5.3 牛顿第二运动定律 课时教案（表格式）2025--2026年鲁科版高中物理必修第一册

5.3《牛顿第二运动定律》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 鲁科版高中物理必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于鲁科版高中物理必修第一册第五章第三节，是连接“牛顿第一定律”与“力学综合应用”的核心桥梁。教材通过实验探究加速度与力、质量的关系，引导学生从定性观察走向定量分析，最终建立牛顿第二定律的数学表达式F=ma。该定律不仅是经典力学的基石，更是后续学习动力学问题（如连接体、斜面、超重失重）的关键工具。
学情分析
高一学生已掌握位移、速度、加速度等基本概念，具备初步的受力分析能力，并通过前一节学习了惯性与力的关系。但对“加速度由什么决定”仍存在模糊认知，常误认为“有力就有速度”或“速度大则加速度大”。此外，学生刚接触控制变量法和图像处理数据的方法，动手能力和逻辑推理尚在发展中。因此，教学中需借助直观实验和层层设问，帮助学生突破思维误区，构建正确的因果关系。
课时教学目标
物理观念
1. 理解牛顿第二定律的内容，掌握其矢量性和瞬时性特征，能用F=ma进行简单的定量计算。
2. 能区分质量与重量，理解质量是物体惯性大小的量度，明确加速度是由合外力和质量共同决定的。
科学思维
1. 经历“提出问题—设计实验—数据分析—得出结论”的完整探究过程，提升归纳与演绎能力。
2. 能运用控制变量法研究多因素影响问题，学会通过a-F、a-1/m图像判断物理量间的正比关系。
科学探究
1. 能独立完成“探究加速度与力、质量的关系”实验操作，正确使用打点计时器、小车、滑轮、砝码等器材。
2. 能根据纸带数据计算加速度，并绘制图像分析规律，形成基于证据的科学结论。
科学态度与责任
1. 在小组合作实验中培养实事求是的科学态度，尊重实验数据，勇于修正错误假设。
2. 感悟牛顿如何通过严密推理将经验观察上升为普适规律，体会物理学对人类认知世界的深远影响。
教学重点、难点
重点
1. 牛顿第二定律的实验探究过程及其内容表述。
2. 掌握公式F=ma的含义及简单应用。
难点
1. 理解加速度与合外力的瞬时对应关系和矢量性。
2. 实验中平衡摩擦力的操作原理及误差分析。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、实验探究法、讲授法、合作学习
教具准备
轨道小车实验装置、打点计时器、电源、纸带、刻度尺、天平、砝码组、细绳、滑轮、多媒体课件
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、生活现象引发认知冲突 （一）、播放视频：同一型号的两辆小汽车启动对比。
视频1：空载轿车在平直公路上平稳加速行驶；
视频2：满载货车在同一道路上缓慢提速，明显吃力。
提问：“为什么同样是发动机提供动力，空车起步快而重车起步慢？这说明加速度可能与哪些因素有关？”
引导学生思考并自由发言，预设回答包括“力量大小”、“车子轻重”、“发动机好坏”等。
进一步追问：“如果一辆车挂空挡滑行，它有没有受到牵引力？有没有加速度？”帮助学生区分“力”与“运动状态改变”的本质区别，引出“加速度由什么决定”这一核心问题。
二、回顾旧知，明确探究方向 （一）、复习牛顿第一定律的核心思想。
教师陈述：“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非有外力迫使它改变这种状态。”
强调：“力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动的原因。”
