第四章運動和力的關(guān)系單元教學設計

運動和力的關(guān)系單元教學設計一、學生學習情況分析以物理學科核心素養(yǎng)為主線，結(jié)合教學實踐經(jīng)驗，本單元的學情分析如下：1、在物理觀念方面:初中階段學生已經(jīng)學過牛頓第一定律和慣性的定義，但很多學生仍然會認為“力是維持物體運動的原因”，還未形成“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”的物理觀念。2、在科學思維方面:初中階段學生對運動和相互作用的認識是定性的，高中階段學生要通過邏輯推理、理想實驗和控制變量法等，加深對牛頓第一定律的認識，學習牛頓第二、第三定律;注重從實際的情境出發(fā)，進行模型建構(gòu)，運用牛頓運動定律定量解決實際問題．這些對于高一學生來說都是很大的臺階。3、在科學探究方面:學生已經(jīng)做過“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”等實驗,會利用紙帶計算加速度，具有初步的實驗操作能力和記錄、分析數(shù)據(jù)，獲得結(jié)論的意識．本單元“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗，要求學生通過定性分析，猜想出可能的實驗結(jié)論，然后設計實驗方案進行驗證.并能借助圖像處理實驗數(shù)據(jù)，分析得出結(jié)論。這些要求是比較高的，特別是在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，用1/m作為橫坐標來處理數(shù)據(jù)，這對學生來說是第一次，思維跨度較大，學生較難接受。4、在科學態(tài)度與責任方面:通過前面的學習，學生具有一定的物理學習興趣。但對物理學特有的實驗探究和科學思維結(jié)合的研究方法，還有待通過實踐加強。分析學習基礎作為基礎需要提升生活經(jīng)驗推拉物體、體育運動；過山車、升降機、蹦極等體驗；力與運動關(guān)系認識模糊；對“失重”、“完全失重”等存在錯誤前概念學習經(jīng)驗概念規(guī)律力、牛頓第三定律、運動規(guī)律牛頓運動定律的綜合應用；解釋、解決實際問題思想方法控制變量法、歸納法、合理外推（極限法）理想實驗法、歸納演繹法轉(zhuǎn)化法（化曲為直）實驗能力打點計時器測速、描繪v-t圖象并分析運動實驗設計、平衡摩擦、圖象分析與轉(zhuǎn)化綜合素養(yǎng)觀察與分析、邏輯推理矢量運算、邏輯分析能力、實驗方案的設計能力、應用科學語言的表達能力1.2.3

通過實驗，探究物體運動的加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系。理解牛頓運動定律，能用牛頓運動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題。通過實驗，認識超重和失重現(xiàn)象。1.2.4知道國際單位制中的力學單位。了解單位制在物理學中的重要意義?！緝?nèi)容要求】

通過各種活動，例如乘坐電梯、到游樂場參與有關(guān)游樂活動等，體驗失重與超重。設計一種能顯示加速度大小的裝置?！段锢碚n程標準（2017版）》對本單元內(nèi)容要求課時內(nèi)容物理觀念科學思維科學探究科學態(tài)度與責任4.1牛頓第一定律（慣性）運動與相互作用觀●●◎◎4.2探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系◎●●●4.3牛頓第二定律●●◎◎4.4國際單位制○●○◎4.5牛頓運動定理的應用●●◎◎4.6超重和失重●●◎●教學內(nèi)容與核心素養(yǎng)4個方面的對應關(guān)系：●表示高相關(guān)，◎表示中相關(guān)，○表示低相關(guān)。核心素養(yǎng)二、單元教學目標

下面以牛頓運動定律為主線，結(jié)合具體的知識點和素養(yǎng)發(fā)展要求，表述本單元的教學目標如下:(1)

