高中物理人教版第四章牛頓運動定律3牛頓第二定律【省一等獎】

《牛頓第二定律》教學設計教材分析（人教版高一物理必修1第四章第三節(jié)：牛頓第二定律）牛頓運動定律揭示了物體運動和物體受到的外力的關系，運動和力的關系是自然界中反映物體機械運動的普遍規(guī)律之一，也是中學物理內容中重要的規(guī)律之一。它是整個中學物理內容的基礎。本課例嘗試運用任務驅動教學方式，將現(xiàn)代教育技術與物理課教學有機整合，充分調動學生探究學習的主動性，培養(yǎng)學生應用現(xiàn)代信息技術探究和處理物理問題的能力。教學目標

1、知識目標（1）學習用控制變量法定量分析a、F、m三者間的關系，理解并掌握牛頓第二定律的內容及數(shù)學表達式（2）能通過實驗探究，采集、整理相關數(shù)據(jù)。（3）能較熟練的應用計算機處理分析試驗數(shù)據(jù)，得到實驗結論，完成實驗報告。2、能力目標

通過本實驗，培養(yǎng)學生觀察試驗現(xiàn)象、采集實驗數(shù)據(jù)、提出和解決物理問題的能力；掌握實驗操作方法及應用Excel軟件快速計算實驗數(shù)據(jù)，繪制相關數(shù)據(jù)的圖像，對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納總結的能力；應用PowerPoint軟件制作實驗結果演示報告，現(xiàn)場演示交流的能力；應用Word軟件完成規(guī)范的實驗研究報告，培養(yǎng)良好的書面表達能力。3、情感目標

