第四章运动和力的关系 大单元教学设计-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第四章运动和力的关系大单元教学设计-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间设计思路本节课以“第四章运动和力的关系”为主题，结合人教版高中物理必修第一册内容，以大单元教学设计为框架，通过实验探究、小组讨论等方式，引导学生深入理解力的概念、力的作用效果以及力的合成与分解等基本物理规律，培养学生在实际情境中运用物理知识解决问题的能力。核心素养目标分析本节课旨在培养学生的科学探究精神、逻辑思维能力、科学态度与责任以及科学、技术、社会、环境意识。通过实验探究，学生能够发展观察、实验、分析、推理等科学探究能力；通过讨论和解决问题，学生能够提升逻辑思维和批判性思维能力；同时，引导学生认识到物理知识在科技发展和社会生活中的重要性，增强科学素养和社会责任感。教学难点与重点1.教学重点，

①理解力的概念，掌握力的三要素及其对物体运动状态的影响。

②掌握牛顿运动定律的基本内容，能够运用牛顿第二定律解决简单的动力学问题。

③理解力的合成与分解，掌握平行四边形法则在力的分解中的应用。

2.教学难点，

①理解力的相互作用原理，特别是作用力和反作用力的关系。

②理解并应用牛顿运动定律解决复杂运动问题，如曲线运动、非匀速直线运动等。

③理解力的合成与分解在非共点力作用下的应用，能够处理多力合成和分解的实际问题。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有人教版高中物理必修第一册教材，以便于课堂阅读和课后复习。

2.辅助材料：准备与教学内容相关的图片、图表、视频等多媒体资源，如力的示意图、牛顿运动定律动画演示等，以增强教学直观性。

3.实验器材：根据实验内容准备滑轮、弹簧秤、小车、斜面等实验器材，确保实验的顺利进行。

4.教室布置：设置分组讨论区，便于学生进行合作学习；在实验操作台附近布置实验器材，确保实验区域安全、整洁。教学过程1.导入（约5分钟）

激发兴趣：通过播放与力相关的科学实验视频，引发学生对力的好奇和兴趣。

回顾旧知：提问学生关于力的基本概念和力的单位，引导学生回顾力的分类和力的作用效果。

2.新课呈现（约30分钟）

讲解新知：

①介绍力的概念，强调力的三要素：大小、方向和作用点。

②详细讲解牛顿运动定律，包括第一定律（惯性定律）、第二定律（加速度定律）和第三定律（作用与反作用定律）。

举例说明：

①通过实例讲解力如何改变物体的运动状态，如推车、抛球等。

②通过动画演示牛顿第二定律，解释加速度与力和质量的关系。

互动探究：

①分组讨论：让学生根据所学知识，设计一个实验来验证牛顿第二定律。

②实验操作：指导学生进行实验，观察实验现象，记录数据，分析结果。

3.巩固练习（约20分钟）

学生活动：

①分发练习题，要求学生独立完成，题目包括计算力和加速度、分析物体受力情况等。

②学生互评：学生之间相互检查练习题，讨论解题思路和方法。

教师指导：

①及时巡视课堂，解答学生在练习中遇到的问题。

②针对共性问题，进行集中讲解和示范。

4.拓展延伸（约10分钟）

讲解力的合成与分解：

①介绍力的合成概念，讲解平行四边形法则。

②通过实例演示力的合成，让学生理解力的合成原理。

互动探究：

①学生分组讨论，设计一个力的合成实验。

②学生进行实验，观察并记录实验结果，分析力的合成效果。

5.总结与反馈（约5分钟）

总结本节课所学内容，强调重点和难点。

反馈学生表现，对学生的积极参与和正确理解给予肯定。

提出课后思考题，引导学生课后复习和思考。

6.课堂小结（约5分钟）

教师对本节课的教学内容进行总结，回顾关键知识点。

鼓励学生在课后复习，巩固所学知识。

提醒学生下节课的学习内容，做好预习准备。拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料：

-《力的单位及其测量》：《科学世界》杂志，介绍了力的单位牛顿的由来以及不同力值在实际测量中的应用。

-《力的合成与分解在工程中的应用》：《工程物理》期刊，探讨了力的合成与分解在建筑、机械设计等领域的应用实例。

-《牛顿运动定律在日常生活中的应用》：《科普博览》杂志，通过日常生活中的实例，解释牛顿运动定律的实际应用。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究：

