《牛頓第二定律》的探究性課堂教學(xué)設(shè)計

1、牛頓第二定律的探究性課堂教學(xué)設(shè)計黑龍口中學(xué) 白彥軍一 指導(dǎo)思想 在探究精神和實踐能力的培養(yǎng)成為整個教學(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)時代發(fā)展的課程價值倍受人們關(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，其著眼點就是為了改變長期以來只關(guān)注教學(xué)知識傳授的傳統(tǒng)課堂教學(xué)格局，使學(xué)生形成一種對知識主動探究、并重視實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)新精神和實踐能力為重點”的時代呼喚。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)行教材為基本探究內(nèi)容，以學(xué)生

2、周圍世界和生活實際為參照對象，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，讓學(xué)生通過個人、小組、集體等多種解疑釋難嘗試活動，將自己所學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題的一種教學(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，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，以實驗探究為核心，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劃與設(shè)計實驗進(jìn)行實驗與收集證據(jù)分析與論證評估交流與合作等幾個方面。二 本節(jié)教材分析牛頓第二定律是動力學(xué)的核心內(nèi)容，是本章的重點和中心內(nèi)容。它闡明了力在改變物體運(yùn)動狀態(tài)

3、時所產(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)動緊密聯(lián)系起來。本課時擬用實驗探究的方法得出力、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驗研究一個物理量同時跟另外兩個物理量有關(guān)的多元問題，所以應(yīng)向?qū)W生說明實驗研究方法：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)的方法把實驗得出的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同時應(yīng)強(qiáng)調(diào)定律的矢量性、同一

4、性、瞬時性，且通過例題和練習(xí)加深學(xué)生的理解，提高學(xué)生對定律的應(yīng)用能力。三 教學(xué)目標(biāo)（一） 知識目標(biāo)1 知道得到牛頓第二定律的實驗過程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)生的實驗?zāi)芰?、分析能力、解決問題的能力（三） 德育目標(biāo)使學(xué)生知道物理學(xué)中研究問題時常用的一種方法控制變量法 四 教學(xué)重點1 牛頓第二定律的實驗過程2 牛頓第二定律 五 教學(xué)難點 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)，并體驗簡單的科學(xué)研究過程和方法七 教學(xué)儀器 兩輛質(zhì)量相同的小車、一端帶有滑輪的

5、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)動狀態(tài)的改變？其原因是什么？ 學(xué)生物體運(yùn)動狀態(tài)改變的實質(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)動狀態(tài)改變的實質(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 設(shè)計實驗

6、 教師如何探究加速度和力的關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生討論（點撥：在初中物理研究歐姆定律時已用過這種方法）確定實驗方法：控制變量法。并以此設(shè)計實驗方案，歸納出所需的實驗器材、實驗步驟和待測的物理量，并明確實驗中的一些注意事項（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)繩對小車的拉力可近似等于砝碼所受到的重力）請同學(xué)們分組討論，設(shè)計實驗方案，教師巡視指導(dǎo)。實驗器材兩輛質(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、夾子實驗裝置實驗步驟1 正確安裝實驗儀器，盤里放上不等量砝碼2 把小

7、車拖至木板末端，待小車停穩(wěn)后松開夾子，當(dāng)小車運(yùn)動一段距離以后，關(guān)上夾子，讓它們同時停下來3 重復(fù)（2）幾次觀察測量盤里砝碼數(shù)量及兩輛小車通過的位移實驗結(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)生分組實驗，把實驗方案和結(jié)果記錄在表一 在觀察和實驗中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生正確使用實驗器材、進(jìn)行觀察、測量和實驗；對基本儀器進(jìn)行安全操作；記錄觀察和測量結(jié)果，從中提高學(xué)生的實踐能力，認(rèn)識實驗在科學(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)律正確處理實驗結(jié)果。 教師實驗結(jié)果得到的是砝碼個數(shù)和位移的關(guān)系，如何去分析論證我們的猜想呢？ 學(xué)生

