牛頓第二定律

桃源縣一中彭浩政

各位領(lǐng)導(dǎo)、專家、老師：

今天我說課的內(nèi)容是：2002年審查通過的人教版高中物理教材（必修）第一冊3.3《牛頓第二定律》，下面我從以下六個方面說一說這一節(jié)課：

牛頓運(yùn)動定律這一章在教材的編排上體現(xiàn)了循序漸進(jìn)的一、教材分析首先，談一談本節(jié)內(nèi)容在教材中的地位和作用原則，起到聯(lián)系運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)的橋梁作用。而牛頓第二定律是牛頓第一定律的延續(xù)，是整個運(yùn)動力學(xué)理論的核心規(guī)律，是本章的重點(diǎn)和中心內(nèi)容。在力學(xué)中占有很重要的地位。它反映了力、加速度、質(zhì)量三個物理量之間的定量關(guān)系，是一條適用于慣性系中的各種機(jī)械運(yùn)動的基本定律，是經(jīng)典牛頓力學(xué)的一大支柱。而且在生活生產(chǎn)中都非常重要。如設(shè)計機(jī)器、研究天體運(yùn)動，計算人造衛(wèi)星軌道等等都與牛頓第二定律有關(guān)。

其次，說一說本節(jié)教材編排的特點(diǎn)

教材通過提出問題，引出演示實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用控制變量法進(jìn)行定性實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論，選取單位，簡化公式，最后運(yùn)用定律解決問題。最后，看一看教材中的實(shí)驗(yàn)

教材中的演示實(shí)驗(yàn)是這樣設(shè)計的：其一是兩輛小車在同一水平面上運(yùn)動，小車受的拉力就近似的認(rèn)為等于砝碼和桶的重力（如圖），小車的運(yùn)動和停止是通過夾子來控制的。再根據(jù)s=at2可知，在相等的時間內(nèi)，小車的位移和加速度成正比。從而得出結(jié)論。其二是保持桶里砝碼不變，而改變小車的質(zhì)量，通過觀察發(fā)現(xiàn)，在相等的時間內(nèi)，質(zhì)量小的那輛小車的位移大，即加速度大。從而得出加速度與質(zhì)量的關(guān)系。我認(rèn)為教材上的這組實(shí)驗(yàn)存在以下四個較大的缺陷：一是由于兩輛演示小車在同一平面上運(yùn)動，造成學(xué)生觀察時可見度不大，影響實(shí)驗(yàn)效果。二是用夾子控制小車的運(yùn)動和停止，不夠靈活，誤差較大。三是只從定性方面就得出結(jié)論，不夠嚴(yán)謹(jǐn)。學(xué)生很容易產(chǎn)生疑問。如質(zhì)量一定時，得出a∝F,為什么不得得出a∝F2或其它形成等等。四是這種演示實(shí)驗(yàn)融合的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的過程不夠充分，學(xué)生創(chuàng)造性思維難以形成。

解決方案：學(xué)生設(shè)計、探究實(shí)驗(yàn)，并采用氣墊導(dǎo)軌，光電門及計算機(jī)實(shí)時測量技術(shù)，采集、分析、處理數(shù)據(jù)，精確得出結(jié)論。二、目標(biāo)分析我認(rèn)為本節(jié)課教學(xué)應(yīng)達(dá)到以下三個目標(biāo)：

知識目標(biāo)

理解加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系知道得到牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)過程理解牛頓第二定律的內(nèi)容、表達(dá)式和定律的確切涵義運(yùn)用牛頓第二定律解決有關(guān)問題

能力目標(biāo)

通過觀察、設(shè)計、探究過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，分析推理能力和概括能力。

德育目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)作風(fēng)，科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神并學(xué)會在實(shí)驗(yàn)過程中控制實(shí)驗(yàn)條件和物理變量探索規(guī)律等基本方法。那么，本節(jié)課為什么要實(shí)現(xiàn)以上三個目標(biāo)呢？我是基于以下兩個方面分析考慮的：一是從新的課程標(biāo)準(zhǔn)看：通過物理學(xué)習(xí)，掌握終身學(xué)習(xí)物理知識的基本技能和方法。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要作用。激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。二是從學(xué)生的知識、思維及人生觀來看：高一學(xué)生抽象思維開始形成，能根據(jù)提示或現(xiàn)象進(jìn)行大膽猜想、推理，具有一定的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)作風(fēng)。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：牛頓第二定律及定律形成的過程。

