“牛顿第二定律”的教学设计--探究

“牛顿第二定律”的教学设计一、教材分析：“牛顿第二定律”是力学知识的核心内容，是经典力学生科学研究和生产技术低速宏观领域有广泛的应用，而牛顿第二运动定律在中学物理教学中的地位和作用是不言而喻，人所共知的。

况且此定律是运动学与力学的桥梁，所以这节课成败对于力学教学是至关重要的。

本节课是在教师指导下，让学生亲自通过探索物理规律，从中获得新的原来并不知道的物理规律、这种以实验探究为手段让学生自己解开科学之谜的方法，可以大大激发学生求知欲，调动学生的学习主动性，有利于培养学生的独立工作能力和创造能力。

当然，学生的这种探索是在教师不断地“启发”、“诱导”中进行的。

二、教材目标：１、知识目标：通过探究使学生理解牛顿第二定律，会用牛顿第二定律，解决简单的动力学问题，知道国际单位“牛顿”的定义。

２、能力目标：培养学生观察，分析、解决问题的能力；在探究性实验的设计，收集和处理数据过程中培养学生的实验能力。

３、情感目标：学生通过在学习过程中探索成功的积极情感的体验，激发积极参与探索研究的情感。

三、设计思路：１、本节课中教学过程的构想上，按定律本身的形成过程划分三层次：（一）、通过实例和演示实验引出研究课题；（二）、通过实验探索规律；（三）、实际运用。

2、本节课的流程：创设问题情境——启发猜想——实验探索——获取信息——寻求规律——迁移应用。

四、教学准备：１、研究牛顿第二定律的实验装置，每四人一组，每组包括（一端固定一个定滑轮长约1.5米～２米的光滑长木板两块，质量相同，性能一样的小车２辆，长约２米的细绳两条，大夹子一个，米尺，砝码，质量已知的砝码盘两个，起点标记。

）２、自制的多媒体软件，投影仪等。

五、教学过程１、创设情境、提出问题——引入新课上节课我们学习了物件运动状态改变时就具有加速度，并研究了物件运动状态改变的原因。

借助多媒件演示火箭发射，问：火箭发射时运动状态有没有改变，即有无加速度？加速度大小怎样变化？那么，请大家猜想一下：加速度大小与什么因素有关？（教师启发引导下得出加速度a 与外力Ｆ、质量m有关，引入本节课题）第三节牛顿第二定律本节课要解决的问题：物件加速度a跟物体所受外力Ｆ和质量m之间的关系。

２、实验探究牛顿第二定律a、接下去让学生自己通过实验来研究加速度a与外力Ｆ，质量m的关系，教师启发和引导学生设计研究解决问题的方案，先应用控制变量法设计总体方案：控制m不变，研究加速度a与外力Ｆ的关系控制Ｆ不变，研究加速度a与质量m的关系b、如何研究呢？再进行局部设计：由学生小组讨论，设计操作方案，让学生交流自己的设计，并评价他人的设计，对器材的作用和选择加以讨论，展示学生提出可行实验方案，筛选确定选用和老师提供实验器材相符的实验方案。

学生提问：在实验中必顺知道小车所受到的合外力Ｆ，然而小车所受到木板对它的滑动摩擦力f随小车质量的变化而变化，由于摩擦力f的变化，引起合外力Ｆ变，应怎样处理？师：学生提的很好，这也是这节课我将要介绍的实验环境等效法——平衡摩擦法，多媒体课件展示：在实验中，小车所受到木板对它的滑动摩擦力f随小车质量的变化而变化。

而在实验在又必顺知道小车所受到的合外力Ｆ，这样由于摩擦力Ｆ的变化，给实验过程带来了不必要的麻烦，一方面需要测定动摩擦因素，另一方面还要测量，计算每次改变小车的质量后的摩擦力，大大增加了实验的难度，而该实验应采用平衡摩擦力的方法，将重力沿斜面的分力与摩擦阻力平衡，等效于小车不受摩擦阻力的作用，从而简化了实验。

怎样才能把摩擦力平衡掉，先让学生共同讨论，教师启发引导，最后展示平衡摩擦力的方法：将表面平整的材板的一端垫起，使小车所受重力沿斜面的分量Ｇ＝mgsinθ与摩擦阻力f＝μmgcosθ相等,即μ＝tgθ，此时无论物体质量怎样变化，只要m＝tgθ成立，就一定存在Ｇˊ＝f，于是实现了化“变”为“不变”，这样小车所受的合外力就是细线对小车的拉力。

c、投影实验注意点及研究牛顿第二定律的实验装置。

d、学生按要求做实验，教师巡视指导，帮助学生解决在操作，读数，记录中存在的问题，并注意发现哪些小组的数据比较准确，以准备采用。

表Ａe、分析数据，概括规律根据表Ａ，Ｂ中的数据，在实验误差范围内，师生共同概括出牛顿第二定律的内容，数学表达式。

重点说明，力的单位，Ｆ＝kma,什么时候写成Ｆ＝ma即k=1３、迁移拓展，深化思考——深化理解投影例题：一个物体，质量是２kg(1)只受一个水平向右大小为１０Ｎ力的作用，这个物体产生的加速度大小、方向？（２）只受一个竖直向上大小为１０Ｎ力的作用，这个物体产生的加速度大小、方向？（３）同时受到Ｆ1与Ｆ2作用，这个物体产生的加速度又如何？（４）Ｆ与Ｆ2方向都与原来反向，大小都变为５Ｎ时，这个物体产生的方向，大小又如何？1从此例题由学生共同讨论掌握好牛顿第二定律：还要注意以下３点：（1）、失量性：即加速度和力都是失量，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。

