《牛頓第二定律》的探究性課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

1、牛頓第二定律的探究性課堂教學(xué)設(shè)計(jì)蘇州市吳中區(qū)東山中學(xué) 嚴(yán)建榮一 指導(dǎo)思想 在探究精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)成為整個(gè)教學(xué)改革的靈魂之際，探究性教學(xué)以其日益凸現(xiàn)的適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的課程價(jià)值倍受人們關(guān)注。國家教育部最近公布的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將探究性教學(xué)置于核心位置，其著眼點(diǎn)就是為了改變長(zhǎng)期以來只關(guān)注教學(xué)知識(shí)傳授的傳統(tǒng)課堂教學(xué)格局，使學(xué)生形成一種對(duì)知識(shí)主動(dòng)探究、并重視實(shí)際問題解決的積極學(xué)習(xí)方式而進(jìn)行的課堂教學(xué)改革，以回應(yīng)素質(zhì)教育“以創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)”的時(shí)代呼喚。所謂探究性課堂教學(xué)，就是以探究性學(xué)習(xí)為主的教學(xué)。具體地說是指教學(xué)過程是在教師的啟發(fā)誘導(dǎo)下，以學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)和合作探討為前提，以現(xiàn)行教材為基本探究?jī)?nèi)

2、容，以學(xué)生周圍世界和生活實(shí)際為參照對(duì)象，為學(xué)生提供充分自由表達(dá)、質(zhì)疑、探究、討論問題的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生通過個(gè)人、小組、集體等多種解疑釋難嘗試活動(dòng)，將自己所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題的一種教學(xué)形式。探究性課堂教學(xué)是教師和學(xué)生雙方都參與的活動(dòng)，充分體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性：規(guī)律讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)，方法讓學(xué)生自主尋找，思路讓學(xué)生自主探究，問題讓學(xué)生自主解決。已頒布的物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出：以教材為載體，以實(shí)驗(yàn)探究為核心，科學(xué)探究能力大致表現(xiàn)在提出問題猜想與假定制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)分析與論證評(píng)估交流與合作等幾個(gè)方面。二 本節(jié)教材分析牛頓第二定律是動(dòng)力學(xué)的核心內(nèi)容，是本章的重點(diǎn)和中心內(nèi)容。它闡明了力在改變物

3、體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的加速度大小和物體質(zhì)量間的關(guān)系，從而把物體的受力和物體的運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系起來。本課時(shí)擬用實(shí)驗(yàn)探究的方法得出力、質(zhì)量和加速度間的關(guān)系，所以在教學(xué)中，首先要讓學(xué)生了解本節(jié)要研究的問題（a與F、m之間的定量關(guān)系）和方法（控制變量法），由于這是學(xué)生在高中階段第一次遇到用實(shí)驗(yàn)研究一個(gè)物理量同時(shí)跟另外兩個(gè)物理量有關(guān)的多元問題，所以應(yīng)向?qū)W生說明實(shí)驗(yàn)研究方法：先保持物體質(zhì)量不變，研究它的加速度與外力的關(guān)系；再保持外力不變，研究它的加速度與質(zhì)量的關(guān)系；最后用數(shù)學(xué)的方法把實(shí)驗(yàn)得出的a與F的關(guān)系及a與m的關(guān)系綜合起來，找出a與F和m的關(guān)系，并給出牛頓第二定律更普遍的形式 F合 =ma同時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)定律的矢

4、量性、同一性、瞬時(shí)性，且通過例題和練習(xí)加深學(xué)生的理解，提高學(xué)生對(duì)定律的應(yīng)用能力。三 教學(xué)目標(biāo)（一） 知識(shí)目標(biāo)1 知道得到牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)過程2 理解加速度與力和質(zhì)量間的關(guān)系3 理解牛頓第二定律的內(nèi)容；知道定律的確切含義4 能運(yùn)用牛頓第二定律解答有關(guān)問題（二） 能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒎治瞿芰?、解決問題的能力（三） 德育目標(biāo)使學(xué)生知道物理學(xué)中研究問題時(shí)常用的一種方法控制變量法 四 教學(xué)重點(diǎn)1 牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)過程2 牛頓第二定律 五 教學(xué)難點(diǎn) 牛頓第二定律的推導(dǎo)及意義 六教學(xué)方法體現(xiàn)新教材特色，指導(dǎo)學(xué)生在參與合作中學(xué)習(xí)，并體驗(yàn)簡(jiǎn)單的科學(xué)研究過程和方法七 教學(xué)儀器 兩輛質(zhì)量相同的小車、一端