8、討論(a)由公式 s= at2可知：在時間t相同的情況下，sa （b）砝碼的個數(shù)與力之間的關(guān)系 F n （c）根據(jù)上述兩個結(jié)論并與實驗結(jié)果 ns進(jìn)行綜合能得到結(jié)果：aF 教師總結(jié)（a）通過上述實驗我們發(fā)現(xiàn)：對質(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)計實驗 教師前面我們已探究了加速度和力的關(guān)系，請同學(xué)們自主設(shè)計加速度和質(zhì)量關(guān)系的實驗。 學(xué)生分組討論，設(shè)計實驗方案，教師巡視指導(dǎo)。實

9、驗器材兩輛質(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、夾子實驗步驟1 正確安裝實驗儀器，盤里放上等量砝碼，同時在小車上放上數(shù)目不等的砝碼2 把兩輛小車拖至長木板末端，松開夾子，當(dāng)小車運(yùn)動一段距離以后，關(guān)上夾子，讓它們同時停下來3 重復(fù)（2）幾次觀察測量小車上放的砝碼數(shù)量及兩輛小車通過的位移實驗結(jié)果1 小車上放砝碼個數(shù)少的通過的位移大2 質(zhì)量與位移的關(guān)系 （4）學(xué)生自主實驗，并把實驗方案和結(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 （6）評估各探究小組要檢

10、查和思考探究計劃的嚴(yán)密性、證據(jù)收集的周密性、解釋的科學(xué)性，并對結(jié)論的可靠性作出評價。（7）組間的交流與合作各小組將自己所做的實驗過程、結(jié)果互相交流，把在實驗過程中有疑惑的、不理解的、有錯誤的等這些情況充分列舉出來，讓學(xué)生討論最合理的測量方法，通過討論使學(xué)生認(rèn)識到自己測量存在的問題，逐步形成測量的科學(xué)方法和減少誤差的意識。3. 牛頓第二定律教師請同學(xué)們總結(jié)一下，我們在上述兩個實驗中得到了什么結(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)所有物理量均取國際單位（即

11、FN，mKg，a ）時：k=1。 此時關(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叫做牛頓第二定律的矢量性。例題分析、討論、歸納 例：用水平力F作用在一個質(zhì)量為m的靜置于光滑水平桌面上的物體，試討論學(xué)生活動問題一：物體此時受哪些力的作用？物體此時受到三個力的作用，分別是：重力、支持力、水平

12、力F問題二：每一個力是否都產(chǎn)生加速度？由“力是產(chǎn)生加速度的原因”知，每一個力都應(yīng)產(chǎn)生加速度問題三：物體的實際運(yùn)動情況如何？物體的實際運(yùn)動是沿力F的方向以加速度 加速運(yùn)動問題四：物體為什么呈現(xiàn)這種運(yùn)動狀態(tài)？因為重力和支持力是一對平衡力，其作用效果互相抵消，此時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)動狀態(tài)，而決定物體運(yùn)動狀態(tài)的只能是它所受的合力，而不能是其中一個力或者幾個力，我們把物體運(yùn)動的加速度和該物體所受合力的這種對應(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，加速度的方向跟合力的方向相同。

13、寫成公式就是：F合 =ma 教師請同學(xué)們結(jié)合上例再考慮這樣幾個問題 例題略學(xué)生活動問題一：物體受水平力F作用前做什么運(yùn)動？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？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)動問題三：撤去水平力F作用后物體做什么運(yùn)動撤去水平力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）的運(yùn)動狀態(tài)，并以此時的速度做勻速直線運(yùn)動教師總結(jié)從上面的分析可知，物體運(yùn)動的加速度隨合力的變化而變化，存在著瞬時對應(yīng)關(guān)系，所以我們說牛頓第二定律具有瞬時性。4 應(yīng)用及鞏固（1）一個物體的質(zhì)量是2Kg，受到互成120°角的兩個力F1 和 F2 的作用，這兩個力的大小都是120N，這個物體產(chǎn)生的加速度是多大？（2）豎直向上飛行的子彈，達(dá)到最高點后又返回原地，假設(shè)整個過程中，子彈所受阻力大小與速度的大小成正比，則整個運(yùn)動過程中，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）探究性