牛頓第二定律課件
牛頓第二定律課件
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一、學習任務分析
1．教材的地位和作用
牛頓第二定律是在實驗基礎上建立起來的重要規律，它是動力學的核心規律，也是學習其它動力學規律的基礎。在《普通高中物理課程標準》共同必修模組“物理1”中涉及本節的內容有：“透過實驗，探究加速度與物體質量、物體受力的關係，理解牛頓第二定律。”本條目要求學生透過實驗，探究加速度、質量、力三者的關係，強調讓學生經歷實驗探究過程。
2．學習的主要任務
本節的學習任務型別是綜合型。在知識上要求知道決定加速度的因素、理解加速度、質量、力三者關係；在技能上要求能設計和操作實驗，會測定相關物理量；體驗性上要求經歷探究活動、嘗試解決問題方法、體驗發現規律過程，體會科學研究方法──控制變數法、圖象法的應用。
3．教學重點和難點
重點：①知道決定物體加速度的因素。
②加速度與力和質量的關係的探究過程。
教學難點：引導學生在猜想的基礎上進行實驗設計，提出可行的實驗方案、完成實驗並得出實驗結果。
二、學習者情況分析
在學習這一內容之前，所教的學生已經掌握了力、質量、加速度、慣性等概念；知道質量是慣性的量度、力是改變物體運動狀態的原因；會分析物體的受力。已具備一定的實驗操作技能，會用氣墊導軌與光電測時系統或打點計時器研究勻變速直線運動；具備一定的計算機操作能力，會應用CAI課件處理實驗資料。學生對物理學的研究方法已有一定的瞭解，在自主學習、合作探究等方面的能力有了一定提高。
在非智力因素方面，學生學習積極主動，對學習物理有較濃厚興趣；有較強的好奇心和求知慾，樂於探究自然界的奧秘；敢於堅持正確觀點，勇於修正錯誤；喜歡和同齡人一起學習，有將自己的見解與他人交流的願望，具有團隊精神。
三、教學目標分析
根據上述對學習任務和學習者情況的分析，確定本節課教學目標如下：
1．知識與技能目標
①讓學生明確物體的加速度只與力與和質量有關，並透過實驗探究它們之間的定量關係；
②培養學生獲取知識和設計實驗的能力。
2．過程與方法目標
在探究過程中，滲透科學研究方法（控制變數法、實驗歸納法、圖象法等）；
3．情感、態度、價值觀目標
①透過學生之間的討論、交流與協作探究，培養團隊合作精神；
②讓學生在探究過程中體驗解決問題的成功喜悅，增進學習物理的情感。
四、教材處理與教學策略
在教材處理上把牛頓第二定律分為兩個學時。第一學時主要的任務是：探究加速度與力、質量的關係；第二學時主要的任務是：建立牛頓第二定律並進行初步的應用。本節課是第一學時，主要採用以下的教學策略：
1．自主學習與合作探究
改演示實驗為學生分組探究實驗。讓學生在自主學習中，透過對認知活動進行自我監控，並及時做出相應的調整。小組（4～6人一組），小組間的.合作探究可以同時培養學生的合作精神和競爭意識，讓不同層次的學生都能有所作為，有所收穫。
教師的策略是宏觀調控整體教學進度，微觀放活學生區域性學習程序，讓學生的學習有組織、有步驟地進行。
2．現代教學手段與啟發式
在課堂中採用多媒體課件作為輔助手段，創設物理情景，啟發引導學生，幫助學生建立形象直觀的認識，調動學生學習的積極性；同時利用CAI課件和校園網路處理實驗資料，能有效地提高學習效率。
五、教學器材
教學裝置：多媒體教室、課件。
