“牛顿第二定律”实验探究

牛顿第二律一【教学目标】1、知识与技能：（1物的加速度与到的外力F及物体的质量ｍ间的关系，理解力是产生加速的原因，知道物理定律的含义。（2）理解加速度大小、质量大小和外力大小间的关系。（3）能根据现有器材计实验方案，通过实验及数据处理，学会相关的实验技能。2、过程与方法：（1通对Fma个物理量进行研究感实验探究物理规律的基本过程，体会控变量的研究方法。（2）在对实验数据处过程中，感受用图像研究物理问题的科学方法，认识由实验归到总结物理规律是研究物理学的基本方法。3、情感、态度与价值观：（1在究质加度三者关系的过程中树认真的科学态度，实事求是的科素养，严谨、有序的思维习惯。（2）过验设计过程养成合作意识和乐观向上的品质。二【教学重点与难点】【教学重点】

加速度与作用力、质量三间定量关系。【教学难点】如何应用DIS进行实验设。三【教学准备】实验1：性研究加速与力、质量间关系：滑板车两只实验2：定量研究进实验设计：小车、长木板、小桶、砝码、细线、弹簧秤实验3：DIS定研加度与力、质量间关系：小车、长木板、小桶、砝码、细线、DIS验器材（位移传感器、电脑、数据采集器等四【教学过程】1、表格教学环节与内容

教学活教师活

学生活

设计意“网球频”：新课引入

通过上海大师赛的一段视频，观察选手击打网球的过程中如何改变其运动状态。引导学生引出力是改变物体

观看思考

利用时下的热点赛事，激发学生的兴趣，同时复习牛顿第一定律。运动状态的原因设问1由牛顿第一定律知道：力是改情景创设

变物体运动状态的原因，请问：运动状态的改变指什么物理量的改

思考

通过设问将活动引向理性思维，同时引出课题。变？（速度）由运动学我们知道速度改变

122122111会产生加速度，那么影响加速度的因素有哪些呢？（外力F、物体的质量ｍ）加速度与F、间到底有什么关系？下面我们用实验来研究它们间的关系。活动Ⅰ让同学甲第一次用较小的力推墙壁，滑出一定距离；第二次用较大力推墙壁，甲同学滑出一定距离s，≠。

通过实验使学生定性的认识到：加速度与物体所受的外力和物体的质量都有关，而且加速度只与力和质量两个因素有关。说明：板车实验中人受到墙壁的作用力实际上在人离开墙壁时就不再作用在人身上了，所以此实验中滑板车后来的运动实际上是靠惯性前进滑板实

参与、观的。墙对人的力越大，在△t验

活动Ⅱ让甲、乙两个质量不等的同学分别站在同一型号的滑板车上互推，他们受到的推力相等，看它们分别滑出的距离和s，≠。

察、思考

时间（人与墙壁接触的时间）内车产生的加速度也越大，得到的速度也就越大，所以车就滑的越远，所以此实验不是直接的续的力作用在车很难找到持续作用的力的情景，因此只能用瞬间力来代替的是替代法这样可为下面的学生实验用小桶及内部的物体的重力替代小车的拉力作铺垫。设问2如何研究三个物理量间的关实验思想

系？

先让一个量不变，研究另二个

引发学生探索物理量间的关系，物理上把这种方法叫控制变量法，它是物理研究中经常采用的一种科学方法。

实验设：1、先介绍子上的实验器材，指出实验的研究对象是小车（质量给定2、让学思考如何给小车一个恒定的拉力？利用小桶重力，通过细绳、滑轮拉，从而代替恒定外力3、如何测物体的加速度？用实验器材中的运动传感器。、如何控制变量？1小车质量不变探究与的关系。

学生利用现有器材设计实验步骤；实验探究

2）拉力不变，探究小车质量与a关系。数据处：提问1当你有了一组数据用什么方法来验证m一定与F成正比呢，

说明：是用DIS实验处理数据的先不讲平衡阻力，介绍完器材后让学生直接控制变量开始实验，得出图像对学生分析问题能力的提高很有益。难道仅仅是粗略的观察一下吗？肯定不是。那么我们数学上是怎么来体现y和x成正比呢？提问2a－m图是双曲线，如何变曲为直？