5、帶有滑輪的光滑水平板、砝碼一盒、砝碼盤、細(xì)繩、夾子（每組）、投影儀、投影片八教學(xué)過程（一） 提出問題 引入新課 教師什么是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變？其原因是什么？ 學(xué)生物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的實(shí)質(zhì)是速度發(fā)生變化，其改變的原因是受到了力的作用。 教師 物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變除了跟力有關(guān)外，還和哪些因素有關(guān)？ 學(xué)生還和質(zhì)量有關(guān)。 教師 物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生了加速度，那么物體的加速度、力、質(zhì)量之間究竟有什么樣的關(guān)系呢？本節(jié)我們來探討這一問題。（二） 新課教學(xué)1 探究加速度和力的關(guān)系（1）提出問題 教師既然加速度和力有關(guān)，那么究竟是什么關(guān)系？（2）引導(dǎo)猜想與假設(shè) 學(xué)生物體的加速度與力可能成正比。（3）引導(dǎo)探究

6、 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 教師如何探究加速度和力的關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生討論（點(diǎn)撥：在初中物理研究歐姆定律時(shí)已用過這種方法）確定實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。并以此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，歸納出所需的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟和待測(cè)的物理量，并明確實(shí)驗(yàn)中的一些注意事項(xiàng)（為什么水平板要光滑、為什么盤中要放數(shù)目不等的砝碼、為什么要用夾子夾住兩輛小車的兩根細(xì)繩、為什么要用質(zhì)量相等的兩輛小車及近似處理：砝碼跟小車相比質(zhì)量較小，細(xì)繩對(duì)小車的拉力可近似等于砝碼所受到的重力）請(qǐng)同學(xué)們分組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師巡視指導(dǎo)。 表一實(shí)驗(yàn)器材兩輛質(zhì)量相同的小車、一端帶有滑輪的光滑水平板、砝碼一盒、砝碼盤、細(xì)繩、夾子實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)步驟1 正確安裝實(shí)驗(yàn)儀器，盤里放上不

7、等量砝碼2 把小車拖至木板末端，待小車停穩(wěn)后松開夾子，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)一段距離以后，關(guān)上夾子，讓它們同時(shí)停下來3 重復(fù)（2）幾次觀察測(cè)量盤里砝碼數(shù)量及兩輛小車通過的位移實(shí)驗(yàn)結(jié)果1 其中與放砝碼多的盤相連的小車位移大2 砝碼數(shù)量與位移之間的關(guān)系ns （4）分發(fā)儀器，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果記錄在表一 在觀察和實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生正確使用實(shí)驗(yàn)器材、進(jìn)行觀察、測(cè)量和實(shí)驗(yàn)；對(duì)基本儀器進(jìn)行安全操作；記錄觀察和測(cè)量結(jié)果，從中提高學(xué)生的實(shí)踐能力，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)在科學(xué)探究中的重要性。 （5）分析與論證 引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)過的物理方法和規(guī)律正確處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 教師實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的是砝碼個(gè)數(shù)和位移的關(guān)系，如何去分析論證我們

8、的猜想呢？ 學(xué)生討論(a)由公式 s= at2可知：在時(shí)間t相同的情況下，sa （b）砝碼的個(gè)數(shù)與力之間的關(guān)系 F n （c）根據(jù)上述兩個(gè)結(jié)論并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ns進(jìn)行綜合能得到結(jié)果：aF 教師總結(jié)（a）通過上述實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)：對(duì)質(zhì)量相同的物體來說，物體的加速度跟作用在物體上的力成正比，并可表述為 或者 aF （b）與猜想進(jìn)行比較2探究加速度和質(zhì)量的關(guān)系 （1）提出問題 教師既然加速度和質(zhì)量有關(guān)，那么兩者究竟是什么關(guān)系？ （2）引導(dǎo)猜想和假設(shè) 學(xué)生物體的加速度與質(zhì)量可能成反比 （3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 教師前面我們已探究了加速度和力的關(guān)系，請(qǐng)同學(xué)們自主設(shè)計(jì)加速度和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。 學(xué)生分組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，

9、教師巡視指導(dǎo)。 表二實(shí)驗(yàn)器材兩輛質(zhì)量相同的小車、一端帶有滑輪的光滑水平板、砝碼一盒、砝碼盤、細(xì)繩、夾子實(shí)驗(yàn)步驟1 正確安裝實(shí)驗(yàn)儀器，盤里放上等量砝碼，同時(shí)在小車上放上數(shù)目不等的砝碼2 把兩輛小車拖至長(zhǎng)木板末端，松開夾子，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)一段距離以后，關(guān)上夾子，讓它們同時(shí)停下來3 重復(fù)（2）幾次觀察測(cè)量小車上放的砝碼數(shù)量及兩輛小車通過的位移實(shí)驗(yàn)結(jié)果1 小車上放砝碼個(gè)數(shù)少的通過的位移大2 質(zhì)量與位移的關(guān)系 （4）學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，并把實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果記錄在表二（5）分析論證在前面處理加速度和力關(guān)系的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自主探討、交流、合作得出結(jié)論：在相同力的作用下，物體的加速度跟物體的質(zhì)量成反比，可表述為 或者 （