確立正確的運動與相互作用觀．具體包括:理解牛頓第一定律和慣性概念，理解“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”。(2)掌握理想實驗、控制變量法等思想方法。具體包括:伽利略運用邏輯推理把實際實驗理想化的理想實驗法;用控制變量法、圖像法等思想方法做“探究加速度與力。(3)能夠運用牛頓運動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決相關(guān)問題，逐漸形成解決實際問題的一般化的大思路。具體包括:理解牛頓第二定律的因果性、矢量性、瞬時性、同體性等;認識超重和失重現(xiàn)象;知道國際單位制中的力學單位，了解單位制在物理學中的重要意義;會解決運動和力的兩類基本問題，認識到加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁和紐帶;激發(fā)學習熱情和興趣，形成良好的科學態(tài)度與責任等。兩類基本問題共點力平衡超重失重階4階3牛頓第二、第三定律單位制階2加速度牛頓第一定律慣性階1理想斜面實驗質(zhì)量力運動應用應用應用遞進遞進解釋包括表征解釋解釋解釋單元知識結(jié)構(gòu)進階圖學習進階教學主題課時教學內(nèi)容情境創(chuàng)設學習方式核心素養(yǎng)層級1牛頓第一定律牛頓第一定律、慣性理想斜面實驗推理、討論總結(jié)質(zhì)疑精神及邏輯推演思維層級2探究加速度與力、關(guān)系質(zhì)量課時1:實踐原理、方法、實踐操作分組實驗操作合作探究培養(yǎng)實驗探究、論證分析得出結(jié)論的能力課時2：數(shù)據(jù)處理結(jié)論總結(jié)、誤差分析分析總結(jié)學習進階教學主題課時教學內(nèi)容情境創(chuàng)設學習方式核心素養(yǎng)層級3牛頓第二、第三定律課時1：牛頓第二定律內(nèi)容、表達式及其性質(zhì)引用實驗結(jié)論自主討論總結(jié)規(guī)律培養(yǎng)構(gòu)建物理模型的能力、應用物理規(guī)律解決簡單物理問題的能力及分析討論總結(jié)歸納能力課時2:力學單位制力的單位制為例自主學習課時3：牛頓第二定律簡單應用平面與斜面模型探究討論方法總結(jié)課時4：瞬時加速度問題輕繩、彈簧模型探究討論方法總結(jié)課時5：力學系統(tǒng)加速度問題以兩物體組成的力學系統(tǒng)為例探究討論方法總結(jié)課時6：連接體中的臨界加速度問題以兩物體組成的連接體為例探究討論方法總結(jié)課時7:牛頓第三定律內(nèi)容、受力分析實驗演示“作用力與反作用力”自主探究、討論總結(jié)以實驗探究揭示物理規(guī)律學習進階教學主題課時教學內(nèi)容情境創(chuàng)設學習方式核心素養(yǎng)層級4牛頓運動定律的應用課時1:動力學兩類問題（1）由受力確定運動情況（2）由運動確定受力情況探究討論、規(guī)律總結(jié)培養(yǎng)應用物理規(guī)律解決生活中實際問題的能力課時2：超重與失重現(xiàn)象以電梯升降為例探究討論、規(guī)律總結(jié)課時3：牛頓第二定律與運動圖像問題以v-t圖和a-t圖為例探究討論、方法總結(jié)課時4：傳送帶問題以水平和傾斜傳送帶為例探究討論、方法總結(jié)課時5：習題：課牛頓運動定律的綜合應用典型習題自主練習三、單元學習過程設計