过渡语：“那么，力是如何改变运动状态的呢？具体来说，加速度a与作用力F之间有什么定量关系？又是否与物体本身的属性——比如质量m有关？今天我们就来揭开这个谜底。”
板书课题：§5.3 牛顿第二运动定律 1. 观看视频，思考加速度的影响因素。
2. 回忆牛顿第一定律内容。
3. 提出猜想：加速度可能与力成正比，与质量成反比。
4. 明确本节课的学习任务。
评价任务 提出猜想：☆☆☆
语言表达：☆☆☆
参与讨论：☆☆☆
设计意图 以真实生活场景激发兴趣，制造认知冲突，促使学生主动思考；通过复习旧知建立知识衔接，自然引出探究主题，使学习目标清晰明确。
实验探究
【18分钟】 一、设计实验方案，明确控制变量法 （一）、引导学生讨论实验思路。
教师提问：“我们要研究三个物理量之间的关系：加速度a、合外力F、质量m。一次只能改变一个变量，其他保持不变——这种方法叫什么？”
待学生答出“控制变量法”后，继续设问：“那么我们应分几步来做实验？”
师生共同归纳：
第一步：保持小车质量m不变，改变拉力F，测量对应的加速度a，探究a与F的关系；
第二步：保持拉力F不变，改变小车质量m，测量对应的加速度a，探究a与m的关系。
强调：“这里的F必须是小车所受的合外力！”
（二）、解决关键难题：如何获得恒定且可测的合外力？
展示实验装置图（含轨道、小车、细绳、跨过滑轮的砝码桶）。
讲解：“我们用砝码桶和其中砝码的总重力G来近似替代小车所受的拉力F。但只有当砝码桶质量远小于小车质量时，这种近似才成立。”
演示解释原因：若将砝码桶也视为系统一部分，则整个系统的加速度a = G / (M + m)，所以绳子拉力T = M·a = M·G/(M+m) < G。只有当m << M时，T ≈ G。
接着提问：“除了拉力，还有哪个力会影响合外力？”引导学生想到“摩擦力”。
提出解决方案：“我们必须先平衡摩擦力——让轨道略微倾斜，直到轻推小车后它能沿轨道匀速下滑，此时重力沿斜面的分力恰好抵消滑动摩擦力。”
现场演示调平过程，强调这是保证F=F拉的前提。
二、分组实验，采集数据 （一）、布置实验任务与分工。
将全班分为6个实验小组，每组4人，分别负责操作仪器、添加砝码、记录数据、处理纸带。
发放实验记录表，表头包括：实验次数、小车质量M/kg、砝码桶质量m/kg、拉力F/N（取mg）、纸带上相邻两点间距x1, x2…、加速度a计算值。
提醒注意事项：
1. 每次更换砝码前必须断开电源；
2. 打点计时器使用交流6V以下电压；
3. 释放小车前应使其靠近打点计时器；
4. 至少重复三次实验取平均值以减小偶然误差。
（二）、巡视指导，确保规范操作。
教师在各组间巡视，重点检查：
- 是否已成功平衡摩擦力（可通过无拉力时小车能否匀速运动验证）；
- 砝码添加顺序是否合理（建议每次增加相同质量，如10g）；
- 纸带打点是否清晰，是否舍去开头密集点；
- 学生是否掌握逐差法求加速度：
例如：a = [(x4+x5+x6) - (x1+x2+x3)] / (9T )，其中T=0.02s为打点周期。
对于操作困难的小组及时示范纠正，鼓励学生大胆尝试、细心观察。 1. 小组讨论实验步骤，理解控制变量法。
2. 动手调节轨道倾角，完成摩擦力平衡。
3. 按照分工合作完成实验操作与数据记录。
4. 利用逐差法计算加速度，填写实验表格。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据准确：☆☆☆
团队协作：☆☆☆
设计意图 通过问题链引导学生自主建构实验逻辑，深化对“合外力”概念的理解；强调实验细节与误差控制，培养学生严谨的科学态度；小组合作促进交流与互助，体现探究式学习的价值。