运用数学图象手段，严谨证明，培养学生习惯将a－图转换成讨论。

1

图活动Ⅲ：

学生实验，控制变量物体质量利用m一定，定量研究加速度a力实验系统间关系。

动手实验，

活动Ⅳ：实验变量力F一定，定量研究加速度a与物体质间关系。1、质量定的情况下，加速度与作用力F成正比，写作：

采集数据，并进行数据处理牛实验结论

FF即F22、在作用F一定的情况下，加速度a与物体质量ｍ成反比：m即mam21

思考

律：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，F用表示：ama改写为等式＝kma其中为比例常数，由公式中各物理量的单位选取有关。3、得出牛单位的意义，2、语言设计：引出：上一节课，我们学习了牛第一定律，它又被称之为惯性定律，那么首先我们来复习一下，么是牛顿第一定律？学生回答任物体在受外力的情况下保静状或速线运动状态。那么如物体受到外它运动状态会怎样呢？我们先来看一段视频。（视频播放中）这是一位网球运动员击打球的慢动作们可以直观的看到当他通过球拍击打的时候，网的什么发生改变了？

、、、、、、、、学生回答：可能以下情况形状发生改变——我们知力的作用效果之一是形变另个作用效果呢？引出运动态发生变化。运动方向发生变化——那运动方向指的是哪个物理量的瞬时方向，引出速度发生变化那么运动状态的改变我们般指的是速度发生改变们现是改变物体运动状态的原因运动学我们知道速度改变会有什么产生啊？学生回答：加速度我们知道击打网球的加速大小可以通过飞行的远近来判断的远自然击打网球的加速就大那么你们猜猜看影响网球加速度的因素有哪些呢？或者说样可以使网球飞得远些？学生回答：可能以下情况打的重些——力大网球轻些——物体质量小球拍质量好坏——目的是轻松的产生更大的力天气（空气）情况——与球获得的加速度无关定性判断：我们知道了物体运动状态变的快慢就是加速度与外力以及物体质量有关，今天我们这课就来研究一下加速度与F、ｍ间到底有什么关系？下面我们通一个简单的实验来研究它们间的关系。（滑板实验一）

我们看到这位同学站在滑上第次用较小的力推讲台滑一定距离；第二次用较大力讲台，又滑出一段距离，你们发现了什么？学生回答：力越大，滑行离远，产生加速度大那么你觉得刚才的这个实我们在研究a与的系另个因素——物体的质量怎么理了？学生回答：人的质量两次都不变，控制变量法。当我们要研究两个物理量间的关系时其他物理量保持不变的这种方法称之为控制变量么们觉得如果要研究a与m的关系时要把哪个物理量给固啊？（集体回答外力。好，接下来我们来看这样一个实验，两位同学上来。（滑板实验二）这个实验是通过什么方式外力不变？学生回答：作用力与反作力我们发现当外力一定时，量越大，获得的加速度反而小。当然前面的两个实验只是粗略定的判断一下a怎随变而变化、怎样随变而变化么们猜想一下它们在数学上到底成什么关系呢？学生回答：一，与成比；一，a与m成反比。那么我们如何严谨的定量来研究它们的关系呢？下面请同学利用桌上的器材来自己设计个实验方法。实验设计：

每一位同学桌子上有4实验器材，分别是木板、小车、带细线的塑料桶还有许多砝码大想一下首先我们研究的运动对象是什么？（集体回答车恩，很好，那么我们如何使小车运动起来，获得加速度呢？大家想一下。（让学生动手思考一段时）可以通过手，或者弹簧称拉吗？学生回答：不可以，因为法获得持续恒定不变的外力。那么我们怎么办呢？想想，小桶、木板的定滑轮有什么作用？学生回答：可以把砝码放小桶里，利用小桶重力，通过细绳、定滑轮拉小车，从而代替恒外力。好我们首先想一下何设计一个步骤够通过控制变量法，来研究质量一定a与F的关系，把你的设计写在纸上。小车质量已知，加速度可以通过其仪器测量（让学生写一段时间）拿其中的一份投影出来让讲一下自己的设计然后给出合理流程。让小车质量一定，用小桶动小车，测地小车加速度，改变小桶重力，再次测得小车加速度以次类推，得到一组数据研a与F的关系。好接下来我们再设计一流程来研究a与的关系一下如何

改变小车质量，如何控制力不变，把流程写下来。让小桶重力一定，用小桶动小车，测地小车加速度，改变小车质量，再次测得小车加速度以次类推，得到一组数据研a与m

的关系。那么我们如何来记录数据？要清晰、直观。学生回答：列表格接下来根据你们的纸上的白表格下何记录每次实验的a、F、m三个数值拿其中的一份投影出来，他讲一下自己的设计。注意单位问题当你有了一组数据用什么法来验证m一a与成比，道仅仅是粗略的观察一下？肯定不是么我们数学上是怎么来体现y和x成正呢学生回答：函数图象如果y和x成正么它的函数图象应该是一条通过原点的倾斜的直线，比如匀速直线运的s-t图匀变速直线运动的v-t图，那么a与F成正，a-F图应该是一条通过原点的倾斜的直线。好，那么当我们验证F定，a与m成反，怎么办呢？学生回答：画函数图象反比的函数图象是什么？学生回答：双曲线但是双曲线是一条曲线，个人根据几个点画出来的曲线都不一样且便一条曲线们不能判断它是双曲线定反，