培養(yǎng)學生嚴謹、求實的科學態(tài)度，嚴密、有序的思維習慣。通過課堂師生交流、生生交流創(chuàng)造良好的學習氛圍，增強同學之間的協(xié)作，激發(fā)學生的學習興趣。重點和難點1、重點：通過實驗探究分析總結得出牛頓第二定律的基本內容2、難點：利用計算機對實驗數(shù)據(jù)處理分析，完成實驗報告教學方法：試驗探究、信息技術與物理教學整合實驗分組：每班分兩大組，每大組分A、B、C、D、E、F六個小組（每組6—10人），A、B、C組做實驗探究一（圖1），D、E、F組做實驗探究二（圖2）教學用具：小車，砝碼，小桶，砝碼，細線，附有定滑輪的長木板，墊塊，打點計時器，低壓交流電源，導線兩根，紙帶，托盤天平及砝碼，米尺。（3套）；氣墊導軌（3套）、托盤天平及砝碼等；網(wǎng)絡教室教學程序設計一、復習準備、引入新課1、回顧第三章第二節(jié)內容，定性得到a既與F有關，也與m有關：=1\*GB3①力是物體產(chǎn)生加速度的原因，根據(jù)牛頓第一定律，物體運動狀態(tài)發(fā)生變化是因為有外力迫使它改變運動狀態(tài)。=2\*GB3②在外力相同的情況下，質量不同的物體，運動狀態(tài)改變的難易程度不同。質量大的物體，運動狀態(tài)難改變，慣性大；質量小的物體，運動狀態(tài)易改變，慣性小。所以質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系？引導學生大膽猜想，提高學生的參與意識與學習興趣。二、研究方法——控制變量法先研究在質量不變的條件下，討論作用力和加速度的關系；再研究在作用力不變的條件下，討論質量和加速度的關系。實驗條件：在砝碼質量遠遠小于小車質量的條件下，小車所受的拉力才近似地認為等于砝碼的重力。三、探究方案打點計時器紙帶小車圖1光滑木板1、實驗打點計時器紙帶小車圖1光滑木板小桶2、實驗探究裝置二（圖2）小桶圖2小桶圖2小桶光電門滑塊擋光板進氣口加重塊光電門四、實驗原理1.如圖1，2所示裝置，保持小車（滑塊）質量M不變，改變小桶內砝碼的質量m，從而改變細線對小車（滑塊）的牽引力F(當m<<M時，F(xiàn)=mg近似成立)，測出小車（滑塊）的對應加速度a，由多組a、F數(shù)據(jù)作出加速度和力的關系a-F圖線，分析加速度與外力的關系。2、保持小桶和砝碼的質量不變（不變），在小車（滑塊）上加減砝碼，改變小車（滑塊）的質量M，測出小車（滑塊）的對應加速度a，由多組a、M數(shù)據(jù)作出加速度和質量倒數(shù)的關系圖線，分析加速度與質量的關系。五、實驗內容（一）A、B、C組實驗實驗器材小車，砝碼，小桶，砝碼，細線，附有定滑輪的長木板，墊塊，打點計時器，低壓交流電源，導線兩根，紙帶，托盤天平及砝碼，米尺(3套)。實驗步驟1、用調整好的天平測出小車和小桶的質量M和M’，把數(shù)據(jù)記錄下來。2、按如圖1裝置把實驗器材安裝好，只是不把掛小桶用的細線系在小車上，即不給小車加牽引力。3、平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊塊，反復移動墊塊的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(tài)（可以從紙帶上打的點是否均勻來判斷）4、在小車上加放砝碼，小桶里放入適量的砝碼，把砝碼和砝碼的質量m和m'記錄下來。把細線系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，取下紙帶，在紙帶上寫上編號。5、保持小車的質量不變，改變砝碼的質量（要用天平稱量），按步驟4再做5次實驗。并做好記錄（表一）。6、保持砝碼和小桶的質量不變，在小車上加放砝碼，重復上面的實驗，并做好記錄（表二）。表一：小車質量不變時，小車的加速度與作用在小車上的力的關系探究小車質量克,(單位：厘米、克、秒)紙帶編號小桶質量砝碼質量作用力（）位移位移差加速度加速度平均值123475結論：。表二：作用力F不變時，小車產(chǎn)生的加速度與小車的總質量的關系探究小桶質量克，砝碼質量克，克·厘米/秒2(單位：厘米、克、秒)紙帶編號小車質量加重物質量小車總質量質量倒數(shù)位移位移差加速度加速度平均值12345結論：。注意事項1、砝碼和小桶的總質量不要超過小車和砝碼的總質量的。2、在平衡摩擦力時，不要懸掛小桶，但小車應連著紙帶且接通電源。用手給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，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組實驗實驗器材氣墊導軌、托盤天平及砝碼等（2套）。實驗步驟1、按如圖2所示在水平桌面上放置實驗裝置。2、調整水平①安置兩光電門之間的距離在40—80cm，在滑塊上裝實驗所需10cm遮光片，選用相應的毫秒檔。②打開氣源給導軌供氣，使滑塊運動，分別記下通過兩光電門的時間t1和t2。如果t1，t2不等，則可反復調節(jié)支腳上旋鈕，直至t1和t2的相對誤差<2％，即可認為導軌已調水平。3、用天平分別稱出滑行器總質量（包括加重塊，擋光片），小桶及砝碼質量。即作用力4、將滑塊放置在滑軌上，把細線系在滑塊上并繞過滑輪懸掛小桶，接通電源氣源給導軌供氣，數(shù)字計時器置零，在拉力作用下滑行器開始運動，迅速記錄滑行器經(jīng)A、B兩光電門后所顯示的時間、。5、改變拉力的大小按步驟3、4再做5次實驗，并做好記錄（表三）。6、保持砝碼和小桶的質量不變，在滑塊上加放加重塊，改變滑塊質量，重復上面的實驗，并做好記錄（表四）。表三：滑塊質量不變時，滑塊的加速度與作用在滑塊上的力的關系探究滑塊質量克，光電門間距離厘米，擋光片長度厘米(單位：厘米、克、秒)試驗次數(shù)小桶總質量作用力實驗值值誤差（）（）123456結論：。表四：作用力F不變時，小車產(chǎn)生的加速度與小車的總質量的關系探究作用力克·厘米/秒2，光電門間距離厘米，擋光片長度厘米(單位：厘米、克、秒)試驗次數(shù)滑塊質量質量倒數(shù)實驗值值誤差（）（）123456結論：。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)，計算相關數(shù)值，并用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示作用力F，即砝碼和桶的總重力(M'+m')g，根據(jù)實驗結果繪制散點圖，分析a、F的相關性.若圖線為一條過原點的直線，就說明了研究對象質量不變時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)計算相關數(shù)值，并用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示研究對象總質量的倒數(shù)，根據(jù)實驗結果繪制散點圖，分析a、的相關性。若圖線為一條過原點的直線，就說明研究對象所受作用力不變時其加速度與它的質量成反比。七、實驗結論1、由表一、三數(shù)據(jù)及圖像分析得：小車的質量不變時，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，滑塊產(chǎn)生的加速度與滑塊的總質量成反比，即。實驗小結：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質量成反比。加速度方向跟引起這個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，跟物體的質量成反比。加速度方向跟引起這個加速度的力的方向相同。數(shù)學表達式為：。八、作業(yè)交流1、用PowerPoint軟件制作2—3張演示文稿，由各小組組長簡明扼要地匯報實驗結果，在各小組間交流。2、用Word完成規(guī)范的實驗研究報告。要求A4紙型，小四字號，格式規(guī)范，數(shù)據(jù)準確，圖表清晰，結論正確。3、各小組互相交流、討論實驗結果，簡單分析實驗誤差及形成原因，由各小組組長負責形成書面報告。4、所有作業(yè)上傳到校園網(wǎng)《公共信息文檔》欄目《高一物理實驗報告》文件夾。個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。教學說明1、實驗目標牛頓第二定律的教學是整個力學的重點和難點，從知識體系的構建及學生的認知規(guī)律來說，這節(jié)課的重點應首先讓學生猜想，根據(jù)猜想設計實驗方案，再通過實驗探究獲得數(shù)據(jù)，最后運用計算機定量分析，得出結論。本節(jié)課的目的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和動手能力，運用計算機處理數(shù)據(jù)的能力，同時滲透研究物理問題的科學方法。2實驗設計原則以學生為主體，教師為主導，在課堂教學中，最大限度的發(fā)揮學生的主觀能動性，讓他們針對問題提出正確的解決方案，并通過實際操作獲得科學的結論。在能力的培養(yǎng)上，力圖使學生理解科學研究的一般方法(如控制變量法)，并將信息技術的運用與物理教學相結合，讓學生借助計算機迅速、快捷地完成實驗分析，以提高他們在信息化社會大背