2022年高一物理 第三章 B 牛頓第二定律教案 滬科版

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1、2022年高一物理 第三章 B 牛頓第二定律教案 滬科版 一、 教學(xué)任務(wù)分析 牛頓第二定律是繼牛頓第一定律后定量研究物體的加速度與受到的外力及物體的質(zhì)量間的關(guān)系。牛頓第二定律內(nèi)容是本章的重點，也是整個經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)和核心之一，同時也為以后學(xué)習(xí)機械能、周期運動等知識奠定基礎(chǔ)。 學(xué)習(xí)牛頓第二定律需要以靜力學(xué)和運動學(xué)等知識為基礎(chǔ)。 從滑板車實驗入手，使學(xué)生定性地了解：物體的加速度與作用力有關(guān)，與物體本身的質(zhì)量有關(guān)。 在DIS實驗設(shè)計過程中，以“小車”為研究對象，討論諸如應(yīng)該控制的是哪些變量、如何控制這些變量、如何測量小車受到的牽引力和如何測定小車的加速度等問題，以及如何根據(jù)實驗數(shù)據(jù)采用

2、物理圖像的方法來分析研究實驗的結(jié)論。然后DIS通過實驗，歸納出物體的加速度與受到的作用力及物體質(zhì)量之間的定量關(guān)系，得出牛頓第二定律的一般表達(dá)式。 通過定義力的單位“牛頓”，得出牛頓第二定律的表達(dá)式。 通過簡單的實例訓(xùn)練，鞏固所學(xué)知識。 在DIS實驗過程中，使學(xué)生體驗“科學(xué)猜想”、“控制變量”方法，在數(shù)據(jù)處理過程中，感受“歸納推理”等多種物理學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生觀察分析、比較判斷、歸納總結(jié)及處理實際問題的能力。 二、教學(xué)目標(biāo) 1．知識與技能 (1) 知道物體的加速度與受到的外力F及與物體的質(zhì)量ｍ間的關(guān)系，理解力是產(chǎn)生加速度的原因，知道物理定律的含義。 (2) 理解加速度方向與

3、合外力方向間的關(guān)系，理解加速度大小、質(zhì)量大小和外力大小間的關(guān)系。 (3) 知道在國際單位制中力的單位“牛頓“是如何定義的。 (4) 能根據(jù)現(xiàn)有器材設(shè)計實驗方案，通過實驗及數(shù)據(jù)處理，學(xué)會相關(guān)的實驗技能。 2．過程與方法 (1) 通過DIS實驗對F、m、a三個物理量進(jìn)行研究，感受實驗探究物理規(guī)律的基本過程，體會控制變量的研究方法。 (2) 在對實驗數(shù)據(jù)處理過程中，感受用圖像研究物理問題的科學(xué)方法，認(rèn)識由實驗歸納到總結(jié)物理規(guī)律是研究物理學(xué)的基本方法。 3．情感、態(tài)度與價值觀 (1) 在探究力、質(zhì)量、加速度三者關(guān)系的過程中，樹立認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，實事求是的道德品質(zhì)，嚴(yán)謹(jǐn)、有序的思維習(xí)慣。

4、 (2) 通過DIS實驗操作過程，養(yǎng)成合作意識和樂觀向上的品質(zhì)。 三、教學(xué)重點與難點 重點：探究并理解牛頓第二定律。 難點：如何應(yīng)用DIS進(jìn)行實驗設(shè)計。 四、教學(xué)資源 1、物理實驗： (1) 演示實驗：定性研究加速度與力、質(zhì)量間關(guān)系：滑板車（兩只）、DIS實驗器材（包括：力傳感器、電腦、數(shù)據(jù)采集器等）。 (2) 學(xué)生實驗：定量研究加速度與力、質(zhì)量間關(guān)系：小車、長木板、小桶、砝碼、細(xì)線、DIS實驗器材（包括：運動傳感器、電腦、數(shù)據(jù)采集器等）。 2、信息化平臺：多人一機的網(wǎng)絡(luò)教室、文件管理展示平臺。 說明： ① 若有其它情景，實驗器材可根據(jù)需要增減。 ② 也可利用一些教學(xué)圖片