（2）、瞬时性：从牛顿第二定律可以知道，外力为零时，加速度为零，物体处于静止或匀速直线运动状态；外力恒定不变时，加速度恒定不变，物体做匀变速运动；外力随时间变化时，加速度也随时间变化，物体做变加速运动。

（3）、物体受到几个力作用的时候，牛顿第二定律的公式也正确的，不过这时Ｆ代表所受外力的合力，即Ｆ合＝ma并在学生讨论的基础上老师加以完善归纳出用牛顿第二定律解题的一般方法和步骤：（1）确定研究对象（2）进行受力分析和运动状态分析，画出受力的示意图（3）建立坐标系，即选取正方向，根据定律列方程（4）统一已知量单位，代值求解（5）检查所得结果是否符合实际，舍去不合理的解。

４、巩固新课问题１：从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。

可是蚂蚁用力却推不动放在水平地面上的一块砖，这眼牛顿第二定律有没有矛盾？为什么？问题２：在问题１的基础上引伸一步。

有人认为，如果砖放在理想的光滑水平面上，小蚂蚁就能推动一块砖。

但是，这个人没想到，蚂蚁应站在什么地方去推砖块？如果两者都处在光滑的水平面上，蚂蚁用力推砖，会得到什么结果呢？六、评价方案：１、对研究性学习效果的评价，重要的不是获得知识，而是发展思维能力。

高效的评价应当评价受教育者内化了哪些东西，在笔者评价中特别注意以下几个方面。

（1）学生提出问题的能力。

（２）研究结果的价值。

（３）信息的采集与加工能力。

（４）合作和组织能力。

２、对学生研究评价分为：考虑是否提出了新的有意义的问题，对研究问题的分析是否有独立的见解，实际中遇到的问题有几个是自己解决的，解释现象或问题是否用到了教材上或教师没有讲到的内容。

３、评价方法、形式多样化：如对课堂练习与作业就是评价，成就感是最好的评价，有时让学生自己进行总体评价，有时教师对小组进行总体评价，总之对知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观等进行全面评价。

教学说明(1)、牛顿第二定律是力学知识的核心内容。

这节课在力学教学中占有重要地位。

上好这节课的关键是学生对牛顿第二定律的探究是否成功。

用实验来探究牛顿第二定律可行方法较多，学生提的可行探究方案也较多，但最后筛选确定书本提供的实验方案，原因是受器材限制，而且操作较简单，不必测量时间，形象生动，能激发学生兴趣。

这种方法符合中学生的心理特征和认识规律。

在这节课中可以学生到方法有很多：控制变量法；平衡摩擦力；图表分析处理数据法作者在这节没有涉及图表分析处理数据法，因还要算出a的具体数字，打算在第二课时完成。

而这几种方法的渗透最主要是方案设计实验操作过程，数据处理的几个环节，要处理好这几个环节，就得处理好学生独立讨论和教师主动指导之间的关系，讨论的主体是学生，主要由学生自己立论和反驳，要最大限度地发挥学生讨论的积极性和创造性，这样才能使学生对规律的理解达到主动/深刻/经久不忘的程度，才能使学生思想方法和思维发展上的收获是通过内因起作用而得到的，因而也才有可能具有较强的迁移能力。

但另一方面也要求教师充分发挥主导作用，这种主导作用不仅表现在教师课前选题和对教学过程的设计，更重要的是表现在讨论恰如其分的及时引导和控制讨论过程。

(2)、选择教材实验探究方案也有它的缺点：缺点一：强化了学生的一个错误认识，认为“小车所受的拉力就等于砖码的重力”。

这点教师应给予足够的重视。

由此我在做实验特别重点介绍了平衡摩擦力法，但是学生操作上如何控制θ使μ=tgθ还是有一定的难度。

缺点二：因为绳子有伸缩性，所以当关闭夹子时，小车不能立即停下来，而要往后退一段，再往前进一段才停下来。

这个现象学生观察到了，如果教师要解释就颇费口舌，而且会冲淡主题，只能避而不谈。

如何改进？尚须教师们作进一步努力。

（3）、教材叙述牛顿第二定律，是从物体受到一个力作用的情况，引伸到物体受几个力作用的情况，最后得到牛顿第二定律的一般表述。

作者在备课时，牢牢把握住这条线索，把书本例题进行改装。

为了让学生学会初步运用牛顿第二定律解题，在这节课教学过程的巩固新课阶段，教师提出蚂蚁推砖问题，引起学生极大的兴趣。

他们纷纷发表自己的看法，分析在什么情况下推不动，在什么情况下能推动。

有学生认为，如果砖放在光滑水平面上，蚂蚁就能推动砖。

但是，这个学生没有想到，蚂蚁站在什么地方去推？当然教师对这个问题的思考应该比学生深一个层次。

蚂蚁必须站在粗糙的地方去推放在光滑平面上的砖才行。

如果两者都有外在光滑的平面上，那么，运动状态有明显变化的将是蚂蚁，而不是砖！根据这节课所学的知识，在相等的力的作用下，物体的加速度跟质量成反比。

那么，质量小的蚂蚁得到的加速度要大得多。

如果学生对这个问题能理解到这个深度，这节课的教学目的就很好地达到了。