高一物理牛頓第二定律教學設(shè)計

高一物理牛頓第二定律教學設(shè)計（課時為2學時，這是第1學時——探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系）福建省石獅市石光華僑聯(lián)合中學一．學習任務(wù)分析1．教材的地位和作用牛頓第二定律是在實驗基礎(chǔ)上建立起來的重要規(guī)律，它是動力學的核心規(guī)律，也是學習其它動力學規(guī)律的基礎(chǔ)。在《普通高中物理課程標準》共同必修模塊“物理1”中涉及本節(jié)的內(nèi)容有：“通過實驗，探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系，理解牛頓第二定律。”本條目要求學生通過實驗，探究加速度、質(zhì)量力三者的關(guān)系，強調(diào)讓學生經(jīng)歷實驗探究過程。2．學習的主要任務(wù)：本節(jié)的學習任務(wù)類型是綜合型。在知識上要求知道決定加速度的因素、理解加速度、質(zhì)量、力三者關(guān)系；在技能上要求能設(shè)計和操作實驗，會測定相關(guān)物理量；體驗性上要求經(jīng)歷探究活動、嘗試解決問題方法、體驗發(fā)現(xiàn)規(guī)律過程，體會科學研究方法——控制變量法、圖象法的應(yīng)用。3．教學重點和難點：重點：①?知道決定物體加速度的因素。②?加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系的探究過程。教學難點：引導學生在猜想的基礎(chǔ)上進行實驗設(shè)計，提出可行的實驗方案、完成實驗并得出實驗結(jié)果。二?學習者情況分析在學習這一內(nèi)容之前，所教的學生已經(jīng)掌握了力、質(zhì)量、加速度、慣性等概念；知道質(zhì)量是慣性的量度、力是改變物體運動狀態(tài)的原因；會分析物體的受力。已具備一定的實驗操作技能，會用氣墊導軌與光電測時系統(tǒng)或打點計時器研究勻變速直線運動；具備一定的計算機操作能力，會應(yīng)用CAI課件處理實驗數(shù)據(jù)。學生對物理學的研究方法已有一定的了解，在自主學習、合作探究等方面的能力有了一定提高。在非智力因素方面，學生學習積極主動，對學習物理有較濃厚興趣；有較強的好奇心和求知欲，樂于探究自然界的奧秘；敢于堅持正確觀點，勇于修正錯誤；喜歡和同齡人一起學習，有將自己的見解與他人交流的愿望，具有團隊精神。三?教學目標分析根據(jù)上述對學習任務(wù)和學習者情況的分析，確定本節(jié)課教學目標如下：1?知識與技能目標：?讓學生明確物體的加速度只力與和質(zhì)量有關(guān)，并通過實驗探究它們之間的定量關(guān)系；?培養(yǎng)學生獲取知識和設(shè)計實驗的能力；過程與方法目標：?讓學生體會探究過程?在探究過程中，滲透科學研究方法（控制變量法、實驗歸納法、圖象法等）；3?情感、態(tài)度、價值觀目標：?通過學生之間的討論、交流與協(xié)作探究，培養(yǎng)團隊合作精神。?讓學生在探究過程中體驗解決問題的成功喜悅，增進學習物理的情感。四?教材處理與教學策略在教材處理上把牛頓第二定律分為兩個學時。第一學時主要的任務(wù)是：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；第二學時主要的任務(wù)是：建立牛頓第二定律并進行初步的應(yīng)用。本節(jié)課是第一學時，主要采用以下的教學策略：1?自主學習與合作探究改演示實驗為學生分組探究實驗。讓學生在自主學習中，通過對認知活動進行自我監(jiān)控，并及時作出相應(yīng)的調(diào)整。小組（4—6人一組），小組間的合作探究可以同時培養(yǎng)學生的合作精神和競爭意識，讓不同層次的學生都能有所作為，有所收獲。教師的策略是宏觀調(diào)控整體教學進度，微觀放活學生局部學習進程，讓學生的學習有組織、有步驟地進行。2．