高中物理人教版第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律3牛頓第二定律【省一等獎(jiǎng)】

《牛頓第二定律》教學(xué)設(shè)計(jì)教材分析（人教版高一物理必修1第四章第三節(jié)：牛頓第二定律）牛頓運(yùn)動(dòng)定律揭示了物體運(yùn)動(dòng)和物體受到的外力的關(guān)系，運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系是自然界中反映物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律之一，也是中學(xué)物理內(nèi)容中重要的規(guī)律之一。它是整個(gè)中學(xué)物理內(nèi)容的基礎(chǔ)。本課例嘗試運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式，將現(xiàn)代教育技術(shù)與物理課教學(xué)有機(jī)整合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)探究和處理物理問題的能力。教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)目標(biāo)（1）學(xué)習(xí)用控制變量法定量分析a、F、m三者間的關(guān)系，理解并掌握牛頓第二定律的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達(dá)式（2）能通過實(shí)驗(yàn)探究，采集、整理相關(guān)數(shù)據(jù)。（3）能較熟練的應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2、能力目標(biāo)

通過本實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生觀察試驗(yàn)現(xiàn)象、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、提出和解決物理問題的能力；掌握實(shí)驗(yàn)操作方法及應(yīng)用Excel軟件快速計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制相關(guān)數(shù)據(jù)的圖像，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納總結(jié)的能力；應(yīng)用PowerPoint軟件制作實(shí)驗(yàn)結(jié)果演示報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)演示交流的能力；應(yīng)用Word軟件完成規(guī)范的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告，培養(yǎng)良好的書面表達(dá)能力。3、情感目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)密、有序的思維習(xí)慣。通過課堂師生交流、生生交流創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，增強(qiáng)同學(xué)之間的協(xié)作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。重點(diǎn)和難點(diǎn)1、重點(diǎn)：通過實(shí)驗(yàn)探究分析總結(jié)得出牛頓第二定律的基本內(nèi)容2、難點(diǎn)：利用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告教學(xué)方法：試驗(yàn)探究、信息技術(shù)與物理教學(xué)整合實(shí)驗(yàn)分組：每班分兩大組，每大組分A、B、C、D、E、F六個(gè)小組（每組6—10人），A、B、C組做實(shí)驗(yàn)探究一（圖1），D、E、F組做實(shí)驗(yàn)探究二（圖2）教學(xué)用具：小車，砝碼，小桶，砝碼，細(xì)線，附有定滑輪的長(zhǎng)木板，墊塊，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，低壓交流電源，導(dǎo)線兩根，紙帶，托盤天平及砝碼，米尺。（3套）；氣墊導(dǎo)軌（3套）、托盤天平及砝碼等；網(wǎng)絡(luò)教室教學(xué)程序設(shè)計(jì)一、復(fù)習(xí)準(zhǔn)備、引入新課1、回顧第三章第二節(jié)內(nèi)容，定性得到a既與F有關(guān)，也與m有關(guān)：=1\*GB3①力是物體產(chǎn)生加速度的原因，根據(jù)牛頓第一定律，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化是因?yàn)橛型饬ζ仁顾淖冞\(yùn)動(dòng)狀態(tài)。=2\*GB3②在外力相同的情況下，質(zhì)量不同的物體，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度不同。質(zhì)量大的物體，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難改變，慣性大；質(zhì)量小的物體，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)易改變，慣性小。所以質(zhì)量是物體慣性大小的量度。2、問題：a、F、m三者間到底有什么定量關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生大膽猜想，提高學(xué)生的參與意識(shí)與學(xué)習(xí)興趣。二、研究方法——控制變量法先研究在質(zhì)量不變的條件下，討論作用力和加速度的關(guān)系；再研究在作用力不變的條件下，討論質(zhì)量和加速度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)條件：在砝碼質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下，小車所受的拉力才近似地認(rèn)為等于砝碼的重力。