牛顿第二定律_教学设计
牛顿第二定律教学设计
一、教材分析
使用的教材是人民教育出版社物理室编著的《普通高中教科书物理（必修）》第一册。
本节牛顿第二定律定量研究力和加速度的关系。由于高中力学部分是以牛顿定律为基础所构建的体系，在牛顿三定律中，以牛顿第二定律为核心。因此由以上分析可以知道，这节内容占有相当重要的地位。
牛顿第二定律涉及到三个变量。本节通过控制变量法来进行实验探究，在实验的基础上得出牛顿第二定律。控制变量法是一种非常重要的物理学研究方法，在后续知识的学习，如电容、电阻等部分都会用到这种方法。本节内容就培养学生掌握“物理研究方法”这一方面来说也相当重要。
二、学生分析
学生已经掌握了运动学知识、以受力分析为核心的基本力学知识和牛顿运动第一定律，这是本节课展开的知识基础；而在技能上要求学生具备熟练的实验操作技能。考虑到高一学生的抽象思维能力不强，因此，在教学过程中要为学生提供足够的感性材料，以丰富学生的物理表象。以学生的兴趣为平台，多让学生自行探索，亲自动手设计实验，激发学生的物理学习兴趣。
三、教学目标
1. 知识与技能
①理解并掌握牛顿第二定律的内容。
②认识加速度方向与合外力方向间的瞬时对应关系。
③通过实验，提高学生的实验操作技能，培养学生观察分析归纳总结的能力以及应用牛顿第二定律解释实际生活中的相关动力学现象。
2. 过程与方法
①使学生初步掌握利用控制变量法来研究物理问题的方法。
②由学生自主进行实验探究，使学生会运用Excel电子表格处理实验数据，从而建立牛顿第二定律。
3. 情感态度与价值观
①通过学生实验培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解、勇于修正错误。
②培养学生认真的科学态度，严谨、有序的思维习惯。
四、教学重点和难点
利用控制变量法，通过实验探究，建立牛顿第二定律是本节的重点同时也是本节的难点。
五、教法与学法
教法：本节使用教师引导，学生探究，以实验为主的探究式教学方法。
学法：将全班同学分组进行实验，并各自对实验数据分析、讨论，得出各个小组的结论，最后全班同学进行探讨性的总结。
六、教学媒体
多媒体，CAI软件，实验器材（细线、天平、砝码、弹簧秤、小车、钩码、刻度尺、夹子等）。
七、教学过程
（一）创设情景，引入新课
1．复习提问：物体运动状态改变快慢用什么物理量来描述？
(学生回答：物体运动状态改变快慢用加速度来描述。)
2．引课提问：
（1）给学生提供两张现实生活中学生比较感兴趣的图片（战斗机、F1赛车），通过战斗机与普通客机，F1赛车与普通汽车，无论是在制作材料，还是在体积上作比较，提出问题：为什么会有这种区别？其目的是什么？
（2）给学生播放一段“战斗机在进入战斗状态之前抛弃副油箱、加大引擎的视频，提出问题：战斗机驾驶员这两种操作的目的是什么？
通过对（1）、（2）两个问题答案的思考，总结出“灵活”这一词语的物理语言表述就是更容易改变机器的运动状态，即“使机器有较大的加速度”引导学生重新思考，由以上内容能不能推测出物体的加速度与什么因素有关？【通过列举这些贴近现实生活、贴近学生兴趣的实例，培养学生在生活中发现物理问题、学习物理科学的好习惯。】（学生由“战斗抛弃副油箱”猜测出加速度a可能跟物体本身质量m有关；由“战斗机加大引擎”猜测出加速度a可能跟物体受到的力F有关）
此时对于他们猜想的答案，教师将给予肯定，同时给予他们鼓励与表扬，激发他们前进的动力，继续进行思考。
教师：既然我们能够初步肯定“物体的加速度a与物体本身的质量m和受到的力F有关系”那么这种关系具体是什么呢？是不是成一定的比例呢？让学生带着这些问题顺利的
进入下一环节——活动探究。
（二）活动探究——物体的加速度a与质量m和所受作用力F的关系
1. 确定研究方法——控制变量法
教师：提出一共有两个因素与a有关系，我们能不能固定其中一个物理量，然后改变另一个物理量来探究这一变化量与加速度a的关系，这就是物理学中经常用到的研究方法——控制变量法。【引导学生大胆猜测，激发学生的学习兴趣，培养学生的参与意识。】