10、6）評(píng)估各探究小組要檢查和思考探究計(jì)劃的嚴(yán)密性、證據(jù)收集的周密性、解釋的科學(xué)性，并對(duì)結(jié)論的可靠性作出評(píng)價(jià)。（7）組間的交流與合作各小組將自己所做的實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果互相交流，把在實(shí)驗(yàn)過程中有疑惑的、不理解的、有錯(cuò)誤的等這些情況充分列舉出來，讓學(xué)生討論最合理的測(cè)量方法，通過討論使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己測(cè)量存在的問題，逐步形成測(cè)量的科學(xué)方法和減少誤差的意識(shí)。3. 牛頓第二定律教師請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)一下，我們?cè)谏鲜鰞蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)中得到了什么結(jié)論？學(xué)生物體的加速度跟物體所受的力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。教師總結(jié)我們可以用數(shù)學(xué)公式把這種關(guān)系表述為： 或者 Fma 進(jìn)一步可將表達(dá)式改為等式：F=kma 其中k為比例常數(shù)，當(dāng)所有

11、物理量均取國際單位（即FN，mKg，a ）時(shí)：k=1。 此時(shí)關(guān)系式可變?yōu)椋?F=ma 此即為牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。教師在牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式中，哪些是矢量，哪些是標(biāo)量呢？學(xué)生m是標(biāo)量，F(xiàn)、a是矢量。教師這兩個(gè)矢量有何關(guān)系？學(xué)生由物體受力決定物體的加速度，它們的方向應(yīng)該一致。教師總結(jié) 牛頓第二定律不但確定了加速度和力的大小關(guān)系，還確定了它們之間的方向關(guān)系。我們把牛頓第二定律中加速度方向和力的方向一致的特點(diǎn)叫做牛頓第二定律的矢量性。例題分析、討論、歸納 表三例：用水平力F作用在一個(gè)質(zhì)量為m的靜置于光滑水平桌面上的物體，試討論學(xué)生活動(dòng)問題一：物體此時(shí)受哪些力的作用？物體此時(shí)受到三個(gè)力的作用，

12、分別是：重力、支持力、水平力F問題二：每一個(gè)力是否都產(chǎn)生加速度？由“力是產(chǎn)生加速度的原因”知，每一個(gè)力都應(yīng)產(chǎn)生加速度問題三：物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況如何？物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是沿力F的方向以加速度 加速運(yùn)動(dòng)問題四：物體為什么呈現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？因?yàn)橹亓椭С至κ且粚?duì)平衡力，其作用效果互相抵消，此時(shí)作用于物體的合力相當(dāng)于F教師總結(jié)從上面的討論可知，物體只能有一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而決定物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的只能是它所受的合力，而不能是其中一個(gè)力或者幾個(gè)力，我們把物體運(yùn)動(dòng)的加速度和該物體所受合力的這種對(duì)應(yīng)關(guān)系叫做牛頓第二定律的同一性，為此可把牛頓第二定律進(jìn)一步表述為：物體的加速度跟物體所受的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速

13、度的方向跟合力的方向相同。寫成公式就是：F合 =ma 教師請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合上例再考慮這樣幾個(gè)問題 表四例題略學(xué)生活動(dòng)問題一：物體受水平力F作用前做什么運(yùn)動(dòng)？物體受水平力F作用前保持靜止?fàn)顟B(tài)問題二：物體受水平力F作用后做什么運(yùn)動(dòng)？物體受水平力F作用后靜止?fàn)顟B(tài)被改變，且以加速度 加速運(yùn)動(dòng)問題三：撤去水平力F作用后物體做什么運(yùn)動(dòng)撤去水平力F作用后物體所受合力為零，所以保持它原來（加速結(jié)束時(shí)）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并以此時(shí)的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)教師總結(jié)從上面的分析可知，物體運(yùn)動(dòng)的加速度隨合力的變化而變化，存在著瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以我們說牛頓第二定律具有瞬時(shí)性。4 應(yīng)用及鞏固（1）一個(gè)物體的質(zhì)量是2Kg，受到互成120°角的兩個(gè)力F1 和 F2 的作用，這兩個(gè)力的大小都是120N，這個(gè)物體產(chǎn)生的加速度是多大？（2）豎直向上飛行的子彈，達(dá)到最高點(diǎn)后又返回原地，假設(shè)整個(gè)過程中，子彈所受阻力大小與速度的大小成正比，則整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，加速度的大小變化是（ ）A.始終變小 B. 始終變大 C.先變大后變小 D.先變小后變大（解答略）探究