必修一 人教版第四章——《牛顿运动定律》主题单元设计

《牛顿运动定律》主题单元设计
主题单元标题
牛顿运动定律
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高中一年级
所需时间
4
主题学习概述(简述单元在课程中的地位和作用、单元的组成情况，解释专题的划分和专题之间的关系，主要的学习方式和预期的学习成果，字数300-500)
本章是在前面对运动和力分别研究的基础上的延伸——研究力和运动的关系，建立起牛顿运动定律。牛顿运动定律是动力学的基础，是力学中也是整个物理学的基本规律，正确地理解惯性概念，理解物体间的相互作用的规律，熟练地运用牛顿第二定律解决问题，是本章的学习要求，也为进一步学习今后的知识，提高分析解决问题的能力奠定基础。
本章还涉及到了许多重要的研究方法，如：在牛顿第一定律的研究中采用的理想实验法；牛顿第二定律中的控制变量法；运用牛顿第二定律处理问题时常用的整体法与隔离法，以及单位的规定方法，单位制的创建等。对这些方法要认真体会、理解，以提高认知的境界。
为了更扎实地理解牛顿第二定律，本章第二节安排了实验：探究加速度与力、质量的关系，并提供了参考案例，实验操作方便，规律性强，结论容易获得，控制变量法在此得到了实践。第五节牛顿第三定律的研究引入了传感器――计算机的组合，现代气息浓厚，实验效果很好。
主题学习目标（描述该主题学习所要达到的主要目标）
知识与技能：
1、通过实验，探究加速度与质量、物体受力之间的关系。
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、通过实验认识超重和失重。
4、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。
过程与方法：
1、培养学生分析问题的能力，要能透过现象了解事物的本质，不能不加研究、分析而只凭经验，对物理问题决不能主观臆断．正确的认识力和运动的关系．
2、帮助学生养成研究问题要从不同的角度对比研究的习惯．
3、培养学生逻辑推理的能力，知道物体的运动是不需要力来维持的。
态度情感与价值观：
利用一些简单的器材，比如：小球、木块、毛巾、玻璃板等，来对比研究力与物体运动的关系，现象明显，而且更容易推理。
2、培养科学研究问题的态度。
3、利用动画演示伽利略的理想实验，帮助学生理解问题。
4、利用生活中的例子来认识惯性与质量的关系。培养学生大胆发言，并学以致用。
对应课标
1、通过实验，探究加速度与质量、物体受力之间的关系。
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、通过实验认识超重和失重。
4、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。
主题单元问题设计
1、物体的运动是不是一定需要力？
2、怎样测量物体的加速度？
3、怎样提供和测量物体所受的力？
4、顿运动定律的应用的思路是什么？
专题划分
专题一：牛顿第一定律（1课时）
专题二：实验：探究加速度与力、质量的关系（1课时）
专题三：牛顿第二定律及其应用（2课时）
专题一
牛顿第一定律
所需课时
1课时
专题一概述 (介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)
物体不受力时将保持匀速直线运动状态或静止状态，理解时可认为不受力和合力为零效果是一样的，如果某个方向不受力，那么在这个方向物体也会保持匀速直线运动状态或静止状态。培养学生灵活运用物理规律解决问题的能力。
本专题学习目标 （描述该学习所要达到的主要目标）
1、利用一些简单的器材，比如：小球、木块、毛巾、玻璃板等，来对比研究力与物体运动的关系，现象明显，而且更容易推理。
2、培养科学研究问题的态度。
3、利用动画演示伽利略的理想实验，帮助学生理解问题。
4、利用生活中的例子来认识惯性与质量的关系。培养学生大胆发言，并学以致用。
本专题问题设计
1、物体的运动是不是一定需要力？
2、既然牛顿第一定律是最完善的，那么它从几个方面阐述了力和运动的关系？
所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)
信息化资源
常规资源
小车、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺、木块、气垫导轨、滑块等。
教学支撑环境
班级教室
其 他
记录用的纸、笔等
学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程）
教学步骤：
一、导入
开门见山，阐述课题：前面几章学习了运动和力基础知识，这一章开始我们研究力和运动的关系。第一节课我们来学习牛顿第一定律。
二、进行新课
学生活动：阅读课文，回答问题。
1、伽利略：物体不受力时，运动的物体一直作匀速直线运动。
2、笛卡儿：物体不受力时，物体将永远保持静止或运动状态。