三、探究方案打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶小車圖1光滑木板1、實(shí)驗(yàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶小車圖1光滑木板小桶2、實(shí)驗(yàn)探究裝置二（圖2）小桶圖2小桶圖2小桶光電門滑塊擋光板進(jìn)氣口加重塊光電門四、實(shí)驗(yàn)原理1.如圖1，2所示裝置，保持小車（滑塊）質(zhì)量M不變，改變小桶內(nèi)砝碼的質(zhì)量m，從而改變細(xì)線對(duì)小車（滑塊）的牽引力F(當(dāng)m<<M時(shí)，F(xiàn)=mg近似成立)，測(cè)出小車（滑塊）的對(duì)應(yīng)加速度a，由多組a、F數(shù)據(jù)作出加速度和力的關(guān)系a-F圖線，分析加速度與外力的關(guān)系。2、保持小桶和砝碼的質(zhì)量不變（不變），在小車（滑塊）上加減砝碼，改變小車（滑塊）的質(zhì)量M，測(cè)出小車（滑塊）的對(duì)應(yīng)加速度a，由多組a、M數(shù)據(jù)作出加速度和質(zhì)量倒數(shù)的關(guān)系圖線，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）A、B、C組實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)器材小車，砝碼，小桶，砝碼，細(xì)線，附有定滑輪的長(zhǎng)木板，墊塊，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，低壓交流電源，導(dǎo)線兩根，紙帶，托盤天平及砝碼，米尺(3套)。實(shí)驗(yàn)步驟1、用調(diào)整好的天平測(cè)出小車和小桶的質(zhì)量M和M’，把數(shù)據(jù)記錄下來。2、按如圖1裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把掛小桶用的細(xì)線系在小車上，即不給小車加牽引力。3、平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊塊，反復(fù)移動(dòng)墊塊的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（可以從紙帶上打的點(diǎn)是否均勻來判斷）4、在小車上加放砝碼，小桶里放入適量的砝碼，把砝碼和砝碼的質(zhì)量m和m'記錄下來。把細(xì)線系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶，接通電源，放開小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，取下紙帶，在紙帶上寫上編號(hào)。5、保持小車的質(zhì)量不變，改變砝碼的質(zhì)量（要用天平稱量），按步驟4再做5次實(shí)驗(yàn)。并做好記錄（表一）。6、保持砝碼和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，并做好記錄（表二）。表一：小車質(zhì)量不變時(shí)，小車的加速度與作用在小車上的力的關(guān)系探究小車質(zhì)量克,(單位：厘米、克、秒)紙帶編號(hào)小桶質(zhì)量砝碼質(zhì)量作用力（）位移位移差加速度加速度平均值123475結(jié)論：。表二：作用力F不變時(shí)，小車產(chǎn)生的加速度與小車的總質(zhì)量的關(guān)系探究小桶質(zhì)量克，砝碼質(zhì)量克，克·厘米/秒2(單位：厘米、克、秒)紙帶編號(hào)小車質(zhì)量加重物質(zhì)量小車總質(zhì)量質(zhì)量倒數(shù)位移位移差加速度加速度平均值12345結(jié)論：。注意事項(xiàng)1、砝碼和小桶的總質(zhì)量不要超過小車和砝碼的總質(zhì)量的。2、在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手給小車一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。（二）D、E組實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)器材氣墊導(dǎo)軌、托盤天平及砝碼等（2套）。實(shí)驗(yàn)步驟1、按如圖2所示在水平桌面上放置實(shí)驗(yàn)裝置。2、調(diào)整水平①安置兩光電門之間的距離在40—80cm，在滑塊上裝實(shí)驗(yàn)所需10cm遮光片，選用相應(yīng)的毫秒檔。②打開氣源給導(dǎo)軌供氣，使滑塊運(yùn)動(dòng)，分別記下通過兩光電門的時(shí)間t1和t2。如果t1，t2不等，則可反復(fù)調(diào)節(jié)支腳上旋鈕，直至t1和t2的相對(duì)誤差<2％，即可認(rèn)為導(dǎo)軌已調(diào)水平。3、用天平分別稱出滑行器總質(zhì)量（包括加重塊，擋光片），小桶及砝碼質(zhì)量。即作用力4、將滑塊放置在滑軌上，把細(xì)線系在滑塊上并繞過滑輪懸掛小桶，接通電源氣源給導(dǎo)軌供氣，數(shù)字計(jì)時(shí)器置零，在拉力作用下滑行器開始運(yùn)動(dòng)，迅速記錄滑行器經(jīng)A、B兩光電門后所顯示的時(shí)間、。5、改變拉力的大小按步驟3、4再做5次實(shí)驗(yàn)，并做好記錄（表三）。6、保持砝碼和小桶的質(zhì)量不變，在滑塊上加放加重塊，改變滑塊質(zhì)量，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，并做好記錄（表四）。表三：滑塊質(zhì)量不變時(shí)，滑塊的加速度與作用在滑塊上的力的關(guān)系探究滑塊質(zhì)量克，光電門間距離厘米，擋光片長(zhǎng)度厘米(單位：厘米、克、秒)試驗(yàn)次數(shù)小桶總質(zhì)量作用力實(shí)驗(yàn)值值誤差（）（）123456結(jié)論：。