學生分組實驗器材（探究包）：氣墊導軌、氣源、兩個光電門和與之配套的數字計時器，滑塊、滑片、細線、小桶、天平、砝碼、細沙、彈簧秤、小車、木塊、鉤碼、一端帶有滑輪的長木板、打點器、紙帶、秒錶、毫米刻度尺、墊木、橡皮筋等。
六、教學過程設計
（一）創設情景、引入新課
影片展示：劉翔在雅典奧運會奪金的情景。
教師：在決賽時，劉翔將自己身上一切戴的東西像手錶、項鍊等都摘了下來，穿最輕的跑鞋。這樣做的科學道理在哪裡？
預測學生討論後得出的結論可能是：___________________________。
質量越小，運動狀態越容易改變，也就是說在相同的情況下，物體獲得的加速度就越大。
說明透過影片展示創設物理情景，激發學生的學習興趣，同時滲透德育教育。
（二）提出猜想
教師：那麼、物體的加速度與哪些因素有關呢？請同學們從生活經驗出發提出自己的看法，並舉例說明。（同時教師利用課件提供一些圖片，對學生進行啟發。）
附圖片內容如下：
★為何體操，跳水運動員的身材都比較苗條、瘦小？
★從防止發生交通事故的角度考慮，說一說反超載的道理？
★F1方程式賽車的質量只有一般小轎車質量的三分之一，這樣做有什麼好處？
★神舟五號飛船返回倉返回時為何要開啟降落傘？
預測學生有代表性的回答可能有以下幾方面：（教師在學生分析的過程中板書歸納。）
1．與物體受到的外力的關係：
①與物體受到的外力有關；例如：騎腳踏車剎車：用力剎車時，用的力越大、車越容易停下來，即：阻力越大，腳踏車減速的加速度越大。
②與物體受到的外力無關；例如：用大小不一樣的力推大石頭，推不動，運動狀態不變，加速度為零。
③應該是與物體受到的合外力有關；分析如下：用大小不一樣的力推大石頭，推不動，是因為大石頭同時受到摩擦力的作用，受到合外力為零，因此、加速度也為零。
……
2．與物體質量的關係：
與物體的質量有關；例如：人分別用相同的力推腳踏車和摩托車時，腳踏車比較容易加速啟動，而摩托車則較難。也就是說在相同的情況下，質量較小的腳踏車獲得的加速度就較大。
……
3．與物體運動的速度的關係：
①與物體的速度有關；例如：速度大的物體較不容易停止運動，而速度小的物體較容易天下來。
②與物體的速度無關；例如：做勻速直線運動的物體不論速度大小，加速度都為零。
③與物體的速度無關；分析如下：加速度是描述速度變化快慢的物理量，從公式可知，加速度與速度的大小無關。
……
引導學生總結得出猜想：物體的加速度*只與它所受合外力和物體本身的質量有關。
說明學生在生活中對“影響物體加速度大小的因素”有所認識，但這些認識往往是片面的、不準確的。因此要讓學生充分地表達已有的認識，在這過程中教師利用課件提供一些圖片，對學生進行啟發，引導他們不斷修正自己的觀點，從而形成對科學的認識。
引導學生結合前面學習的知識（牛頓第一定律等），討論猜想的科學依據所在，從而確定：物體的加速度*只與它所受合外力和物體本身的質量有關。
說明：讓學生從理論的角度加以分析有利於培養學生理論聯絡實際的能力，有利於培養學生的邏輯思維能力。
引導學生深入探究：*與和的定量關係。
（三）探究a與F、m的定量關係
1．確定研究方法
教師：我們應該採用什麼樣的物理方法來研究*與、的定量關係呢？
預測學生的分析可能如下：
分兩步進行研究：
①保持研究物件的質量一定時，研究加速度*和合外力的關係；
②保持研究物件受到的合外力一定時，研究加速度*和質量的關係。
然後綜合兩次的研究結果，進行推理和歸納，便可找出*與、三者之間存在的關係。
……
教師在確定研究方法後，簡單地介紹“控制變數法”。