本單元學習過程設計可分為三個部分:第一部分是：探尋物體受力和運動狀態(tài)的關(guān)系;第二部分是：在第一部分的基礎上進一步探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系;第三部分是：能運用牛頓運動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決相關(guān)問題。這三部分相互獨立，又層層遞進。層級1:探尋力和物體運動狀態(tài)的關(guān)系學習設計具體內(nèi)容問題情境創(chuàng)設觀看冰壺比賽視頻，發(fā)現(xiàn)如果運動員不去干預推出去的冰壺，冰壺最終會慢慢停下來．提出問題:為什么冰壺最終會停下來?在初速度一定的情況下，怎樣能使冰壺運動的距離增大?再比如，為什么有的物體做加速運動?有的物體做曲線運動?月亮又為什么會繞地球轉(zhuǎn)動等等?知識內(nèi)容安排牛頓第一定律、慣性物理學科核心素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃體會伽利略理想斜面實驗，依據(jù)邏輯推理掌握實際問題理想化的思想方法;體會牛頓第一定律是牛頓物理學的基石;通過體驗物體運動狀態(tài)改變的難易程度，體會物體慣性的大小，從而將物體的兩個屬性(慣性和質(zhì)量)聯(lián)系起來，逐步加深對質(zhì)量概念的理解，明確質(zhì)量在動力學中的地位和意義。學習方式指導通過教師演示斜面實驗，學生閱讀物理學史材料，了解牛頓第一定律的建立過程及其意義;通過分組活動體會質(zhì)量是決定物體慣性大小的物理量層級1:探尋力和物體運動狀態(tài)的關(guān)系學習設計具體內(nèi)容學習重難點突破資源本層級的重點和難點是深刻體會牛頓第一定律的內(nèi)涵及其發(fā)現(xiàn)過程背后的思想方法．重難點突破資源可以側(cè)重以下幾方面:讓學生體會研究方法在科學研究中的重要地位．可以參考教材的旁批，并給學生推送亞里士多德、伽利略、笛卡爾和牛頓等在研究運動和力關(guān)系方面的資料讓學生體會理想實驗和邏輯推理是物理學研究的基本方法，教師可以自制“伽利略斜面”實驗裝置讓學生體會質(zhì)量是決定物體慣性大小的物理量．可以給學生提供質(zhì)量不同的木塊，學生分組體驗．再有，教師可以制作或者網(wǎng)絡搜索一些聯(lián)系實際的視頻資源學習反饋檢測要點及方式要點:用慣性知識解釋生活中的物理問題，考查學生對慣性的理解和認識伽利略理想實驗的思想方法，考查學生建構(gòu)模型的意識方式:采用課前診斷的方式，考查學生初中階段對牛頓第一定律和慣性的初步理解;通過問題、討論和課堂鞏固練習對學生進行過程性檢測和評價;課后作業(yè)內(nèi)容突出從慣性的角度認識質(zhì)量學習時間計劃本層級對應新人教版教材(2019年版)第四章第1節(jié)，預計1課時層級2:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學習設計具體內(nèi)容問題情境創(chuàng)設觀看賽車和家用轎車啟動過程的視頻，發(fā)現(xiàn)賽車容易在短時間內(nèi)獲得較大速度．提出問題:賽車加速度大與哪些因素有關(guān)?猜測加速度大小與這些物理量之間是什么關(guān)系?并設計實驗進行探究知識內(nèi)容安排探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，牛頓第二定律，力學單位制物理學科核心素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃經(jīng)歷探究實驗的設計過程，學會選擇合理的實驗方案進行探究實驗;經(jīng)歷處理數(shù)據(jù)的過程，培養(yǎng)學生收集信息、分析數(shù)據(jù)、從數(shù)據(jù)獲取規(guī)律的能力;體會單位制在物理學中的重要意義學習方式指導采用課前學習的方式，教師設計問題串引導學生設計實驗，課上交流討論方案的可行性和需要解決的問題;學生分組實驗、處理數(shù)據(jù)、得出初步結(jié)論層級2:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學習設計具體內(nèi)容學習重難點突破資源本層級的重點是讓學生經(jīng)歷加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的探究過程;理解牛頓第二定律的物理意義難點是如何測量勻加速直線運動的物體受到的外力．重難點突破資源可以側(cè)重以下幾方面:采用課前學習的方式，教師通過設計問題串，引發(fā)學生思考并設計實驗方案;以微課的形式向?qū)W生推送多種設計方案，如學生用一個砝碼和一個彈簧測力計進行分組體驗，觀察物體靜止和加速下落時彈簧秤示數(shù)的變化，理解鉤碼質(zhì)量遠小于物體的質(zhì)量時，鉤碼的重力與鉤碼對物體的拉力近似相等學生分組實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學習反饋檢測要點及方式要點:探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實驗運用牛頓第二定律解釋簡單的自然現(xiàn)象，解決簡單的實際問題推導基本單位和導出單位之間的關(guān)系方式:對學生課前學習的情況，可以通過查看導學案檢測為課堂提供依據(jù);實時關(guān)注學生分組實驗過程，進行過程性診斷和指導;通過實驗報告呈現(xiàn)探究過程的各個環(huán)節(jié)學習時間計劃本層級對應新人教版教材(2019

年版)第四章第2－4

節(jié)，預計4－5課時層級3:能運用牛頓運動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決相關(guān)問題學習設計具體內(nèi)容問題情境創(chuàng)設提前布置學生活動，拍攝人在運動的電梯里站在體重秤上稱重的視頻．提出問題:(1)電梯從啟動上升直至停止上升的過程中，體重秤示數(shù)如何變化?請分析示數(shù)變化的原因?(2)從視頻中尋找關(guān)鍵信息，粗測電梯的加速度大小和方向，估測電梯上升的高度知識內(nèi)容安排超重和失重、兩類基本問題物理學科核心素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃通過探究超重、失重現(xiàn)象，明確超重、失重現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，加深對牛頓第二定律的理解;通過解決兩類基本問題，體會加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁和紐帶;會應用牛頓運動定律解決實際問題，深化學生對定律的理解，發(fā)展學生的運動和相互作用觀念學習方式指導學生分組拍攝視頻探究超重、失重現(xiàn)象;通過解決實際問題，體會牛頓運動定律解決兩類基本問題的思路和方法層級3:能運用牛頓運動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決相關(guān)問題學習設計具體內(nèi)容學習重難點突破資源本層級的重點是應用牛頓運動定律解決實際問題，難點是模型的建構(gòu)、數(shù)形結(jié)合、整體與隔離等重難點突破資源可以側(cè)重以下幾方面:體會加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁和紐帶．可以參照教材例題，也可以錄制或從網(wǎng)絡搜索兩類基本問題的聯(lián)系實際生活案例分析超重、失重現(xiàn)象．布置學生活動，拍攝人在運動的電梯里站在體重秤上稱重的視頻學習反饋檢測要點及方式要點:運用牛頓第二定律解決兩類基本問題;模型建構(gòu)、數(shù)形結(jié)合等方式:可以參考層級1、2的說明學習時間計劃本層級對應新人教版教材(2019年版)第四章第5－6節(jié)，預計2－3課時四、主要教學活動設計以層級2中探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系建立牛頓第二定律核心規(guī)律為例，說明主要教學活動設計。以核心問題引領學生設計實驗方案：