教师活动：既然牛顿第一定律是最完善的，那么它从几个方面阐述了力和运动的关系？
在学生回答的基础上，进一步总结：力不是维持物体运动状态的原因，力是改变运动状态的原因。
????????? 运动状态是指什么？
学生讨论回答：两个方面：不受力时，物体保持匀速直线运动状态或静止状态；受力时，力迫使它改变运动状态。
????????? 运动状态：速度的大小和方向。
点评：培养学生理解问题时能力。
教师活动：牛顿第一定律可不可以用实验来验证？
什么时候可以看作不受力并举例说明。
学生活动：学生回答不能。因为不受力作用的物体是不存在的。
受力但合力为零时。比如：冰面上的滑动的冰块。冰壶球。
点评：培养学生刨根问底的严谨态度。
教师活动：牛顿定律又叫惯性定律，惯性是指什么？
你又怎样理解这种性质呢？举例说明。
因为这是一个新概念，学生刚接受可能不是很好理解。通过实验来进一步的理解。
在小车上放一高的木块，让小车在光滑的玻璃上运动，前面固定一物块，当车运动到物块时被挡住，车上的木块前倾。为什么？
再如，人站在匀速行使的车厢内竖直向上跳起，仍会落到原地。
这都是惯性。
再让学生举例，学生就必然入门了。
学生活动：学生观察并思考，再进一步理解惯性：是指物体具有保持原来运动状态或静止状态的性质。
点评：通过生活中的例子进一步理解惯性。
三、课堂总结、点评
教师活动：进一步总结：物体不受力时将保持匀速直线运动状态或静止状态，理解时可认为不受力和合力为零效果是一样的，如果某个方向不受力，那么在这个方向物体也会保持匀速直线运动状态或静止状态。培养学生灵活运用物理规律解决问题的能力。
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教学评价
可评价的学习要素
生活中的运动举例
评价方法：现场评价
评价指标：1、参与程度、积极程度 2、举例恰当程度 3、课前材料的准备情况
牛顿第一定律 惯性
评价方法：测验
评价指标：①答题时间 ②每题答对率 ③及格人数（60---74分） ④良好人数（75---84分以上）⑤优秀人数（85分以上） ⑥平均分
学习活动过程
评价方法：量规
① 参与程度、积极程度 ②思维逻辑、严密性 ③表达展示 ④协作精神
专题二
探究加速度与力、质量的关系
所需课时
1课时
专题二概述 (介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)
本节利用控制变量法测量加速度与质量、力的关系，探究本节课为下一节的牛顿第二定理的学习提供了基础，便于学生在实验的基础上总结出结论。本节利用控制变量法测量加速度与力质量的关系，让学生分组进行探究活动，自己得出加速度与力、质量的关系
本专题学习目标 （描述该学习所要达到的主要目标）
（1）学会控制变量法
（2）知道加速度与力的关系
（3）知道加速度与质量的关系
本专题问题设计
（1）什么是控制变量法？
（2）实验中应注意的问题？
（3） 加速度与质量的关系？
（4）加速度与力的关系？
所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)
信息化资源
微机、屏幕、Microsoft PowerPoint软件、视频。
常规资源
小车、砝码、模板、打点计时器，纸带等
教学支撑环境
具有多媒体操作平台的教室，网络教室
其 他
学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程）
1．引出课题：由一个视频引出课题──研究力、质量、加速度的关系，鼓励学生大胆猜想。
2．确立实验研究思想：引导学生思考多变量问题的研究手段，如何将复杂问题变为简单，让学生体会到控制一个量不变，改变其中一个量，研究另一个量的变化。这是研究多变量问题的一种基本思想。在学生充分体会这种基本思想的情况下，鼓励学生提出实验研究思想：
（1）固定物体质量不变，改变外力，测量物体加速度，探究加速度和外力的关系；
（2）固定外力不变，改变物体质量，测量物体加速度，探究加速度和质量的关系。3．实验探究过程：采用边设计、边实验、边讨论的探究模式，让学生按实验研究思想的要求，将实验分成二步进行探究。但从实验操作的内容来看，无论那一步操作都离不开一个外界因素──摩擦的问题。
?（1）平衡阻力：
提出问题：如何消除阻力影响？（使平板轨道倾斜，用重力的分力平衡阻力，使小车在轨道上做匀速直线运动，此时小车的加速度为零）
（2）固定物体质量不变，改变外力，探究加速度和外力的关系。
在消除阻力影响的前提下，提出下列问题：
如何改变外力？（改变钩码的重力，不提钩码重力要远小于小车重力）
如如何展示加速度与外力的关系？（利用V-t图求加速度）
如何展示加速度与外力的关系？（利用a－F图展示）
提出问题：测加速度时该如何选择测量范围？（选择阻力被平衡的那段轨道）
提出问题：依据什么方法大致确定应在轨道的哪段上测加速度？（利用V-t图与横轴所包的面积表示位移）
