牛顿运动定律

第四章

牛顿运动定律教材分析大港一中吴昌安

一、新、旧教材的对比1．教材章节结构的对比：新教材旧教材第四章牛顿运动定律1牛顿第一定律第三章牛顿运动定律一、牛顿第一定律2实验：探究加速度与力、质量的关系二、物体运动状态的改变3牛顿第二定律三、牛顿第二定律4力学单位制四、牛顿第三定律5牛顿第三定律五、力学单位制6用牛顿定律解决问题（一）两类问题六、牛顿运动定律的运用两类问题7用牛顿定律解决问题（二）共点力的平衡条件、超重和失重七、超重和失重

*八、惯性系和非惯性系九、牛顿运动定律的适用范围2．栏目、编写形式对比：新教材旧教材

实验节标题为“实验”（全体学生必做实验）探究加速度与力、质量的关系（给出“参考案例”）

实验学生实验均安排在书末（本章无学生实验）节内的“实验”栏目——随堂学生实验（每位学生均做）探究作用力与反作用力的关系

节内的“实验”栏目——演示实验用气垫导轨近似验证伽利略的斜面实验研究牛顿第二定律研究作用力和反作用力的关系

做一做（拓展性的小实验）用传感器探究作用力与反作用力的关系

做一做（拓展性的小实验）观察失重现象

“问题与练习7”中的实验性题目器材易获得，难度比“做一做”中的低些P.94观察和解释水的失重现象没有安排旁批旁批思考与讨论思考与讨论P82科学漫步（知识拓展）惯性参考系用动力学方法测质量阅读材料用动力学方法测质量失重和宇宙开发提示框提示框问题与练习练习二、总的感觉：1、结构方面：

基本沿用了原教材的结构和线索，部分结构作了合理的调整

2、内容方面：

与原教材大体相同．注重基础性、连贯性和实践性．

（1）加强了探究实验和新技术的应用：

老教材本章没有设置学生分组实验，新教材专门列出一节探究性学生实验；用传感器研究作用力与反作用力的关系，这是新技术在物理教学中的应用．（2）“说一说”栏目的设置强调了自主学习、合作学习、探究式学习3、理念方面：（1）重视“过程”目标的落实，重视“情感”目标的体现，重视联系学生生活、社会实践和现代科技．

（2）重视对与物理有关的社会、环境问题进行正确的判断和解决的能力．包括科学的情感、态度和价值观等；（3）重视科学史的教育功能。

（4）在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化三、教材分析和教学建议Ⅰ．本章知识在高中物理中的地位本章是在“运动的描述”、“匀变速直线运动的研究”和“相互作用”三章之后，讲述牛顿运动第一、第二、第三定律，进一步揭示物体运动状态变化的原因，探究力和物体运动的关系，探究物体间相互作用的规律．本章是学习热学、电学等其他知识所必须掌握的内容．牛顿运动定律是经典力学的基础．学好本章知识，对于学好其余力学知识以及整个物理学都有至关重要的意义．本章最基本的概念是物体的惯性，牛顿第一、第二、第三定律是本章的重点知识．Ⅱ．课标内容:

1.通过实验,探究加速度与物体质量、物体受力的关系。2.理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。3.知道共点力的平衡条件。4.通过实验认识超重和失重现象5.认识单位制在物理学中的重要意义，知道国际单位制中的力学单位Ⅲ.教材分析和教学建议：第一节：牛顿第一定律

基本要求①了解亚里士多德对力和运动关系的论述及存在的错误②认识伽利略研究运动和力关系的思想方法，了解理想实验的作用③知道“速度”是描述物体运动状态的物理量④理解牛顿第一定律的内容，能够运用牛顿第一定律解释有关现象⑤知道惯性是物体的固有属性，知道质量是物体惯性大小的量度⑥运用惯性概念，解释有关实际问题发展要求:①区分运动学和动力学研究角度的不同②区分惯性系与非惯性系（科学漫步中出现）说明:①不要求区分惯性质量与引力质量②不要求分析非惯性系中的运动情况重点:牛顿第一定律、惯性难点:理想实验的推理过程;对牛顿第一定律的理解

教材介绍及教学建议:一些人不重视牛顿第一定律的教学，这里有两个原因，一是认为初中已经学过，二是认为牛顿第一定律实际上只是第二定律的一个特例。针对这种情况，本书用了较多的笔墨:

首先，学习牛顿第一定律不只要明白定律本身说的是什么，还要了解人类进行探究的历史，本书对此做了比较详细的介绍。这种处理源于本书对过程与方法的重视。第二，指出牛顿第一定律在实际上定义了一个参考系，在这样的参考系中，不受力的物体将……这是牛顿时空观的基础。为了强调第二点，本书还引入了惯性参考系的概念。惯性系与非惯性系的差别，不要由教师直接讲述，应该让学生通过“科学漫步”自行得出。对于惯性系和非惯性系，要求很低，只要把“科学漫步”搞清楚就可以了图2-4②、③、①、④和B第二节实验：探究加速度与力、质量的关系