5、或生動的事例來說明加速度與力、質(zhì)量間的關(guān)系。如：“神舟六號”發(fā)射過程需要很大的推力、為什么蘋果熟了落向地球，而不是地球落向蘋果？等等。 五、教學(xué)設(shè)計思路 本設(shè)計包括加速度與力的關(guān)系、加速度與質(zhì)量的關(guān)系、力的單位“牛頓”的定義三部分內(nèi)容。 本設(shè)計的基本思路是：從滑板車實驗入手，在引導(dǎo)學(xué)生定性歸納出加速度與作用力、質(zhì)量有關(guān)的基礎(chǔ)上，以“小車”為研究對象，通過DIS實驗探究三者間定量關(guān)系，在規(guī)定了力的單位后，再引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出牛頓第二定律的一般表達(dá)式。 本設(shè)計要突破的重點是：加速度與作用力、質(zhì)量三者間定量關(guān)系。方法是：通過DIS實驗，采用“控制變量”法，分別研究加速度與作用力、加速度與質(zhì)量間關(guān)

6、系，應(yīng)用物理圖像對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析討論。 本設(shè)計要突破的難點是：如何應(yīng)用DIS進(jìn)行實驗設(shè)計。方法是：在通過實驗，了解加速度與作用力、質(zhì)量之間定性關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過對DIS實驗關(guān)鍵步驟的討論來突破難點。DIS實驗的關(guān)鍵步驟包括：以“小車”為研究對象，有哪些“變量”、如何控制“變量”進(jìn)行實驗，以及如何通過對物理圖像的分析研究得出實驗的結(jié)論等。 本設(shè)計強調(diào)問題討論、DIS實驗研究、教師指導(dǎo)等多種教學(xué)策略的應(yīng)用，強調(diào)通過學(xué)生主動參與，培養(yǎng)學(xué)生實驗、比較判斷、歸納概括的能力，使學(xué)生學(xué)會運用電腦分析和處理數(shù)據(jù)，掌握用物理圖像研究物理問題的一些基本思路和方法，使之感受“實驗探究”、“歸納總結(jié)”等科學(xué)方法

7、，提高探究學(xué)習(xí)的興趣。 完成本設(shè)計的內(nèi)容約需2課時。 六、教學(xué)流程： 1、教學(xué)流程圖 活動III 學(xué)生探究 實驗1 活動IV 學(xué)生探究 實驗2 控制 變量 牛頓第 二定律 活動V 簡單應(yīng)用 活動I 滑板實驗1 滑板實驗2 a與物體的m 有關(guān) a與F 的大小 有關(guān) 問題 設(shè)問2 活動II 滑板實驗3 情景 滑板車 設(shè)問1 2．流程圖說明 情景 滑板車，設(shè)問1 活動Ⅰ 滑板實驗1 一個同學(xué)站在車上，用不同的力推墻壁（力的大小通過

8、DIS力傳感器讀出），看滑板車（連同學(xué)生）受不同大小的外力作用時滑出距離間關(guān)系。 活動Ⅱ 滑板實驗2 二個質(zhì)量不同的同學(xué)分別站在兩個滑板車上互推，看滑板車（連同學(xué)生）受同樣大小的外力作用時滑出距離間關(guān)系。通過學(xué)生觀察滑板車實驗分析加速度與力及質(zhì)量間定性關(guān)系。 說明：滑板車實驗中人受到墻壁的作用力實際上在人離開墻壁時就不再作用在人身上了，所以此實驗中滑板車后來的運動實際上是靠慣性前進(jìn)的。墻對人的力越大，在△t時間（人與墻壁接觸的時間）內(nèi)車產(chǎn)生的加速度也越大，得到的速度也就越大，所以車就滑的越遠(yuǎn)，所以此實驗不是直接的、持續(xù)的力作用在車上（因很難找到持續(xù)作用的力的情景，因此只能用瞬間力來代替

