高中物理必修1教案-《牛顿第二定律》案例

1教学案例：司南版——普通高中课程标准实验教科书《物理1》（必修）第六章力与运动第2节牛顿第二定律（用2课时）一、课标要求通过实验，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，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。认识单位制在物理学中的重要意义。知道国际单位制中的力学单位。二、内容分析牛顿运动定律是高中力学知识的基础，而牛顿第二定律是牛顿运动定律的核心。因此本节内容是本章中的重点，学好本节内容至关重要。在高中物理课程标准中，特别强调要让学生经历探究加速度与物体质量、物体受力的关系的过程。其目的就是要让学生在这一过程中，巩固对加速度、力和质量的测量，学会科学研究的常用方法——控制变量法、图象法等，培养探究的能力，体验探究的乐趣，增强合作交流的意识。三、教学目标经历探究加速度与物体质量、物体受力的关系的过程，学会用图象法表示加速度与力、加速度与质量的关系，并根据图像分析得出加速度与力、质量的关系式。体会探究过程中所用到的控制变量法、图象法等科学方法。培养设计实验、动手操作、分析问题和交流合作等能力。通过等式F＝kma中给定k=1来定义力的单位，明白国际单位制的意义。教学重点：经历探究加速度与物体质量、物体受力的关系的过程。理解牛顿第二定律。教学难点：分析实验数据得出加速度与力、质量的关系式。四、设计思想本节内容安排两个课时完成。第一课时：是在复习第一节牛顿第一定律，理清力与质量在改变物体运动状态中所起作用的基础上，分析得出F、m、a三个物理量的定性关系。进而设计能够探究这三者定量关系的实验，并分小组进行实验。这里要求学生认真设计实验方案，并对具有代表性的几个方案进行逐一分析评价，最后确定其中的一个方案。对这一方案进行补充完善后再进行实验。实验得到数据后，让学生在课后对实验数据进行分析处理，要求他们分别使用表格法和图象法进行处理，找出三个物理量的定量关系。在这一课时中，主要是感悟理性分析与推理、体验设计实验的思想与方法，亲历探究实验的操作过程。2第二课时：首先安排各实验小组汇报其实验数据处理的结果，展示各小组所画的关系图象，并发动全班同学进行评价，从中总结出Fa和ma/1的关系，写出kmaF的表达式。然后在介绍单位制问题，并得出牛顿第二定律。最后让学生做课本上的两道例题。有条件的学校可以在课外安排一个小组运用气垫导轨进行再实验，然后在课堂上将实验数据与结果展示给全班同学。与小车在木板上运动的实验数据对比之后，学生将体会到技术的发展给实验带来的进步。五、案例设计（第一课时）（一）导入新课教师：通过牛顿第一定律的学习，是否知道物体运动状态发生改变的原因是什么？（边提问，边板书：运动状态变化）学生：是力，力是改变物体运动状态的原因。（边评价，边板书：力F，原因。画箭头指向“运动状态变化”）教师：同一个力作用在不同物体上，使物体运动状态改变的效果相同吗？学生：不同。教师：那么，还跟什么因素有关呢？学生：还跟物体的质量有关。（边评价，边板书：质量m。画箭头指向“运动状态变化”）教师：很好，上一节学过，质量是物体惯性大小的量度。惯性即表现为对物体运动状态改变的阻碍作用，质量越大，惯性越大，状态就越难改变。（板书：惯性，阻碍）教师：前面的学习我们知道，运动状态是用速度来描述的，运动状态的改变就是速度的改变。那么运动状态改变的快慢用什么物理量来描述？学生：用加速度a来描述。教师：那么状态改变的难易程度，如何从加速度a的值中体现出来？学生：a越小说明状态改变越难，a越大说明状态改变越容易。（板书：加速度a，最后形成如下的板书效果）教师：因此，力是改变物体运动状态的原因，也可以理解为力是使物体产生加速度的原因。上述的关系表明，围绕物体运动状态的改变有F、m、a三个物理量，你能定性地说一说运动状态改变（v的变化）力F（原因）质量m惯性（阻碍）加速度a（描述）3这三个物理量之间的关系吗？学生：力越大，质量越小，物体产生加速度就越大。教师：很好，但研究物体的运动，仅作定性的分析往往是不够的，需要找出它们之间的定量关系。下面，我们就一起来探究a与F、m的定量关系。（二）实验探究教师：首先应该解决两个问题：一是F和m同时决定a，三个量同时发生关系该如何进行研究？学生：（引导）可以采用控制变量法，即在保持m一定的情况下，探究a与F的关系；在保持F一定的情况下探究a与m的关系，然后再综合得出三者之间的关系。