明确选择区域后，要求学生继续操作完成实验。在学生操作的基础上，再次提出问题：
固定物体质量不变，改变外力，加速度和外力是什么关系？（是线性关系）
图线上的纵截距是什么意思？你认为是怎样形成的？（没有外力就有加速度，轨道倾斜角太大）
若轨道倾斜角合适，图线上会有纵截距吗？（没有）
综上所述，固定物体质量不变，改变外力，加速度和外力成正比。
（3）固定外力不变，改变物体质量，探究加速度和质量的关系。
在第二步实验之前，提出问题供学生思考：
如何改变物体质量？质量的变化对平衡阻力有影响吗？（没有，因为物体质
量的变化不影响重力的分力与阻力平衡）
如何展示加速度与质量的关系？（利用a－m图像表示，先不提a－1/m图像）
你能根据图线说出加速度与质量的关系吗？（一条曲线说不出它们的关系，利用Excel软件分析，向学生介绍用曲线拟合的方法与图线转换的方法）
④在讨论后让学生看a－1/m图，并要求表述实验结果：固定外力不变，改变物体质量，加速度和质量的倒数成线性关系。
⑤要求学生分析纵轴上的截距表示什么意思？（轨道的倾角太大，若轨道的倾角合适，纵截距应该为零）
教学评价
可评价的学习要素
1.生活中的形变举例
评价方法：现场评价
评价指标：1、参与程度、积极程度 2、举例恰当程度 3、课前材料的准备情况
2.加速度与力、质量的关系
评价方法：测验
评价指标：①答题时间 ②每题答对率 ③及格人数（60---74分） ④良好人数（75---84分以上）⑤优秀人数（85分以上） ⑥平均分
3.学习活动过程
评价方法：量规
① 参与程度、积极程度 ②思维逻辑、严密性 ③表达展示 ④协作精神
专题三
牛顿第二定律及其应用
所需课时
2课时
专题三概述 (介绍本专题在整个单元中的作用，以及本专题的主要学习内容、学习活动和学习成果)
牛顿第二定律及其应用不仅是整个第四章的重点，也是整个高中物理的重点，它是分析物理问题的基础。本节主要学习牛顿第二定律的内容，应用。在应用方面涉及到超重、失重等问题。可以涉及一些体验活动让学生感受超重和失重，对超重失重有深刻的了解。
本专题学习目标 （描述该学习所要达到的主要目标）
（1）掌握牛顿第二定律的内容；
（2）知道牛顿第二定律中各个物理量的意义
（3）会应用牛顿第二定律。
本专题问题设计
（1）加速度的大小和哪些量有关？
（2）如何表述牛顿第二定律？
（3）什么是超重、失重、完全失重？
所需教学材料和资源(在此列出学习过程中所需的各种支持资源)
信息化资源
微机、实物投影展台、投影、屏幕、Microsoft PowerPoint软件。
常规资源
多媒体教室
教学支撑环境
具有多媒体操作平台的教室，实验室
其 他
学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程）
提出问题，导入课题
提问、讨论、评价
牛顿运动定律的核心内容是什么？
如何理解力和运动的关系？
PPT展示：力和运动的关系
力是使物体产生加速度的原因，受力作用的物体存在加速度。我们可以结合运动学知识，解决有关物体运动状态的问题。另一方面，当物体的运动状态变化时，一定有加速度，我们可以由加速度来确定物体的受力。
知识构建，方法梳理
动力学的两类基本问题
已知物体的受力情况，要求确定物体的运动情况
处理方法：已知物体的受力情况，可以求出物体的合力，根据牛顿第二定律可以求出物体的加速度，在利用物体初始条件（初位置和初速度），根据运动学公式就可以求出物体的位移和速度。也就是确定了物体的运动情况。
已知物体的运动情况，要求推断物体的受力情况
处理方法：已知物体的运动情况，由运动学公式求出加速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的合外力，由此推断物体受力情况。
动力学问题的求解
基本思路
牛顿第二定律反映的是，加速度、质量、合外力的关系，而加速度可以看成是运动的特征量，所以说加速度是连接力和运动的纽带和桥梁，是解决动力学问题的关键。
求解两类问题的思路，可用下面的框图来表示：
可见，加速度是连接“力”和“运动”的桥梁。
一般步骤：
⑴确定研究对象；⑵进行受力情况及运动状态分析；⑶选取正方向；⑷统一单位，代入求解；⑸检验结果。
注意事项
同体；
同向；
同时；
同单位制。
超重和失重
描述：弹簧秤称量物体的重量。原理：二力平衡。
演示：物体的平衡、超重、失重。
归纳：超重、失重的起因和表现
?
起因
运算
表现
超重
具有向上的加速度
F=m（g+a）
F﹥mg
失重
具有向上的加速度
F=m（g-a）
F教学评价
可评价的要素
1、牛顿第二定律的表述及各量的物理意义
评价方法：使用量规（自评+小组内互评+师评）
评价指标：
①牛顿第二定律的表述
②表达式中各物理量的意义
2、超重、失重
评价方法：课堂提问+作业
评价指标：
①超重、失重的定义
②超重失重的特征
③静摩擦力的应用
3.牛顿定律的应用
评价方法：课堂展示+作业
评价指标：
①会根据物体的受力情况确定物体的运动情况
②会根据物体的运动情况确定物体的受力情况