-学生可以尝试设计一个实验，探究不同质量物体在相同力作用下加速度的差异，从而验证牛顿第二定律。

-引导学生思考，力的合成与分解在实际问题中的应用，例如如何通过调整力的方向和大小来达到预期的运动效果。

-探讨在复杂运动情况下，如何运用牛顿运动定律解决问题，例如斜面运动、圆周运动等。

-学生可以研究不同类型力的相互作用，如重力、摩擦力、弹力等，以及它们在不同情境下的作用效果。

-通过互联网资源，寻找力的相关历史资料，了解力的概念和定律的发展历程。

-鼓励学生参与物理竞赛或科技创新活动，将所学的力与运动知识应用于实际问题解决中。

3.实践应用建议：

-利用力学知识解决实际问题，如设计一个小车模型，分析其在不同斜面上的运动情况。

-通过模拟软件，如PhysicsSimulator等，模拟不同力的作用效果，加深对力的理解。

-在生活中观察力的应用，如汽车刹车时的制动力、运动员起跳时的推力等，结合所学知识进行分析。

4.综合性探究课题：

-探究摩擦力对物体运动的影响，设计实验比较不同摩擦系数下物体的运动状态。

-研究重力在不同纬度上的变化，分析地球自转对重力的影响。

-设计一个实验，验证牛顿第三定律在不同物体间的相互作用。课后作业1.实验设计题：

设计一个实验，验证牛顿第二定律。实验要求包括：

-实验目的

-实验原理

-实验器材

-实验步骤

-数据记录与分析

-实验结论

答案示例：

实验目的：验证牛顿第二定律，即物体的加速度与作用力成正比，与质量成反比。

实验原理：根据牛顿第二定律F=ma，通过改变作用力，观察加速度的变化，验证定律。

实验器材：小车、滑轮、砝码、弹簧秤、计时器、刻度尺。

实验步骤：

1.将小车放在水平面上，连接滑轮和砝码。

2.通过滑轮施加不同大小的力，记录小车加速度。

3.记录不同质量砝码下的加速度。

4.分析数据，得出加速度与作用力、质量的关系。

实验结论：实验结果与牛顿第二定律相符。

2.力的合成与分解题：

已知两个共点力F1=10N，F2=15N，求它们的合力F，以及将合力分解为两个分力的方法。

答案示例：

合力F=√(F1²+F2²)=√(100+225)=√325≈18N

将合力F分解为两个分力，可以任意选择方向，但通常选择与F1、F2夹角相等且互余的方向。

分力F1'=F*cos(θ)=18*cos(θ)

分力F2'=F*sin(θ)=18*sin(θ)

其中θ为F1、F2与合力F的夹角。

3.动力学问题题：

一个物体从静止开始，在水平面上受到一个恒定力的作用，经过5秒后速度达到10m/s，求该物体的质量。

答案示例：

根据牛顿第二定律F=ma，加速度a=v/t=10m/s/5s=2m/s²

F=ma，质量m=F/a=(10N)/(2m/s²)=5kg

4.摩擦力问题题：

一个物体放在斜面上，斜面倾角为30°，物体与斜面间的动摩擦系数为0.2，求物体在斜面上受到的摩擦力。

答案示例：

摩擦力f=μN，其中μ为动摩擦系数，N为物体在斜面上的正压力。

N=mgcosθ，其中m为物体质量，g为重力加速度，θ为斜面倾角。

f=μmgcosθ=0.2*9.8m/s²*cos(30°)≈8.49N

5.力的平衡问题题：

一个物体放在水平地面上，受到三个力的作用：F1=20N，F2=30N，F3=40N，且F1、F2、F3在同一平面内。求物体所受合力的大小和方向。

答案示例：

由于F1、F2、F3在同一平面内，可以先将F1和F2合成，再与F3合成。

合力F1+2=F1+F2=√(F1²+F2²)=√(20²+30²)≈34.64N

合力F1+2与F3的夹角θ可以通过余弦定理求得。

F1+2*F3=F1+2²+F3²-2*F1+2*F3*cosθ

34.64N*40N=34.64²+40²-2*34.64*40*cosθ

cosθ=(34.64²+40²-34.64N*40N)/(2*34.64N*40N)

θ≈arccos((34.64²+40²-34.64N*40N)/(2*34.64N*40N))

合力F=F1+2+F3≈34.64N+40N≈74.64N

方向通过θ角确定。教学评价与反馈1.课堂表现：

课堂表现评价将关注学生的积极参与度、提问回答的正确性和准确性，以及学生对新知识的掌握情况。教师将记录学生在课堂上的发言次数、是否能够正确理解并应用所学知识，以及是否能够独立思考并提出问题。

2.小组讨论成果展示：

教师将评价每个小组在讨论过程中的表现，包括讨论的积极性、合作效率、问题解决能力以及对知识的深入理解。评价将基于小组展示的内容是否全面、逻辑是否清晰、结论是否正确，以及是否能够有效回答其他小组的问题。

3.随堂测试：

随堂测试将用于评估学生对本节课知识点的掌握程度。测试将包括选择题、填空题和简答题，以覆盖不同类型的知识点。教师将根据测试结果分析学生的理解难点，并及时调整教学策略。

4.实验报告评价：

对于涉及实验的课程，教师将评价学生的实验报告，包括实验设计、数据记录、分析方法和结论。评价将关注学生是否能够按照实验步骤正确操作，是否能够准确记录数据，以及是否能够根据实验结果得出合理的结论。

5.教师评价与反馈：

针对学生的整体表现，教师将给出以下评价与反馈：

-对积极参与课堂讨论、提出有价值问