2. 设计实验方案
A、分组设计探究实验的方案：包括（器材的选择、实验操作、记录处理数据）。
B、教师选择某一个小组代表上台叙述设计方案，并给予一定的建议，让其它组学生交流讨论并改进代表组的方案，最后得出一个最优方案。【鼓励学生积极思考，优化组合，设计科学合理的实验方案。】
3. 进行实验探究
（1）用投影仪显示最优方案及试验注意事项、其具体的步骤。
（2）具体步骤（实验过程及演示实验见课件）。
（3）对个别遇到困难的小组给予一定指导帮助。
（4）强调应多次实验、记录多组数据，为数据处理做准备。
【合理选择实验器材，使实验简洁，利用夹子来同时控制两个小车的运动状态，体现了实验的同时性的重要。】
4. 实验数据及其处理
表1 :物体的质量固定，改变对物体施加的作用力
参照车实验车
组别绳上挂的钩码
/g（F1）
位移
x
1
/cm
绳上挂的钩
码/g（F2）
位移
x
2
/cm
1 20 35 30 50
2 20 2
3 40 43
3 20 20 50 46
4 20 19 60 50
5 20 17．5 70 59
（两车质量均为200g+100g）
表2 :对表1的数据进行的实验数据的处理
组别
1 1．5 1．43
2 2．0 1．87
3 2．5 2．3
4 3．0 2．63
5 3．5 3．37
（两车质量均为200g+100g）
表3 :对物体施加的作用力不变，改变物体的质量
参照车实验车
组别车和车上
砝码总质
量/g（m1）
位移
x
1
/cm
车和车上
砝码总质
量/g（m2）
位移
x
2
/cm
1 300 33．5 200 51．5
2 300 4
3 400 35
3 300 58 500 43
4 300 56 600 31
5 300 40 700 21
（两车绳上挂的钩码均为40g）
表4:对表3进行的实验数据处理
组别
1 2/3=0．67 1．54
2 4/3=1．3
3 0．81
3 5/3=1．67 0．74
4 6/3=2．00 0．55
5 7/3=2．33 0．525
（两车绳上挂的钩码均为40g）
（2）教师后来用此组数据作出的图象如下：
由图像共同得出结论：物体的加速度与受到的力成正比，与物体本身的质量成反比。【在此实验过程中，在发展学生实验能力的同时，培养学生的合作意识和能力，使学生学会运用Excel电子表格处理实验数据。】
（四）得出探究结论
牛顿第二定律：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。
F=kma ， k为系数。习惯上所有的物理量都取国际单位，即m的单位是kg, F的单位是N，加速度a的单位是m/s2，此时k=1，关系式变成F=ma，意义即为质量为1kg的物体获得m/s2的加速度所需要的力的大小为1N。
牛顿第二定律的进一步表述：
物体的加速度跟物体所受合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟物体所受合外力的方向相同。
说明：
（1）F=ma是矢量式，F与a都具有方向性。a的方向与物体所受合外力的方向相同。
（2）加速度具有瞬时性，与物体所受的合外力具有同时性。
（3）力指的是合外力，牛顿第二定律强调的是合外力与加速度的关系。
【通过实验探究，使学生体验科学探究的基本过程，掌握物理学中常用的研究方法——控制变量法。】
（五）结论的应用
1.让学生利用探究出来的结论来分析图片、视频后提出的问题。
2.让学生讨论实际生活中，在以下两个方面利用牛顿第二定律的实例：
①通过改变质量m②通过改变合外力F。
（六）回顾总结
1.学生回顾本节课的探究过程及过程中使用的物理思想和研究方法——控制变量法。
2.归纳总结本节课的知识重点，牛顿第二定律的内容：F=ma。
3.回顾探究牛顿第二定律的整个过程：观察现象——发现规律——抽象出物理模型—
—提出假设——实验探究——实验数据处理与分析——结论得出——试验验证。【强调，科学并不是神秘的高不可攀，提倡并培养这种勇于探索科学的精神。】
（七）作业