教师：第二个问题是选择什么样的物体来研究，并如何测量或比较这三个物理量？也就是如何设计一个具体的实验来进行探究的问题，请大家展开讨论，并将初步的设想说出来，让大家一起来补充和完善。学生：实验设计方案。（必要时启发学生：考虑前面测定匀变速直线运动的加速度装置）教师：（组织学生对各方案进行可行性分析、评价，从中确定一种方案：木板—小车。如果气垫导轨数量够，就用气垫导轨做，但普通学校可能都还是用斜面小车来做）教师：为了使小车所受的拉力约等于砂桶重力，以及如何消除摩擦力的影响，请同学们阅读课本第5自然段的内容。学生：（阅读课本）教师：怎样才能判断小车作匀速运动呢？小车如果越跑越快，或者推动后滑一段就停下，肯定都不是匀速运动。而是要在轻轻推动后它能一直滑动下去才趋于匀速，最后是让它拖动纸带，看打出的点是否均匀。教师：参考课本的介绍完成实验操作，两项实验分别做三次，一共打印出6条纸带，注意编上记号，回家后请同学们自行设计记录实验数据的表格，测量出数据并作出分析处理。学生：（完成实验操作）1、保持M不变，探究a与F的关系。2、保持F不变，探究a与M的关系。作业布置：测量纸带，将得到的数据填入自行设计的表中，并以此在坐标上作图分析，总结出规律。注：第一课时结束。4（三）交流研讨（第二课时）教师：请各小组将实验数据分析处理的过程和结果准备好，老师检查之后抽几个小组向大家汇报一下。（巡回查看，注意选取存在典型问题的案例和数据处理较好的案例）学生：学生汇报和展示自己的数据、分析处理的过程及结论。（老师指定的，具有代表性的小组发言。每个小组发言后进行师生共同评价，特别是对图象画的情况进行评价，引导学生今后应注意些什么）（四）归纳总结教师：根据各组探究的结果，我们可以总结得出如下结论。（学生回答，教师板书）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。教师：牛顿在进行大量的实验后，发现上述两个结论都是正确的，并综合得出mFa或maF这就是著名的牛顿第二定律。用文字可表述为：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。（板书）教师：如果把上述的综合结论写成等式，应是kmaF。那么这里的比例系数k应取何值呢？这就跟各物理量所使用的单位有关了。还记得初中就学过的力的单位吗？学生：是牛顿，用N表示。教师：实际上，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=1kg·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maF教师：这一关系式除确定了三个量之间的大小关系外，你认为还确定了什么？学生：（1）a与F两矢量间的方向关系。（教师适当引导）（2）a与F的瞬时关系。（五）力学单位制教师：对物理量单位的规定是一件大事，关系到国际科学技术的交流和商业的往来，必须有一个国际的标准。请阅读课本“力学单位制”的内容。并发表自己的见解或提出疑问。学生：自由发言（对学生的见解和疑问，师生进行共同评价或解释）教师：就学过的物理量中，有哪些物理量的单位是导出单位？学生：回答（比如：速度m/s、密度kg/m3、压强Pa等）（五）巩固练习例题1：（见课本P110的例题）例题2：（见课本P112的例题）例题3：P113作业的1、2两道选择题5（六）作业布置书面作业：P113第3～6题课后活动：根据牛顿第二定律，设计一种能显示加速度大小的装置。六、案例评析学习物理并非只掌握几个公式，而是要学会理性分析与思考。在本节课的复习引入上，注重引导学生通过理性的分析与思考，寻找运动状态变化与力、质量的关系，这是很有意义的。这可以帮助学生形成一个完整的知识框架，从根本上把握a、F、m三者的关系。本节也属于实验探究课，但在探究的七个要素（①提出问题、②猜想假设、③制定计划与设计实验、④进行实验与收集数据、⑤分析与论证、⑥评估、⑦交流与合作）中，本节课的设计不追求面面俱到，而是侧重于③、④、⑤、⑦四个要素。即根据本节课的特点，重点培养设计实验、动手实验、处理和分析数据、交流与合作等方面的能力，这样的取舍是比较合理的。探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验方案很多，可以根据实验的条件和学生的实际水平加以适当选择，以求得好的效果。如果条件许可，还可以让学生同时用不同的方法进行探究，并对这些方法进行比较和分析。案例设计者：福州教育学院林明华