9、），用的是替代法。這樣可為下面的學(xué)生實驗用小桶及內(nèi)部的物體的重力替代小車的拉力作鋪墊。 活動Ⅲ 學(xué)生探究實驗1 DIS實驗，控制變量物體質(zhì)量m一定，定量研究加速度a與力F間關(guān)系。 活動Ⅳ 學(xué)生探究實驗2 DIS實驗，控制變量力F一定，定量研究加速度a與物體質(zhì)量m間關(guān)系。 然后應(yīng)用DIS對探究實驗1、2所獲得的實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像處理，再通過對圖像的分析、歸納，總結(jié)出牛頓第二定律。 說明：若是用DIS實驗處理數(shù)據(jù)的，可先不講平衡阻力，介紹完器材后讓學(xué)生直接控制變量開始實驗，得出圖像后再引導(dǎo)學(xué)生分析圖像的斜率、截距、圖線的彎曲問題等，這樣處理對學(xué)生分析問題能力的提高很有益。 若是用

10、傳統(tǒng)的實驗器材，要先引導(dǎo)學(xué)生分析如何處理阻力問題？如何判斷阻力已被平衡？是不是每改變一次F或ｍ，都要重新平衡阻力？ 活動Ⅴ 簡單應(yīng)用 通過簡單的實例，鞏固所學(xué)知識。 3、教學(xué)主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計采用情景——活動——問題——歸納——應(yīng)用的模式組織教學(xué)，整個教學(xué)過程可分為三個主要的教學(xué)環(huán)節(jié)： 第一環(huán)節(jié)，通過情景和學(xué)生參與的演示實驗，定性得到影響加速度大小的因素。 第二環(huán)節(jié)，通過DIS實驗，定量得到a與m、F之間的關(guān)系，并通過歸納總結(jié)，得出牛頓第二定律。 第三環(huán)節(jié)，通過簡單的實例，鞏固所學(xué)知識。 七、教案示例 1．情景引入 由牛頓第一定律知道：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，請問：運

11、動狀態(tài)的改變指什么物理量的改變？（生：速度）由運動學(xué)我們知道速度改變會產(chǎn)生加速度，那么影響加速度的因素有哪些呢？ 讓學(xué)生總結(jié)影響加速度的因素是：外力F、物體的質(zhì)量ｍ。 加速度與F、ｍ間到底有什么關(guān)系？（這兒可以先讓學(xué)生猜想一下，提高學(xué)生的興趣，然后再做實驗）下面我們用實驗來研究它們間的關(guān)系。 學(xué)生開始滑板車實驗： （1）事先將DIS實驗中的力傳感器拿在手上，讓同學(xué)甲第一次用較小的力推墻壁，電腦屏幕上顯示力的數(shù)值，甲同學(xué)滑出一定距離s1；第二次用較大力推墻壁，甲同學(xué)滑出一定距離s2，s2≠s1。 （2）讓甲、乙兩個質(zhì)量不等的同學(xué)分別站在同一型號的滑板車（保證車與地面間的動摩擦因素相同）

12、上互推，他們受到的推力等大，看它們分別滑出的距離s1和s2，s2≠s1。 通過實驗使學(xué)生認(rèn)識到：加速度與物體所受的外力和物體的質(zhì)量都有關(guān)，而且加速度只與力和質(zhì)量兩個因素有關(guān)。 2、導(dǎo)入新課 老師利用上述滑板車實驗，引導(dǎo)學(xué)生思考：如何研究三個物理量間的關(guān)系？ 會有學(xué)生知道叫控制變量法，若不知道，教師只好啟發(fā)、舉例說明等。也可能會有學(xué)生說先讓一個量不變，研究另二個物理量間的關(guān)系，若這樣說了，教師可直接說明：物理上把這種方法叫控制變量法，它是物理研究中經(jīng)常采用的一種科學(xué)方法。 再啟發(fā)學(xué)生：如何測定物體的加速度？ 學(xué)生會說出學(xué)過的方法，如： （1）用新教材的同學(xué)會說用DIS實驗器材中的運