数据分析
【10分钟】 一、整理数据，绘制图像 （一）、组织学生绘制a-F图像。
要求各小组根据第一部分实验数据（质量不变），在坐标纸上描点绘制a-F图像。
教师投影展示一组典型数据，现场示范绘图：
横轴F单位N，纵轴a单位m/s ，标度合理，点迹清晰。
提问：“大家发现这些点大致分布在一条什么样的线上？”
引导学生观察得出：“是一条过原点的直线。”
结论：“这说明在质量一定时，加速度a与合外力F成正比，即a ∝ F。”
（二）、绘制a-1/m图像。
要求学生根据第二部分实验数据（拉力不变），计算各次实验中小车总质量的倒数1/M，并以此为横坐标，加速度a为纵坐标作图。
提示：“如果我们猜测a与m成反比，那么a与1/m就应该成正比，图像应该也是过原点的直线。”
展示多个小组的图像结果，多数呈现良好线性关系。
结论：“在合外力一定时，加速度a与质量m成反比，即a ∝ 1/m。”
二、综合结论，建立定律 （一）、引导学生整合两个比例关系。
教师提问：“既然a ∝ F 且 a ∝ 1/m，那么我们可以写成什么形式？”
引导学生写出：a ∝ F/m → F ∝ ma → F = k·ma
追问：“k是什么？它的单位和数值是多少？”
讲解：“在国际单位制中，我们定义1N = 1kg·m/s ，从而使比例系数k=1，于是得到F = ma。”
正式板书牛顿第二定律内容：
物体的加速度a与所受合外力F成正比，与物体的质量m成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。
公式表达：F = ma
强调三大特性：
1. 矢量性：a与F同向；
2. 瞬时性：F变化，a立即随之变化；
3. 同体性：F、m、a对应同一物体。 1. 根据实验数据绘制a-F和a-1/m图像。
2. 观察图像趋势，得出正比关系。
3. 参与推导F=ma的数学表达式。
4. 理解定律的矢量性、瞬时性和同体性。
评价任务 图像规范：☆☆☆
规律发现：☆☆☆
公式理解：☆☆☆
设计意图 通过图像法处理数据，直观展现物理规律，培养学生数据处理能力；从实验现象到数学建模，经历科学抽象过程；强调定律的三大特性，帮助学生全面把握其内涵。
典例精析
【7分钟】 一、基础应用，巩固理解 （一）、出示例题1：水平面上的加速问题。
题目原文：“质量为2kg的物体放在光滑水平面上，受到水平方向的恒定拉力F=10N作用，求物体的加速度大小。”
引导学生分析：
1. 物体受几个力？竖直方向：重力和支持力平衡；水平方向：仅受拉力F。
2. 合外力F合=F=10N。
3. 使用F=ma → a = F/m = 10N / 2kg = 5m/s 。
强调方向与F一致。
（二）、出示例题2：含摩擦力的动力学问题。
题目原文：“质量为5kg的木箱在水平地面上滑动，动摩擦因数μ=0.2，初速度向右，现施加一个向右的水平推力F=20N，求木箱的加速度。（g取10m/s ）”
逐步引导：
1. 受力分析：重力G=mg=50N，支持力N=50N，滑动摩擦力f=μN=0.2×50N=10N（方向向左），推力F=20N（向右）。
2. 合外力F合=F - f = 20N - 10N = 10N（方向向右）。
3. a = F合/m = 10N / 5kg = 2m/s ，方向向右。
提醒学生注意摩擦力方向始终与相对运动方向相反，不能遗漏。 1. 分析受力情况，找出合外力。
2. 应用F=ma公式计算加速度。
3. 判断加速度方向。
4. 规范书写解题步骤。
评价任务 受力分析：☆☆☆
公式应用：☆☆☆
方向判断：☆☆☆
设计意图 通过典型例题训练学生规范解题能力，强化“先受力分析，再求合外力，最后代入公式”的解题流程；涵盖理想与实际两种情景，提升知识迁移能力。