現(xiàn)代教學手段與啟發(fā)式在課堂中采用多媒體課件作為輔助手段，創(chuàng)設(shè)物理情景，啟發(fā)引導學生，幫助學生建立形象直觀的認識，調(diào)動學生學習的積極性；同時利用CAI課件和校園網(wǎng)絡(luò)處理實驗數(shù)據(jù)，能有效地提高學習效率。五．教學器材教學設(shè)備：多媒體教室、課件學生分組實驗器材（探究包）：氣墊導軌、氣源、兩個光電門和與之配套的數(shù)字計時器，滑塊、滑片、細線、小桶、天平、砝碼、細沙、彈簧秤、小車、木塊、鉤碼、一端帶有滑輪的長木板、打點器、紙帶、秒表、毫米刻度尺、墊木、橡皮筋等。六．教學過程設(shè)計（一）．創(chuàng)設(shè)情景、引入新課視頻展示：劉翔在雅典奧運會奪金的情景。教師：在決賽時，劉翔將自己身上一切戴的東西像手表、項鏈等都摘了下來，穿最輕的跑鞋。這樣做的科學道理在哪里？預測學生討論后得出的結(jié)論可能是：質(zhì)量越小，運動狀態(tài)越容易改變，也就是說在相同的情況下，物體獲得的加速度就越大。說明通過視頻展示創(chuàng)設(shè)物理情景，激發(fā)學生的學習興趣，同時滲透德育教育。（二）．提出猜想教師：那么、物體的加速度與哪些因素有關(guān)呢?請同學們從生活經(jīng)驗出發(fā)提出自己的看法，并舉例說明。（同時教師利用課件提供一些圖片，對學生進行啟發(fā)。）（附圖片內(nèi)容如下：為何體操，跳水運動員的身材都比較苗條、瘦小？從防止發(fā)生交通事故的角度考慮，說一說反超載的道理？F1方程式賽車的質(zhì)量只有一般小轎車質(zhì)量的三分之一，這樣做有什么好處？神舟五號飛船返回倉返回時為何要打開降落傘？）預測學生有代表性的回答可能有以下幾方面：（教師在學生分析的過程中板書歸納。）1．與物體受到的外力的關(guān)系：?與物體受到的外力有關(guān)；例如：騎自行車剎車：用力剎車時，用的力越大、車越容易停下來，即：阻力越大，自行車減速的加速度越大。?與物體受到的外力無關(guān)；例如：用大小不一樣的力推大石頭，推不動，運動狀態(tài)不變，加速度為零。?應(yīng)該是與物體受到的合外力有關(guān)；分析如下：用大小不一樣的力推大石頭，推不動，是因為大石頭同時受到摩擦力的作用，受到合外力為零，因此、加速度也為零。2?與物體質(zhì)量的關(guān)系：與物體的質(zhì)量有關(guān)；例如：人分別用相同的力推自行車和摩托車時，自行車比較容易加速啟動，而摩托車則較難。也就是說在相同的情況下，質(zhì)量較小的自行車獲得的加速度就較大。3?與物體運動的速度的關(guān)系?與物體的速度有關(guān)；例如：速度大的物體較不容易停止運動，而速度小的物體較容易天下來。?與物體的速度無關(guān)；例如：做勻速直線運動的物體不論速度大小，加速度都為零。?與物體的速度無關(guān)；分析如下：加速度是描述速度變化快慢的物理量，從公式可知，加速度與速度的大小無關(guān)。教師：引導學生總結(jié)得出猜想：物體的加速度只與它所受合外力F和物體本身的質(zhì)量m有關(guān)。說明學生在生活中對“影響物體加速度大小的因素”有所認識，但這些認識往往是片面的、不準確的。因此要讓學生充分地表達已有的認識，在這過程中教師利用課件提供一些圖片，對學生進行啟發(fā)，引導他們不斷修正自己的觀點，從而形成對科學的認識。教師：引導學生結(jié)合前面學習的知識（牛頓第一定律等），討論猜想的科學依據(jù)所在，從而確定：物體的加速度只與它所受合外力F和物體本身的質(zhì)量m有關(guān)。說明讓學生從理論的角度加以分析有利于培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，有利于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。引導學生深入探究：與F和m的定量關(guān)系。（三）?探究a與F、m的定量關(guān)系1.確定研究方法教師：我們應(yīng)該采用什么樣的物理方法來研究與F、m的定量關(guān)系呢？預測學生的分析可能如下：分兩步進行研究：.保持研究對象的質(zhì)量m—定時，研究加速度和合外力F的關(guān)系；.保持研究對象受到的合外力F—定時，研究加速度和質(zhì)量m的關(guān)系。