：（1）如果各物理量都采用国际单位，k＝1；（2）力的单位“牛顿”是根据牛顿第二定律定义的．定义：使质量1kg的物体产生1m／s2的加速度所需要的力，叫做1N．即1N＝1kg·m／s2可见，如果都用国际制单位，则k＝1．牛顿第二定律可简化为F＝ma这就是牛顿第二定律的数学表达式．三、案例评析本节课教学设计的思路是：首先提出物体的加速度是由哪些因素决定的这个问题，引导学生根据自己已有的经验进行定性探究，在此基础上，进一步引导学生应用控制变量法进行定量探究，让学生经历自己设计实验方案、观察实验现象、记录实验数据、全班合作处理实验数据、分析实验数据得出结论的过程，最后总结出牛顿第二定律的数学表达式．本节课教学设计为创设问题情境，让学生主动参与探究加速度、质量、力三者关系的全过程，在实验方案设计分析、应用图像探究规律等问题解决的过程中较为关注学生自己的观念，让学生在问题讨论中完善自己的观点，学习应用物理和数学的方法研究自然规律，有效地培养学生的实验设计能力、观察能力、分析能力、解决问题的能力以及合作交流的能力．教师在实验完成后的一句话“本实验只是让我们对于自然规律的探究有所体验，实际上一个规律的发现不可能是几次简单的测量实验就得出，还需要通过大量的实验事实来论证”充分体现了注重对学生进行科学态度和科学精神的教育．对于实验的方案可以根据学校、学生的情况，选择一种或两种或三种做，让学生比较实验的结果，对实验进行多方面的反思．牛顿第二定律说课稿今天我说课的内容是高中物理必修一第五章第二节《牛顿第二定律》，我将从教材分析、学法指导、教学程序、板书设计等方面进行阐述。