物體的加速度和哪些因素有關(guān)，如何驗證猜想。本部分的重點是讓學生經(jīng)歷探究實驗的設計過程，討論方案的可行性，培養(yǎng)學生提出問題、批判性思維、交流和合作的能力。具體設計思路如下圖所示。真實情景引發(fā)核心問題：物體加速度和哪些因素有關(guān)猜測：加速度大小和這些物理量之間是什么關(guān)系采用課前學習，借助問題串，引導學生設計實驗方案討論方案的可行性學生分組活動，突破難點（如何測量小車受到的外力）制定計劃設計方案方案一directly.問題：如何測量物體所受的合力？器材：小車、鉤碼（50g和10g各一盒）、細繩、一端有定滑輪的長木板、打點計時器、交流電源、導線、紙帶、墨粉紙、刻度尺、天平制定計劃設計方案方案二directly.器材：小車、鉤碼（50g和10g各一盒）、細繩、一端有定滑輪的長木板、打點計時器、交流電源、導線、紙帶、墨粉紙、刻度尺、計算機、天平、力傳感器、數(shù)據(jù)采集器制定計劃設計方案學生分組全班A組

方案一

B組方案二M一定時，探究a與F的關(guān)系M一定時，探究a與F的關(guān)系F一定時，探究a與M的關(guān)系進行實驗，收集數(shù)據(jù)實驗操作一、測質(zhì)量1．用天平測出小車和鉤碼的總質(zhì)量M．二、儀器安裝及平衡摩擦力2．按右圖把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在車上，即不給小車加牽引力．3．平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板．反復移動木板的位置，直至小車拖著紙帶在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(tài)．這時，小車受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力沿斜面向下的分力平衡．三、保持小車的質(zhì)量不變，研究a與F的關(guān)系4．把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，先接通電源再釋放紙帶，打點計時器在紙帶上打下一系列的點，打完點后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標上紙帶號碼．5．保持小車和鉤碼的質(zhì)量不變，在細繩上掛上適量的鉤碼，把鉤碼的總質(zhì)量m′記錄下來，重復步驟4在西線上再掛上適量鉤碼，記錄下鉤碼的的總質(zhì)量m″，再重復步驟4，重復多次，得到多條紙帶．6．在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標明計數(shù)點，測量計數(shù)點間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值，并記錄在表格(一)內(nèi)．四、保持細繩上鉤碼的質(zhì)量不變，研究a與M的關(guān)系7．保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變，在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動打出紙帶．計算砝碼和小車的總質(zhì)量M，并由紙帶計算出小車對應的加速度．改變小車上砝碼的個數(shù)，重復步驟7，并將所對應的質(zhì)量和加速度填入表(二)中．進行實驗，收集數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)記錄鉤碼（10g）個數(shù)123456F/N鉤碼（50g）個數(shù)123456m/kg進行實驗，收集數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)處理（A組）進行實驗，收集數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)處理（B組）進行實驗，收集數(shù)據(jù)“M不變探究a與F的關(guān)系”實驗數(shù)據(jù)對比方案一M=0.309kg方案二M=0.278kg進行實驗，收集數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)處理（A1組）進行實驗，收集數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)處理（B組）進行實驗，收集數(shù)據(jù)“M不變探究a與F的關(guān)系”實驗數(shù)據(jù)對比進行實驗，收集數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)處理（A2組）進行實驗，收集數(shù)據(jù)“F不變探究a與M的關(guān)系”力傳感器示數(shù)的變化細線掛上四個10g鉤碼不變時數(shù)據(jù)變化（小車未加鉤碼時質(zhì)量為0.278kg）。圖1.小車靜止時示數(shù)圖2.小車上加1個50g鉤碼圖3.小車上加2個50g鉤碼圖4.小車上加3個50g鉤碼圖5.小車上加4個50g鉤碼其他優(yōu)秀案例任務1

火箭的動力與運動的關(guān)系任務2

火箭如何獲得更大的加速度任務3

火箭升空宇航員所承受的巨大壓力小任務牛頓