難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的處理

變演示實(shí)驗(yàn)為探究型、設(shè)計型實(shí)驗(yàn)，我們巧設(shè)情景啟示引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行探究。選用精確的實(shí)驗(yàn)儀器，配合計算機(jī)實(shí)時測量技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和分析。突破的方法：四、教法與學(xué)法物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。牛頓第二定律就是一個實(shí)驗(yàn)定律。我認(rèn)為這節(jié)課不單是為了讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)的結(jié)論和定律的內(nèi)容，更重要的是讓學(xué)生知道和體驗(yàn)定律得出的過程和方法。所以，在教學(xué)過程中教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生親自探索規(guī)律，并試著自己得出結(jié)論。一改過去教師講或教師演示，學(xué)生被動接受的局面，最大限度的調(diào)動學(xué)生參與的積極性。教師在整個過程中只起一個組織者、引導(dǎo)者、合作者的作用。讓學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的好環(huán)境。所以我決定采用“創(chuàng)設(shè)情景提出問題——討論猜想——設(shè)計實(shí)驗(yàn)——進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)采集——分析與處理——結(jié)論與理解——鞏固與練習(xí)”并輔以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段等多種形式的綜合啟發(fā)式、交互式、開放式、快樂式教學(xué)法。

對于學(xué)生來說，最重要的是讓他們學(xué)會學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們終身學(xué)習(xí)的能力，讓他們掌握獲取新知識的過程和方法，養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)。因此，教師通過創(chuàng)設(shè)情景引導(dǎo)學(xué)生積極參與、樂于探究、勤于思考。在探索過程中自己獲得知識并學(xué)會解決實(shí)際問題。應(yīng)采用：觀察現(xiàn)象進(jìn)入情景激發(fā)興趣——討論設(shè)計——實(shí)驗(yàn)探索——構(gòu)建新知——鞏固深化的學(xué)習(xí)方法。四、教學(xué)過程設(shè)計（整個教學(xué)過程分為六步完成）1.創(chuàng)設(shè)情景孕育新知A、B兩物體沿光滑斜面從同一高度處由靜止釋放Flash動畫學(xué)生觀察現(xiàn)象：越跑越快、并駕齊驅(qū)教師點(diǎn)撥：越跑越快，并駕齊驅(qū)，說明了什么？學(xué)生分析：越來越快說明小車做加速運(yùn)動，并駕齊驅(qū)說明小車在相等的時間里通過的位移相等，從而得出加速度相等。教師啟發(fā)：若要使兩車加速度不相同，可采用什么方法？學(xué)生討論、猜想。教師點(diǎn)撥：物體的加速度和物體的質(zhì)量及所受的力有關(guān)，那么究盡有什么關(guān)系呢？我們應(yīng)該用什么樣的方法去研究這類有多元變量的問題呢？

學(xué)生回答：控制變量法教師點(diǎn)撥：初中階段，我們在哪里用到了這種科學(xué)思想方法。學(xué)生回答：歐姆定律教師追問：控制變量法的主要思想是什么？學(xué)生分析：先假定某一個量不變，討論另兩個量之間的關(guān)系，再假定另一個量不變，討論另兩個量之間的關(guān)系，然后把這兩類關(guān)系寫在一起得出結(jié)論。教師點(diǎn)評：回答的非常好，下面我們就用控制變量法來探究加速度、質(zhì)量與力三者的關(guān)系。

2.設(shè)計探究獲取新知

教師點(diǎn)撥：第一，先假定物體的質(zhì)量不變，探究加速度與力的關(guān)系。我這里給出的實(shí)驗(yàn)儀器有：滑塊，氣墊導(dǎo)軌（上一章我們已經(jīng)用過了），各種砝碼若干。光電門、細(xì)繩、PHCI-1輔助教學(xué)系統(tǒng)（用來采集、分析、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）、鐵架臺、刻度尺以及與校園網(wǎng)相連的計算機(jī)，下面請同學(xué)們選擇適當(dāng)?shù)钠鞑挠懻撓仍O(shè)計改變物體受力變化的方案。學(xué)生設(shè)計活動：展示兩種有代表性的方案