說明初中階段學生曾多次應用過控制變數法。如果學生回答有誤，教師啟發學生回憶：研究電流與電壓和電阻這三者關係所採用的方法。
2．設計實驗方案
教師進一步引導學生設計實驗方案。
讓學生以小組為單位設計探究方案：包括使用哪些實驗器材，如何進行操作，如何採集資料等？（要求學生把設計的方案簡要地寫在紙上）。
教師巡視給予必要的指導。
……
選擇較有代表性方案的小組派代表上臺簡要敘述本組設計的方案（用實物投影儀把學生寫在紙上的方案投影出來），讓全班同學進行交流。大家在互相啟發、補充的過程中形成較為完善的方案。
預測學生設計的實驗方案可能是：
方案一：用小車、電火花打點計時器、紙帶、長木板、細線、小桶、鉤碼、天平、砝碼、刻度尺、墊木等器材，研究小車的運動。用天平分別測出小車的質量，測出小桶的質量與小桶中砝碼，把小桶與小桶中砝碼的總重力當作小車受到的拉力，從打點計時器打出的紙帶上測量並算出，由計算出小車的加速度。
方案二：以氣墊導軌、氣源、兩個光電門、數字計時器、滑塊、滑片、刻度尺、細線、小桶、砝碼、天平為器材研究滑塊的運動。用天平測出滑塊和滑片的質量滑塊M，測出小桶與小桶中砝碼的質量，把小桶與小桶中砝碼的總重力當作滑塊受到的拉力，用光電門和數字計時器自動測出滑塊運動經過兩個光電門時的速度、，以及這一過程所用的時間t，再透過公式算出滑塊的加速度。
……
說明：①在學生交流討論實驗設計的方案中，要有較充分的時間讓他們對各種方案闡述自己的觀點，反思方案中的問題，同時教師要參與學生的討論分析，啟發引導學生形成較為完善的實驗方案。
②同時應注意有些學生可能有別的方案，要鼓勵和認真對待，在課堂時間不足的情況下，可在課外指導學生去探究。
③在設計測拉力的方法時，教師要告訴學生：把小桶與小桶中砝碼的總重力當作研究物件受到的拉力、這是有條件的，即<<。同時可以把這一條件作為學生的課外探究課題。
④在實驗中，只需測出小桶的質量，然後透過加減小桶中砝碼的質量來改變對研究物件的拉力，這可以節約測量砝碼所需的時間。
3．進行實驗探究和資料處理
①引導學生從實驗誤差、實驗操作等方面來分析比較兩種方案的差別。
師生共同確定用“方案二”進行實驗探究，同時確定實驗的具體步驟和注意事項。並用課件顯示實驗的具體步驟和注意事項。
說明“方案二”便於操作，且實驗誤差較小。用課件顯示具體的實驗步驟，有助於學生較為規範地完成實驗。
②介紹並演示CAI課件的功能
Ⅰ．資料計算：將測出、、t等資料輸入計算機的資料處理表格後、計算機將自動算出相應的加速度，將輸入計算機後將自動算出合外力；Ⅱ．自動描點連線製圖的功能；Ⅲ．透過網路可達到資料共享。
③學生以小組為單位，分工合作進行實驗探究，並把實驗資料輸入計算機（使用移動PC並接入校園網）。
教師巡視，注意學生儀器使用是否得當，必要時給予指導。
④呼叫多組學生的實驗資料，讓學生分析與、與的定量關係。
初步得出：與F成正比，與成反比（與1/成正比）。
⑤引導學生應用CAI課件，採用圖象法處理實驗資料。
師生共同得出結論：與成正比、與成反比。
說明：在CAI課件中定義座標軸的數值和單位，同時呼叫已存的實驗資料，計算機將在座標系中自動描點、連線得到實驗資料的關係圖象，由此判斷資料的關係。其中與的關係可轉變為與1/的關係來做圖。
（四）回顧總結深化認識
學生回顧本節課的探究過程以及探究過程中使用的物理思想和方法，歸納總結這節課的知識要點，提出自己在學習中存在的疑問。
教師答疑，深化知識。