牛顿第二定律 教学设计
一、学习任务分析 1．教材的地位和作用
牛顿第二定律是在实验基础上建立起来的重要规律，它是动力学的核心规律，也是学习其它动力学规律的基础。在《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理1”中涉及本节的内容有：“通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系，理解牛顿第二定律。”本条目要求学生通过实验，探究加速度、质量、力三者的关系，强调让学生经历实验探究过程。
2．学习的主要任务
本节的学习任务类型是综合型。在知识上要求知道决定加速度的因素、理解加速度、质量、力三者关系；在技能上要求能设计和操作实验，会测定相关物理量；体验性上要求经历探究活动、尝试解决问题方法、体验发现规律过程，体会科学研究方法──控制变量法、图象法的应用。
3．教学重点和难点
重点：①知道决定物体加速度的因素。 ②加速度与力和质量的关系的探究过程。
教学难点：引导学生在猜想的基础上进行实验设计，提出可行的实验方案、完成实验并得出实验结果。
二、学习者情况分析
在学习这一内容之前，所教的学生已经掌握了力、质量、加速度、惯性等概念；知道质量是惯性的量度、力是改变物体运动状态的原因；会分析物体的受力。已具备一定的实验操作技能，会用气垫导轨与光电测时系统或打点计时器研究匀变速直线运动；具备一定的计算机操作能力，会应用CAI课件处理实验数据。学生对物理学的研究方法已有一定的了解，在自主学习、合作探究等方面的能力有了一定提高。
在非智力因素方面，学生学习积极主动，对学习物理有较浓厚兴趣；有较强的好奇心和求知欲，乐于探究自然界的奥秘；敢于坚持正确观点，勇于修正错误；喜欢和同龄人一起学习，有将自己的见解与他人交流的愿望，具有团队精神。 三、教学目标分析
根据上述对学习任务和学习者情况的分析，确定本节课教学目标如下： 1．知识与技能目标
①让学生明确物体的加速度只与力与和质量有关，并通过实验探究它们之间的定量关系；
②培养学生获取知识和设计实验的能力。 2．过程与方法目标
在探究过程中，渗透科学研究方法（控制变量法、实验归纳法、图象法等）； 3．情感、态度、价值观目标
①通过学生之间的讨论、交流与协作探究，培养团队合作精神；
②让学生在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，增进学习物理的情感。 四、教材处理与教学策略
在教材处理上把牛顿第二定律分为两个学时。第一学时主要的任务是：探究加速度与力、质量的关系；第二学时主要的任务是：建立牛顿第二定律并进行初步的应用。本节课是第一学时，主要采用以下的教学策略： 1．自主学习与合作探究
改演示实验为学生分组探究实验。让学生在自主学习中，通过对认知活动进行自我监控，并及时做出相应的调整。小组（4～6人一组），小组间的合作探究可以同时培养学生的合作精神和竞争意识，让不同层次的学生都能有所作为，有所收获。 教师的策略是宏观调控整体教学进度，微观放活学生局部学习进程，让学生的学习有组织、有步骤地进行。
2．现代教学手段与启发式
在课堂中采用多媒体课件作为辅助手段，创设物理情景，启发引导学生，帮助学生建立形象直观的认识，调动学生学习的积极性；同时利用CAI课件和校园网络处理实验数据，能有效地提高学习效率。 五、教学器材
教学设备：多媒体教室、课件。
学生分组实验器材（探究包）：气垫导轨、气源、两个光电门和与之配套的数字计时器，滑块、滑片、细线、小桶、天平、砝码、细沙、弹簧秤、小车、木块、钩码、一端带有滑轮的长木板、打点器、纸带、秒表、毫米刻度尺、垫木、橡皮筋等。 六、教学过程设计 （一）创设情景、引入新课
视频展示：刘翔在雅典奥运会夺金的情景。
教师：在决赛时，刘翔将自己身上一切戴的东西像手表、项链等都摘了下来，穿最轻的跑鞋。这样做的科学道理在哪里？
预测学生讨论后得出的结论可能是：___________________________。 质量越小，运动状态越容易改变，也就是说在相同的情况下，物体获得的加速度就越大。 说明通过视频展示创设物理情景，激发学生的学习兴趣，同时渗透德育教育。 （二）提出猜想
教师：那么、物体的加速度与哪些因素有关呢？请同学们从生活经验出发提出自己的看法，并举例说明。（同时教师利用课件提供一些图片，对学生进行启发。） 附图片内容如下：
★为何体操，跳水运动员的身材都比较苗条、瘦小？
★从防止发生交通事故的角度考虑，说一说反超载的道理？
★F1方程式赛车的质量只有一般小轿车质量的三分之一，这样做有什么好处？ ★神舟五号飞船返回仓返回时为何要打开降落伞？
预测学生有代表性的回答可能有以下几方面：（教师在学生分析的过程中板书归纳。） 1．与物体受到的外力的关系：
①与物体受到的外力有关；例如：骑自行车刹车：用力刹车时，用的力越大、车越容易停下来，即：阻力越大，自行车减速的加速度越大。
②与物体受到的外力无关；例如：用大小不一样的力推大石头，推不动，运动状态不变，加速度为零。
③应该是与物体受到的合外力有关；分析如下：用大小不一样的力推大石头，推不动，是因为大石头同时受到摩擦力的作用，受到合外力为零，因此、加速度也为零。 ……
2．与物体质量的关系：