那么我们怎么办呢？首先曲线难画，直线好画我们需要化曲为直，把反比关系变成正比关系。数学上的反比例数表达式是什么？学生回答：y=k/x如果y和x成反，么y与么成正比？学生回答：好，因此我们可以画一个么图来得到一条直线来验证一，与m成比学生回答：a-1/m图好，我们把刚才设计的两图，用直角坐标的方法画在纸上，标好横坐标和纵坐标DIS验证：刚才们计了一整套骤来定量的验证m一定与F成比；F一，与成比接下来我们请两位同学上来用桌上的DIS器材来实际操作一下，小质量0.266kg，个钩码0.05N，一块垫片0.05kg。同学做实验，得到图象。总结：我们知道一，与F成比；一，a与m成反比。那么总的来说，与么正？学生回答：那么a与F/m成比a=kF/m

F=kma当F、m都取国际单制，比例系数那么我们就把使1kg物体产生1m/s纪念牛顿在物理学上的贡。Ⅱ：教案设计说明1、教学内容分析

加速度的力称之为并此牛顿第二定律是定量研究体的加速度与受到的外力及物体的质量间的关系顿二定律内容是本章的重点它力学和运动学有机的结合在一起是个经典力学的基础和核心之一同也为之后学习机械能、周运动等知识奠定基础。本节课主要是高一物理教第三《顿运动定律第节的教学内容是牛顿第定律后对改变物体运动状态的定量研究，主要通过实验设计DIS实的探究，定量的研究F、m、a三者的关系是决动力问题的一个重要方法为一的顿二定律的实际运用的学习下基础和知识铺垫。2、学生情况分析在知识技能方面学生刚刚学过牛顿第一定律能够理解不受外力的情况下体动状态保持不变同已经在运动学中初步了解DIS实的器材用。但是在实验设计中，略显被动，始终无法独立的对于一个定性想做出正确规严的验程计，因此，在教学过程中学生可能在研究方法上存在着认知和理解的生疏。

在思想方法方面学生能认知推归控变量等研究方法但缺乏自觉主动的应部学生还不习惯于用科学探究的方法分析问题，因此要求学在DIS验设计过程中，体验“科学猜想变量数处理过程中，感受“变曲为直推理”等多种物理学研究法，培养学生观察分析、比较判断、归纳总结的能力。3、教学设计思路本教学设计的主要思路是球比赛的视频引出力是改变物体运动状态的原因入手从板实验引导学生定性归纳出加速度与作用力、质量的关系，后以“小车”为研究对象，通过实验设计DIS实验证来探究者间定量关系，引导学生总结出牛顿第二定律的一般表达式。本设计通过问题的讨论DIS实研究、教师指导等多种教学策略的应用，使学生通过测、实验探究等环节，培养学生实验设计、归纳概括的能力，使生学会通过电脑分析和处理数据，掌握用函数图像研究物理问题一些基本思路和方法调生自主探究和亲身感受物理规律的成过程以及伴随这一过程的科学方法，提高探究学习的兴趣。本节课的重点设置速度与作用力量三者间定量关系”上。通过DIS实验，采用控制变量”法，分别研究加速度与作用力度与质量间关系物理图像对实验数据进行分析讨论。学生的实验设计一向是教的难点在过实验了解加速度

与作用力质之间定关系的基础上通对DIS实验关键步骤的讨论来突破难点。实的关键步骤包括：以“小车”为研究对象，有哪些“变量何控制“变量”进行实验，以及如何通过对物理图像的分析研究出实验的结论等。本节课着重实验设计，搁平衡摩擦力、水平拉动、图象误差分析等问题，留待下节课续分析Ⅲ：教学反思一、设计课程背景：1、现生高做验设计题型时往往无处下手，缺乏解决实际问题能力2、新教材对学生探究能的要求，不再是简单的按部就班二、备课时的困难：1、在实际生活中，很难到一恒定力（除重力、浮力只能用变力来代替，简单定性析2、这是一节本来2课的内容，因此不可能在一节课中完全解决问题，本节课着重实验设，因此搁置平衡摩擦力、水平拉动、图象误差分析等问题，留待节课继续分析3、节主是学一个完整的设计实验过程，一开始试讲时发现不可能让一个高一学就有一