F=mgsinq=mgLH教師點(diǎn)評：并確定用第二種方案作實(shí)驗(yàn)（不選第一種的原因暫時不講）教師點(diǎn)撥：通過上章實(shí)驗(yàn)四我們知道，物體在恒力作用下做勻加速直線運(yùn)動。那么：滑塊從氣軌上滑下的加速度怎樣計算呢？在運(yùn)動學(xué)中，我們有哪些求物體加速的方法呢？學(xué)生分析：教師點(diǎn)撥：既然這些公式都可以求得加速度，而現(xiàn)在我們這里是用光電門作為計時儀器，而擋光片長為10mm，我們該用哪個式子呢？請同學(xué)們討論。學(xué)生討論：學(xué)生分析（如有問題教師點(diǎn)撥）只要用光電門紀(jì)錄A到B的時間t,以及擋光片L過A和過B的時間，就可以認(rèn)為在L這段位移的平均速度等于這一段時間中間時刻的瞬時速度VA和VB,即VA≈V=L/tA,VB≈V=L/tB,這樣求得的加速度是否有誤差？學(xué)生分析：教師追問：改進(jìn)的方法?，F(xiàn)在采用三個光電門，我們只要計錄從A到B的時間t1和從B到C的時間t2，以及測出AB、BC的距離L1和L2,則有L1=VAt1+at2L1+L2=VA(t1+t2)+a(t1+t2)2（甲）（乙）a=2(t1L2-t2L1)t1t2(t1+t2)通過計算機(jī)實(shí)時測量，自動計算得出a的值。

設(shè)計優(yōu)點(diǎn)：

采用三個光電門就消除了由擋光片的長度而引入的誤差，從而使實(shí)驗(yàn)更加精確。教師點(diǎn)撥：通過我們改變作用在物體上的力，就會得到一系列關(guān)于力與加速度的數(shù)字。對于這些數(shù)字我們怎么處理呢？學(xué)生討論：教師小結(jié)：由于公式法的局限性，所以通常采用數(shù)學(xué)中的描點(diǎn)作圖的方法。根據(jù)圖象來研究物體的加速度與力的關(guān)系，下面就請三位同學(xué)上臺來做實(shí)驗(yàn)。一個同學(xué)負(fù)責(zé)計算機(jī)操作，一個負(fù)責(zé)氣墊導(dǎo)軌的升降，一個負(fù)責(zé)操作滑塊。其余同學(xué)根據(jù)大屏幕上所顯示的實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，在白紙上繪圖研究a與F的關(guān)系學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)：設(shè)計優(yōu)點(diǎn)：

①教師啟發(fā)提問引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性的逐步設(shè)計實(shí)驗(yàn)，充分挖掘了學(xué)生的創(chuàng)新能力與創(chuàng)新精神。②三位同學(xué)上臺實(shí)驗(yàn)時，其余學(xué)生根據(jù)他們實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)動手研究。這樣不僅消除了通常教師在上面“空忙”，學(xué)生在下面“空等”的現(xiàn)象，而且全體學(xué)生都參與到了探究的過程中。所得結(jié)論都是由學(xué)生自己得出的，充分體現(xiàn)了新課程理念下自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式。學(xué)生得出結(jié)論：a∝F教師點(diǎn)撥：第二步，假定研究對象滑塊所受的力不變時，研究滑塊的加速度與質(zhì)量有什么樣的關(guān)系？學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)：學(xué)生實(shí)驗(yàn)：學(xué)生根據(jù)作出的a與m的圖象猜測結(jié)論。教師點(diǎn)撥：如果a與m成反比，那么a與的一定成什么比？學(xué)生回答：成正比。h1h2

為砝碼的質(zhì)量，n為砝碼的個數(shù)，m1為滑塊的質(zhì)量，h1為第一次的度，h2為滑塊質(zhì)量改變后的高度。帶刻度尺的鐵架臺氣軌教師點(diǎn)撥：運(yùn)行計算機(jī)，自動算出a的結(jié)果。學(xué)生探究，得出結(jié)論a∝1/m

設(shè)計優(yōu)點(diǎn)：

①在實(shí)驗(yàn)上采用抬高氣軌一端的方法，消除了書中實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計不理想帶來的誤差。