13、動傳感器； （2）用老教材的同學(xué)會說用打點計時器?！　? （3）利用s＝，比較位移。（還可能有其它方法，只要行即可。） 3、實驗探究 (1)先介紹桌子上的實驗器材，指出今天實驗的研究對象是小車。 (2)讓學(xué)生思考如何給小車一個恒定的拉力？ (3)利用現(xiàn)有器材設(shè)計實驗步驟； (4)學(xué)生利用DIS實驗系統(tǒng)動手實驗，采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（根據(jù)實驗數(shù)據(jù)由電腦繪出相關(guān)物理量的圖線：a與F的關(guān)系，a與ｍ的關(guān)系）。 分析圖像時可抓住以下幾點： ①　曲為直：將a － m 圖轉(zhuǎn)換成 圖討論。 ②　象不過坐標(biāo)原點，分析截距的意義，說明是何原因引起的？ ③　實驗時沒有考慮小車質(zhì)量與小桶質(zhì)量間

14、的關(guān)系，得到的圖像會在上部發(fā)生彎曲，教師可先定性地引導(dǎo)學(xué)生分析，等牛頓第二定律公式出來后再討論。 (5) 實驗結(jié)論 ①　質(zhì)量一定的情況下，加速度a與作用力F成正比，寫作： 　　　　 ② 在作用力F一定的情況下，加速度a與物體質(zhì)量ｍ成反比，寫作： 　　　　 由此總結(jié)出牛頓第二定律：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，用公式表示為：　　　　　改寫為等式：F ＝ k ma。其中k為比例常數(shù)，由公式中各物理量的單位選取有關(guān)。 說明k＝1的意義：使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力為1N時，k＝1。 所以牛頓第二定律的表達(dá)式為：F ＝ ma （6）公式的物理意義

15、 教師可從公式的矢量性、瞬時性、F是合外力等幾個方面加以說明，加深學(xué)生對公式的理解。 ① 力是使物體產(chǎn)生加速度的原因。加速度和力存在著這樣的關(guān)系：有力作用就有加速度產(chǎn)生，恒定的力產(chǎn)生恒定的加速度，力發(fā)生變化，加速度隨即發(fā)生相應(yīng)的變化，力停止作用，加速度立即等于零，而且不論在哪種情況下，加速度和產(chǎn)生它的力的方向始終是一致的。 ② 物體運動的加速度不僅決定于外力，還同時跟物體的質(zhì)量有關(guān)。在這里，質(zhì)量的大小對運動狀態(tài)改變的快慢程度起了一種制約作用。 鞏固練習(xí) 題1 從牛頓第二定律可知，無論多么小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度?？墒俏覀冇昧μ嵋粋€較重的物體時卻可能提不動它，這跟牛頓第二定律有無矛

16、盾？為什么？ 解答：沒有矛盾，由公式F＝ma可知，F(xiàn)為合外力，這個力無論多小都可以使物體產(chǎn)生加速度?，F(xiàn)在用力提這個較重的物體沒有提動它，說明物體仍靜止，物體所受的合外力為零，所以物體的加速度也為零。 題2 有關(guān)牛頓第二定律的以下說法中不正確的是（A） A、由，可知運動物體的質(zhì)量與外力成正比，與加速度成反比。 B、運動物體的加速度方向必定與合外力方向一致。 C、幾個力同時作用在一個物體上，當(dāng)改變其中一個力的大小和方向時，該物體的加速度就會發(fā)生變化。 D、作用在物體上的所有外力突然取消后，物體的加速度立即變?yōu)榱恪? 題3 如圖所示，質(zhì)量為2kg的物體，在水平力F1 = 6N，F(xiàn)2 = 4N的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)突然撤去力F1，則物體的加速度大小 ( D ) F1 F2 A、一定是1m/s2。 B、一定是2 m/s 2。 C、一定是3 m/s 2。 D、無法確定。 4、布置作業(yè)：略