表四：作用力F不變時(shí)，小車產(chǎn)生的加速度與小車的總質(zhì)量的關(guān)系探究作用力克·厘米/秒2，光電門間距離厘米，擋光片長(zhǎng)度厘米(單位：厘米、克、秒)試驗(yàn)次數(shù)滑塊質(zhì)量質(zhì)量倒數(shù)實(shí)驗(yàn)值值誤差（）（）123456結(jié)論：。六、數(shù)據(jù)處理1、在Excel軟件中建立（或打開附表）工作表（表一，三），輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算相關(guān)數(shù)值，并用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示作用力F，即砝碼和桶的總重力(M'+m')g，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制散點(diǎn)圖，分析a、F的相關(guān)性.若圖線為一條過原點(diǎn)的直線，就說明了研究對(duì)象質(zhì)量不變時(shí)其加速度與它所受的作用力成正比。2、在Excel軟件中建立（或打開附表）工作表（表二，四），輸入數(shù)據(jù)計(jì)算相關(guān)數(shù)值，并用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示研究對(duì)象總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制散點(diǎn)圖，分析a、的相關(guān)性。若圖線為一條過原點(diǎn)的直線，就說明研究對(duì)象所受作用力不變時(shí)其加速度與它的質(zhì)量成反比。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論1、由表一、三數(shù)據(jù)及圖像分析得：小車的質(zhì)量不變時(shí)，小車產(chǎn)生的加速度與作用在小車上的力成正比，即，且的方向與的方向相同；由表二、四數(shù)據(jù)及圖像分析得：作用于小車的力F不變時(shí)，滑塊產(chǎn)生的加速度與滑塊的總質(zhì)量成反比，即。實(shí)驗(yàn)小結(jié)：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。加速度方向跟引起這個(gè)加速度的力的方向相同。即，或。2、力的單位的規(guī)定：若規(guī)定，使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力叫1N。則公式中的。3、牛頓第二定律：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。加速度方向跟引起這個(gè)加速度的力的方向相同。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：。八、作業(yè)交流1、用PowerPoint軟件制作2—3張演示文稿，由各小組組長(zhǎng)簡(jiǎn)明扼要地匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在各小組間交流。2、用Word完成規(guī)范的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。要求A4紙型，小四字號(hào)，格式規(guī)范，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，圖表清晰，結(jié)論正確。3、各小組互相交流、討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，簡(jiǎn)單分析實(shí)驗(yàn)誤差及形成原因，由各小組組長(zhǎng)負(fù)責(zé)形成書面報(bào)告。4、所有作業(yè)上傳到校園網(wǎng)《公共信息文檔》欄目《高一物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告》文件夾。個(gè)人文件夾名稱格式為：高一x班x組xxx。例：高一11班A組王小妹。教學(xué)說明1、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)牛頓第二定律的教學(xué)是整個(gè)力學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，從知識(shí)體系的構(gòu)建及學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律來說，這節(jié)課的重點(diǎn)應(yīng)首先讓學(xué)生猜想，根據(jù)猜想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，再通過實(shí)驗(yàn)探究獲得數(shù)據(jù)，最后運(yùn)用計(jì)算機(jī)定量分析，得出結(jié)論。本節(jié)課的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，運(yùn)用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力，同時(shí)滲透研究物理問題的科學(xué)方法。2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，在課堂教學(xué)中，最大限度的發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓他們針對(duì)問題提出正確的解決方案，并通過實(shí)際操作獲得科學(xué)的結(jié)論。在能力的培養(yǎng)上，力圖使學(xué)生理解科學(xué)研究的一般方法(如控制變量法)，并將信息技術(shù)的運(yùn)用與物理教學(xué)相結(jié)合，讓學(xué)生借助計(jì)算機(jī)迅速、快捷地完成實(shí)驗(yàn)分析，以提高他們?cè)谛畔⒒鐣?huì)大背