基本要求①认识影响加速度的因素——力和质量②通过实验测量加速度、力、质量，分别作出加速度与力、加速度与质量的关系图像③根据图像写出加速度与力、质量的关系式④体会“控制变量法”对研究问题的意义发展要求:①体验实验探究过程：明确实验目的、分析实验思路、制定实验方案、得出实验结论②初步认识数据处理时变换坐标轴的技巧③初步了解将”不易测量的物理量转化为可测物理量”的实验方法④会对实验误差作初步分析重点:探究加速度与力、质量的关系难点:实验方案的确立、实验数据的分析教材介绍及教学建议:这是一节学生实验课，它的写法与过去实验课的写法有很大的不同。目的是为了让学生体会物理探究过程中所用的科学方法．书中没有给出确定的实验方案，要学生自己设计，但是给出了实验的基本思路：控制变量法．学生在初中已经接触过控制变量法，难度应该不大．作为提示，书中还提醒注意两方面的问题：（1）怎样测量（或比较）物体的加速度：教材介绍了三种方法（1、公式法2、纸带处理3、比例法），教学中应鼓励学生讨论各种方法，由学生作出评估，然后归纳出可行的方案；（2）怎样提供和测量物体所受的恒力：这里恒力是指物体受到的合力，用教材推荐的方法时，可以告诉学生，只有在小盘和砝码的质量远小于小车的质量时，才能将盘和砝码的重力大小看作是使小车作匀加速运动的合力的大小作为进一步的提示，还给出了一个案例，学生可以照办，这是最省事的办法，也是最低的要求，但最好能够自己设计出不同的方案。参考案例中实验虽然比较简单，但通、停时间比较难以控制，有时需要演示几次才能成功。这个实验又一次要求用图象处理数据，即用曲线拟合测量点，找出规律。比过去麻烦的是，从最初的图象看，a与m的关系不是简单的线性关系，这就要尝试出、……甚至等的图象，寻找合适的拟合曲线。如果用计算机来拟合就会方便得多，应该鼓励学生课外试一试。对于上述数据处理的方法书本有提示。我们认为，象这种给学生一定的自由度但又不撒手不管，这是提高学生实验和探究能力的较好途径。值得注意的是，这节课所做的工作不能叫做“探究牛顿第二定律”。牛顿定律不是通过一两次实验就能探究出来的，它是大量事实的总结，包括对天体运动的总结，而它的正确性更是由于其预言与事实的一致性才得到确认。另外,按照教材的参考案例进行实验时，要注意：可以将木板架成有适当倾角的斜面，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，以减小求力的误差．第三节牛顿第二定律

基本要求①掌握牛顿第二定律的内容和数学表达式②知道公式中F指的是物体所受的合外力，知道加速度的方向与合外力的方向一致③知道力的单位“牛顿”的定义方法④根据牛顿第二定律进一步理解G=mg⑤运用牛顿第二定律，解决简单的动力学问题发展要求：①认识加速度与物体所受的合力之间的关系（正比性、同体性、瞬时性和矢量性）②会用正交分解法和牛顿第二定律解决实际问题说明：连接体问题只限于各物体加速度相同的情形重点与难点：理解牛顿第二定律的内容，用该定律分析解决物理问题。教材介绍及教学建议:这一节主要有三个方面的内容1、牛顿第二定律（加速度的方向可以提出来让学生讨论）2、力的单位3、例题（培养良好的审题和解题习惯）例题1选取的是从物体的运动状态确定受力，以及从受力情况确定物体的运动状态的问题．这是将运动学与动力学相结合的典型问题．因此，教学中要引导学生重视题目的分析过程例题2选取的是已知作用在物体上的两个力，求物体的加速度问题.目的是：（1）让学生理解这个加速度是由作用在物体上的合力产生的．要根据平行四边形定则求出合力，然后再根据牛顿第二定律解出运动物体的加速度值．（2）训练学生学会怎样建立坐标系，如何恰当地选择坐标轴的方向能够使问题简化等．本题实际上引入了“正交分解法”科学漫步不同于以前的阅读理解，引导思考，激发兴趣。需要指出的是，教材在牛顿第二定律的内容表述中，并没有说“加速度的方向跟作用力的方向相同”，只是在例题2解答的最后提了一句“加速度的方向与F合方向相同”，教学中应该补充强调牛顿第二定律的矢量性。牛顿第二定律的瞬时性问题，也可以举一些实例加以说明.例如：用12N的恒定拉力，竖直向上拉质量为1kg的物体，求物体加速度的大小和方向．如果突然撤去这个拉力，物体加速度的大小和方向又如何？物体将怎样运动？第四节力学单位制基本要求①知道物理公式既确定物理量之间的关系，又确定物理量单位间的关系②知道什么是基本单位、导出单位和单位制③了解国际单位制的基本单位，知道国际单位制中力学的三个基本单位④认识单位制在物理学中的重要意义，知道中学物理计算中都采用国际单位制的单位发展要求①会利用物理公式得出单位之间的关系②根据物理量单位之间的关系，判断运算表达式是否错误说明不介绍其他单位制由于在牛顿第二定律中规定了力的单位，所以力学单位制安排在牛顿第二定律的后面了，这是新教材与原教材章节安排上的一个区别．