然后綜合兩次的研究結(jié)果，進行推理和歸納，便可找出與m、F三者之間存在的關(guān)系。教師在確定研究方法后，簡單地介紹“控制變量法”。說明初中階段學生曾多次應(yīng)用過控制變量法。如果學生回答有誤，教師啟發(fā)學生回憶：研究電流與電壓和電阻這三者關(guān)系所采用的方法。2?設(shè)計實驗方案教師進一步引導學生設(shè)計實驗方案。讓學生以小組為單位設(shè)計探究方案：包括使用哪些實驗器材，如何進行操作，如何采集數(shù)據(jù)等？（要求學生把設(shè)計的方案簡要地寫在紙上）。教師巡視給予必要的指導。選擇較有代表性方案的小組派代表上臺簡要敘述本組設(shè)計的方案（用實物投影儀把學生寫在紙上的方案投影出來），讓全班同學進行交流。大家在互相啟發(fā)、補充的過程中形成較為完善的方案。預測學生設(shè)計的實驗方案可能是：方案一：用小車、電火花打點計時器、紙帶、長木板、細線、小桶、鉤碼、天平、砝碼、刻度尺、墊木等器材，研究小車的運動。用天平分別測出小車的質(zhì)量M,測出小桶的質(zhì)量與小桶中砝碼m1,把小桶與小桶中砝碼的總重力mlg當作小車受到的拉力F，從打點計時器打出的紙帶上測量并算出AS，由厶S=aT2計算出小車的加速度a。方案二：以氣墊導軌、氣源、兩個光電門、數(shù)字計時器、滑塊、滑片、刻度尺、細線、小桶、砝碼、天平為器材研究滑塊的運動。用天平測出滑塊和滑片的質(zhì)量滑塊M,測出小桶與小桶中砝碼的質(zhì)量ml,把小桶與小桶中砝碼的總重力mlg當作滑塊受到的拉力F,用光電門和數(shù)字計時器自動測出滑塊運動經(jīng)過兩個光電門時的速度、，以及這一過程所用的時間t,再通過公式算出滑塊的加速度。說明①.在學生交流討論實驗設(shè)計的方案中，要有較充分的時間讓他們對各種方案闡述自己的觀點，反思方案中的問題，同時教師要參與學生的討論分析，啟發(fā)引導學生形成較為完善的實驗方案。②.同時應(yīng)注意有些學生可能有別的方案，要鼓勵和認真對待，在課堂時間不足的情況下，可在課外指導學生去探究。③.在設(shè)計測拉力的方法時，教師要告訴學生：把小桶與小桶中砝碼的總重力mlg當作研究對象受到的拉力F1，這是有條件的，即同時可以把這一條件作為學生的課外探究課題。④.在實驗中，只需測出小桶的質(zhì)量，然后通過加減小桶中砝碼的質(zhì)量來改變對研究對象的拉力，這可以節(jié)約測量砝碼所需的時間。（對待探究能力較差的學生可采用以下的引導方式：教師：我們先研究加速度和外力F的定量關(guān)系。（即保持研究對象的質(zhì)量m—定時，研究加速度和外力F的數(shù)量關(guān)系。）教師進一步引導，使學生明確要在實驗中研究、F的定量關(guān)系，必須想辦法控制研究對象的質(zhì)量不變的同時，測出加速度和外力F的值。那么，我們應(yīng)該如何把它付諸實施呢？你打算用哪些實驗器材，怎樣操作？應(yīng)該測量哪些物理量，如何測量？請同學們根據(jù)課桌上放著的實驗器材或者課桌上沒有的實驗器材，以小組為單位討論設(shè)計一個探究方案。大家再交流。為了讓學生更有針對性地進行實驗方案設(shè)計，把印好的探究任務(wù)表格分發(fā)給各組。學生分組討論、設(shè)計探究方案（要求學生把設(shè)計的方案簡要地填寫在表格上）。讓各小組派代表上臺簡要敘述本組的設(shè)計方案（用實物投影儀把學生寫在表格上的方案投影出來），讓全班同學進行交流。在大家互相啟發(fā)、補充的過程中形成較為完善的方案?？赡艿挠懻撊缦拢簩W生可能提出的方案一：以小車、打點計時器、紙帶、長木板、細線、彈簧稱、刻度尺為器材，研究小車的運動。教師引導學生討論這一方案的可行性，讓學生踴躍發(fā)表自己見解。學生：要測加速度就必須施加外力使小車作勻加速直線運動。我用測力計測量力，用打點計時器測量加速度。教師：其他同學對這個方案有什么意見？學生：用手拉彈簧秤測量力，由于要使小車做勻加速運動，力的大小會出現(xiàn)變化，較難控制一定，不易測量。教師：其他同學還有別的測量力的方法嗎？學生：用鉤碼通過細線拉動小車，拉力不會變化，可將鉤碼的重力視作外力F,改變外力F只需改變鉤碼的重（質(zhì)量）即可。