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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
2、,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Fkma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
3、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。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,从中总结出和的关系,写出的表
4、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
5、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)运动状态改变(v的变化)力 F(原因)质量 m惯性(阻碍
6、)加速度 a(描述)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
7、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,
8、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。(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。(
9、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 或 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
10、等式,应是 。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 = 1 kgm/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
11、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(六)作业布置书面作业:P113第36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
12、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(提出问题、猜想假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作)中,本节课的设计不追求面面俱到,而是侧重于、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