这节的教学思路与过去大致一样，学过之后，解题过程中就可以不把单位写在算式里了。但这不是本节的主要教学目的。通过这节的学习，学生应该体会到，物理量是由数值和单位两部分组成的，二者缺一不可。运算时，数值有加减乘除，单位也要参加运算，只是在一定的单位制中我们可以事先知道单位运算的结果，所以运算过程可以省略。另外，还可以向学生介绍正确使用物理量单位的重要性.STS一次因单位失误而造成的事故

美国回家航天局（NASA）在20世纪末曾发射过一个火星探测器，但它由于飞得靠火星过近，结果因温度过高而起火，并脱离轨道坠入火星的大气层。航空航天局调查原因时发现：原来探测器的制造商洛克希德.马丁公司计算加速时的力使用了英制单位，而喷气推动实验室的工程师理所当然地认为他们提供的数据是以国际单位算出来的，并把这些数据直接输入电脑。你看，就是因为在单位制上的失误，结果犯了一个“极端愚蠢的错误”，价值1.25亿美元的火星探测器毁于一旦。第五节牛顿第三定律基本要求①通过对具体实例的观察和演示实验，认识力的作用是相互的②能找出某个力对应的反作用力③掌握牛顿第三定律的内容,知道作用力和反作用力的关系不受物体运动状态和参考系等的影响④运用牛顿第三定律解释生活中的有关问题发展要求①会运用牛顿第三定律解决受力分析中的相互作用力问题②会区分平衡力和作用力与反作用力F30°图112如图1,光滑斜面上置物体1、2，用平行于斜面向上的力F推物体沿斜面向上运动，将1对2的作用力记为F12，2对1的作用力记为F21，试判断下面两种情况下F12与F21的大小关系：（1）一起向上匀速运动（2）一起向上加速运动重点:理解牛顿第三定律的确切含义,能用它解决相关问题难点:如何通过实验探究作用力与反作用力的关系教材介绍及教学建议:用两个弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系并不难，要求全体学生能动手探究、交流、评价．

要沿不同方向拉弹簧秤；两弹簧秤沿着竖直方向拉，学生易出错要体验同时产生、同时消失；不要急于由这个实验就得出牛顿第三定律，应该再通过分析传感器等大量实验由学生总结出该定律。另外为了加深对作用力和反作用力的理解可以用扳手腕和拔河为例加以拓展，可以让学生各抒己见．第六节用牛顿定律解决问题（一）基本要求①能分析物体的受力情况，判断物体的运动状态②初步掌握动力学两类基本问题求解基本思路和步骤.③会求解一个物体在水平面上运动的动力学问题发展要求会解决两个物体具有相同加速度的动力学问题（连接体问题）说明1.斜面上的动力学问题只限于已知运动方向的情况2.不要求解决加速度不同的两个物体的动力学问题重点:动力学两类基本问题求解基本思路和一般步骤难点:物体的受力分析与运动情况分析教材介绍及教学建议:本节与旧教材相同，基本没有变化．教材在分析例题方面增加了篇幅，体现了过程与方法的目标维度控制习题难度，增加习题的生活情景，体现了态度、情感与价值感的目标维度。第七节用牛顿定律解决问题（二）基本要求①知道物体处于平衡状态的运动学特征。②知道共点力的平衡条件,能利用共点力平衡条件解决有关问题③了解超重和失重现象，知道超重与失重现象中地球对物体的作用力并没有变化发展要求①会用正交分解法，解决共点力作用下的平衡问题②能够根据加速度的方向，判别物体的超重和失重现象③会用牛顿第二定律解释实际中的超重和失重现象说明①不要求用正弦定理、余弦定理、相似三角形对应边成比例等方法求解共点力的平衡问题②不要求解决空间的共点力平衡问题重点和难点：1.共点力平衡条件的应用2.超重失重现象的理解3.应用牛顿运动定律解决超、失重问题教材介绍及教学建议:本节分为两部分，第一部分是从动力学的角度研究共点力的平衡，第二部分是用牛顿第二定律研究超重和失重．原教材的《物体的平衡》是独立的一章，而超重和失重也是独立的一节，新教材将这些内容都合并到一节中，其目的是为了减轻学生的负担.如果学生将来的发展方向侧