②采用帶刻度尺的鐵架臺，克服了用木塊墊高方法時需要每次測量木塊高和導(dǎo)軌長的麻煩，并且增加了實(shí)驗(yàn)的可見度和實(shí)驗(yàn)的精確度。教師點(diǎn)撥：同時考慮F和m對a的影響，其結(jié)果怎樣？學(xué)生推理：（如有問題教師點(diǎn)撥：歐姆定律是怎樣描述的，數(shù)學(xué)式怎樣？通過類此，學(xué)生自然會得出）

F=kma

教師點(diǎn)撥：為了使上式變?yōu)楹唵危仨毴サ鬹，怎樣才能去掉k，請學(xué)生閱讀課本。學(xué)生得出結(jié)論F=ma。

3.創(chuàng)設(shè)問題理解新知問題1：對于加速運(yùn)動的物體而言，是因?yàn)橛辛肆Χa(chǎn)生加速度還是因?yàn)橛辛思铀俣榷a(chǎn)生力？

問題2：若我們實(shí)驗(yàn)時滑塊是放在粗糙平面上的，其加速度怎樣計算？

問題3：力是矢量還是標(biāo)量，加速度是否有方向？問題4：如果物體受到的合力突然變?yōu)榱?，則加速度為多少？

問題5：甲乙兩物體質(zhì)量分別為m1和m2，受到的合力為F1和F2,則加速度各為多少？

教師提問后，學(xué)生討論再回答，教師總結(jié)為:因果關(guān)系，F(xiàn)是指合外力，矢量性，瞬時性，對應(yīng)性。我設(shè)計這五個問題的目的：

1.培養(yǎng)學(xué)生分析、推理和概括能力.2.對所學(xué)新知識進(jìn)行較為全面的理解.4.解決問題運(yùn)用新知

1.有力就有加速度，那么，螞蟻能推動一只小蟲子，卻不能推動一張大桌子。這是否與牛頓第二定律相矛盾，為什么？2.1966年曾在地球的上空完成了以牛頓第二定律為基礎(chǔ)的測定質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時，用雙子星號宇宙飛船m1去接觸正在軌道上運(yùn)行的火箭組m2，接觸以后，開動飛船尾部的推進(jìn)器，使飛船和火箭組共同加速。推進(jìn)器的平均推力F=895牛，推進(jìn)器開動7秒鐘，測出飛船和火箭組的速度改變0.91米/秒。已知雙子星宇宙飛船的質(zhì)量m1=3400千克，求火箭組的質(zhì)量m2。5.匯報小結(jié)梳理新知采用學(xué)生自己說一說本節(jié)課獲得那些知識和科學(xué)方法，教師點(diǎn)評。6.布置作業(yè)鞏固新知作業(yè)是校園網(wǎng)上的在線作業(yè)，分為A、B兩種。A為基本知識與基本能力訓(xùn)練，B為開放性試題和研究性學(xué)習(xí)試題（供學(xué)有余力的學(xué)生選作）。完成之后提交作業(yè)給老師。我設(shè)計這兩個問題的目的是：

①加深對牛頓第二定律的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力。

②了解牛頓第二定律與科學(xué)技術(shù)、社會的關(guān)系。學(xué)海點(diǎn)滴：在此欄目中提供一些與牛頓及牛頓第二定律相關(guān)的文字、網(wǎng)址，供學(xué)生查閱。

設(shè)計目的：了解牛頓的生平事跡，發(fā)現(xiàn)牛頓第二定律的過程及牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)儀器的演化過程等，讓學(xué)生知道科學(xué)的艱辛，并擴(kuò)大學(xué)生的視野，增加知識面，激發(fā)學(xué)生對物理的熱情。

這樣設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)：充分考慮全體學(xué)生，注重基礎(chǔ)培養(yǎng)能力，同時又給學(xué)有余力的學(xué)生和少數(shù)后進(jìn)生留有余空間，對他們的學(xué)習(xí)效果做到多層面的檢測。達(dá)到及時反饋、及時調(diào)節(jié)的目的。

六、評價分析：對教學(xué)設(shè)計的評價我認(rèn)為本堂課設(shè)計具有以下六大特點(diǎn)

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計有較大改進(jìn)，消除了由于設(shè)計方法不理