教師：大家認為可行嗎？有問題請?zhí)岢觯W生：……教師：更加精確的計算表明：只有在重物的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M時，才可近似認為重物所受的重力等于小車的拉力，即：拉力F~mg。學生：要求重物的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M,而用鉤碼拉動小車，相比之下，鉤碼的質(zhì)量偏大。因此，要求改用質(zhì)量相對較小的小沙桶。教師：其他同學對這個方案還有意見（不同想法）嗎？教師啟發(fā)：當小沙桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量時，小車與木版間的摩擦阻力就不能忽略了，這個問題如何解決？也就是說要如何消除摩擦力的影響？教師啟發(fā)學生。學生：我采用將木版無滑輪的一端稍微墊高一些，用重力的分力來抵消摩擦力，直到小車不掛重物時能勻速運動為止。教師：大家認為可行嗎？其他同學還有什么不同的想法嗎？學生：……教師：小桶和沙的質(zhì)量m1可用天平測出，這樣的測量較為費時，是否有其它方法可以更快地知道提供拉力的物體的質(zhì)量呢？學生討論后回答：先測出小桶的質(zhì)量，用砝碼來代替細沙，這就可以節(jié)約實驗時間。師生共同確定方案一如下：用小車、打點計時器、紙帶、長木板、細線、小桶、鉤碼、天平、砝碼、刻度尺、墊木等器材，研究小車的運動。用天平測出小桶的質(zhì)量ml，把小桶與小桶中砝碼的總重力mlg當作小車受到的拉力F,從打點計時器打出的紙帶上測量并算出AS,由厶S=aT2計算出小車的加速度a。并通過改變小桶和砝碼的質(zhì)量m1來改變拉力的大小，每次實驗時分別由測出的物理量算出其拉力F和加速度，就能判斷加速度和物體受力之間存在的定量關(guān)系?？赡芊桨付航處煟浩渌瑢W還有不同的設(shè)計方案嗎？教師從如何更好消除摩擦力的影響，并有效地測出加速度方面考慮，引導啟發(fā)學生應(yīng)用氣墊導軌可以更有效的消除摩擦力的影響。學生提出用氣墊導軌和打點計時器組成的系統(tǒng)進行研究的方案。在教師的引導下學生通過討論從而否定方案的可行性（不好操作和紙條受到氣墊導軌氣流影響較大）。教師向?qū)W生介紹氣墊導軌和光電門測時系統(tǒng)的優(yōu)點及其使用。引導學生應(yīng)用氣墊導軌和光電門系統(tǒng)做為實驗器材來研究。師生共同確定方案二如下：以氣墊導軌、氣源、兩個光電門、數(shù)字計時器、滑塊、滑片、刻度尺、細線、小桶、砝碼、天平為器材研究滑塊的運動。用天平測出小桶的質(zhì)量ml，把小桶與小桶中砝碼的總重力mlg當作滑塊受到的拉力F,用光電門和數(shù)字計時器測出滑塊運動經(jīng)過兩個光電門時的速度、，以及這一過程所用的時間t，再通過公式算出滑塊的加速度。并通過改變小桶和砝碼的質(zhì)量ml來改變拉力的大小，每次實驗時分別由測出的物理量算出其拉力F和加速度，就能判斷加速度和物體受力之間存在的定量關(guān)系?！?、進行實驗探究和數(shù)據(jù)處理?引導學生從實驗誤差、實驗操作等方面來分析比較兩種方案的差別。師生共同確定用“方案二”進行實驗探究，同時確定實驗的具體步驟和注意事項。并用課件顯示實驗的具體步驟和注意事項。說明“方案二”便于操作，且實驗誤差較小。用課件顯示具體的實驗步驟，有助于學生較為規(guī)范地完成實驗。?介紹并演示CAI課件的功能I?數(shù)據(jù)計算：將測出、、t等數(shù)據(jù)輸入計算機的數(shù)據(jù)處理表格后、計算機將自動算出相應(yīng)的加速度，將ml輸入計算機后將自動算出合外力F；II.自動描點連線制圖的功能；III.通過網(wǎng)絡(luò)可達到數(shù)據(jù)共享。.學生以小組為單位，分工合作進行實驗探究，并把實驗數(shù)據(jù)輸入計算機（使用移動PC并接入校園網(wǎng)）。教師巡視，注意學生儀器使用是否得當，必要時給予指導。?調(diào)用多組學生的實驗數(shù)據(jù)，讓學生分析與F、與m的定量關(guān)系。初步得出：與F成