与物体的质量有关；例如：人分别用相同的力推自行车和摩托车时，自行车比较容易加速启动，而摩托车则较难。也就是说在相同的情况下，质量较小的自行车获得的加速度就较大。 ……
3．与物体运动的速度的关系：
①与物体的速度有关；例如：速度大的物体较不容易停止运动，而速度小的物体较容易天下来。
②与物体的速度无关；例如：做匀速直线运动的物体不论速度大小，加速度都为零。 ③与物体的速度无关；分析如下：加速度是描述速度变化快慢的物理量，从公式
可知，加速度与速度的大小无关。
……
引导学生总结得出猜想：物体的加速度只与它所受合外力
和物体本身的质量
有
关。
说明学生在生活中对“影响物体加速度大小的因素”有所认识，但这些认识往往是片面的、不准确的。因此要让学生充分地表达已有的认识，在这过程中教师利用课件提供一些图片，对学生进行启发，引导他们不断修正自己的观点，从而形成对科学的认识。
引导学生结合前面学习的知识（牛顿第一定律等），讨论猜想的科学依据所在，从而确定：物体的加速度只与它所受合外力
和物体本身的质量
有关。
说明：让学生从理论的角度加以分析有利于培养学生理论联系实际的能力，有利于培养学生的逻辑思维能力。 引导学生深入探究：与
和
的定量关系。
（三）探究a与F、m的定量关系 1．确定研究方法
教师：我们应该采用什么样的物理方法来研究与 预测学生的分析可能如下： 分两步进行研究： ①保持研究对象的质量
一定时，研究加速度和合外力
的关系；
的关系。
、
的定量关系呢？
②保持研究对象受到的合外力一定时，研究加速度和质量
然后综合两次的研究结果，进行推理和归纳，便可找出与、三者之间存在的关
系。 ……
教师在确定研究方法后，简单地介绍“控制变量法”。
说明初中阶段学生曾多次应用过控制变量法。如果学生回答有误，教师启发学生回忆：研究电流与电压和电阻这三者关系所采用的方法。 2．设计实验方案
教师进一步引导学生设计实验方案。
让学生以小组为单位设计探究方案：包括使用哪些实验器材，如何进行操作，如何采集数据等？（要求学生把设计的方案简要地写在纸上）。 教师巡视给予必要的指导。 ……
选择较有代表性方案的小组派代表上台简要叙述本组设计的方案（用实物投影仪把学生写在纸上的方案投影出来），让全班同学进行交流。大家在互相启发、补充的过程中形成较为完善的方案。
预测学生设计的实验方案可能是：
方案一：用小车、电火花打点计时器、纸带、长木板、细线、小桶、钩码、天平、砝码、刻度尺、垫木等器材，研究小车的运动。用天平分别测出小车的质量与小桶中砝码
，把小桶与小桶中砝码的总重力
，由
，测出小桶的质量
，从打点计时
当作小车受到的拉力
。
器打出的纸带上测量并算出计算出小车的加速度
方案二：以气垫导轨、气源、两个光电门、数字计时器、滑块、滑片、刻度尺、细线、小桶、砝码、天平为器材研究滑块的运动。用天平测出滑块和滑片的质量滑块M，测出小桶与小桶中砝码的质量
，把小桶与小桶中砝码的总重力
当作滑块受到的拉力
、
，用光
电门和数字计时器自动测出滑块运动经过两个光电门时的速度，以及这一过程所用
的时间t，再通过公式算出滑块的加速度。
…… 说明：①在学生交流讨论实验设计的方案中，要有较充分的时间让他们对各种方案阐述自己的观点，反思方案中的问题，同时教师要参与学生的讨论分析，启发引导学生形成较为完善的实验方案。
②同时应注意有些学生可能有别的方案，要鼓励和认真对待，在课堂时间不足的情况下，可在课外指导学生去探究。
③在设计测拉力的方法时，教师要告诉学生：把小桶与小桶中砝码的总重力研究对象受到的拉力外探究课题。
、这是有条件的，即
<<
当作
。同时可以把这一条件作为学生的课
④在实验中，只需测出小桶的质量，然后通过加减小桶中砝码的质量来改变对研究对象的拉力，这可以节约测量砝码所需的时间。 3．进行实验探究和数据处理
①引导学生从实验误差、实验操作等方面来分析比较两种方案的差别。
师生共同确定用“方案二”进行实验探究，同时确定实验的具体步骤和注意事项。并用课件显示实验的具体步骤和注意事项。
说明“方案二”便于操作，且实验误差较小。用课件显示具体的实验步骤，有助于学生较为规范地完成实验。
②介绍并演示CAI课件的功能 Ⅰ．数据计算：将测出动算出相应的加速度
，将
、
、t等数据输入计算机的数据处理表格后、计算机将自
；Ⅱ．自动描点连线制图
输入计算机后将自动算出合外力
的功能；Ⅲ．通过网络可达到数据共享。
③学生以小组为单位，分工合作进行实验探究，并把实验数据输入计算机（使用移动PC并接入校园网）。
教师巡视，注意学生仪器使用是否得当，必要时给予指导。 ④调用多组学生的实验数据，让学生分析
与
、
与
的定量关系。
初步得出：与F成正比，与成反比（与1/成正比）。 ⑤引导学生应用CAI课件，采用图象法处理实验数据。 师生共同得出结论：
与
成正比、
与
成反比。
说明：在CAI课件中定义坐标轴的数值和单位，同时调用已存的实验数据，计算机将在坐标系中自动描点、连线得到实验数据的关系图象，由此判断数据的关系。其中关系可转变为与1/的关系来做图。 （四）回顾总结深化认识
学生回顾本节课的探究过程以及探究过程中使用的物理思想和方法，归纳总结这节课的知识要点，提出自己在学习中存在的疑问。 教师答疑，深化知识。 七、教学流程图：
与
的
牛顿第二定律