课堂总结
【5分钟】 一、升华式总结：从实验到真理的飞跃 （一）、回顾整节课的知识脉络。
教师深情讲述：“今天我们走过了三百多年前牛顿走过的路。从生活中的一次急刹车、一次起步加速，到实验室里一张张布满小点的纸带，再到坐标纸上那条优美的直线——我们一步步逼近了自然界最深刻的秘密之一。”
引用爱因斯坦评价：“牛顿啊，请原谅我。你所发现的道路，在你的时代，乃是唯一可能的途径。你创造的概念，至今仍在指导着我们的物理思维。”
（二）、提炼科学方法与人生启示。
“我们不仅学会了F=ma这个公式，更重要的是体验了科学探究的魅力：提出猜想、设计实验、收集证据、建立模型。这不仅仅适用于物理，也适用于你们未来面对人生的每一个难题。”
结语升华：“每一次加速度的产生，都需要一个不为零的合外力；而每一个人的成长，也都需要不断克服自身的‘惯性’，勇敢地接受来自理想与奋斗的‘合力’推动。愿你们都能成为自己命运的‘合外力’，向着心中的目标，持续加速！” 1. 跟随教师回顾知识主线。
2. 理解科学探究的过程与价值。
3. 感悟物理规律背后的哲学意义。
4. 建立积极进取的人生态度。
评价任务 知识回顾：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
设计意图 通过历史视角和名人名言提升课堂格调，让学生感受科学之美；将物理规律升华为人生哲理，实现情感态度价值观的自然渗透，达到激励性与升华式总结的双重效果。
作业设计
一、基础巩固题
1. 质量为4kg的物体在水平面上运动，受到水平拉力F=16N作用，若地面光滑，求其加速度；若动摩擦因数为0.25，求其加速度。（g=10m/s ）
2. 一个物体在合力F作用下产生加速度a。若合力增大为原来的3倍，质量减小为原来的一半，则加速度变为原来的多少倍？
3. 判断下列说法是否正确，错误的请说明理由：
（1）物体速度越大，加速度就越大。
（2）物体受力越大，加速度就越大。
（3）加速度方向一定与合外力方向相同。
二、拓展探究题
4. 查阅资料了解“超重”与“失重”现象，尝试用牛顿第二定律解释电梯上升启动瞬间为何人会感觉“变重”。
5. 设计一个小实验：利用手机慢动作拍摄功能，记录小车在不同坡度斜面上下滑的过程，估算其加速度，并分析倾角与加速度的关系。（可选做）
【答案解析】
一、基础巩固题
1. 光滑时：a = F/m = 16/4 = 4m/s ；有摩擦时：f = μmg = 0.25×4×10 = 10N，F合 = 16 - 10 = 6N，a = 6/4 = 1.5m/s 。
2. 由F=ma得a=F/m，新加速度a' = (3F)/(0.5m) = 6(F/m) = 6a，即变为原来的6倍。
3. （1）错，加速度与速度无直接关系；（2）错，还需考虑质量；（3）正确。
二、拓展探究题
4. 电梯启动向上时，加速度向上，支持力大于重力，出现超重，故感觉“变重”。
5. 提示：利用v =2as或逐帧时间间隔测算加速度，分析sinθ与a的关系。
板书设计
§5.3 牛顿第二运动定律
【左侧】实验探究路径：
生活现象 → 提出问题 → 控制变量法 → 平衡摩擦力 → 数据采集 → 图像分析 → 得出规律
【中部】核心内容：
文字表述：a ∝ F（m一定）
　　　　　a ∝ 1/m（F一定）
→ F = ma
→ 矢量性：a↑↑F合
→ 瞬时性：F变→a变
→ 同体性：F、m、a属同一物体
【右侧】解题流程：
受力分析 → 求F合 → F合=ma → 求a
教学反思
成功之处
1. 以生活视频导入有效激发学生兴趣，成功引发认知冲突，为探究做好铺垫。
2. 实验环节组织有序，学生动手积极性高，多数小组能顺利完成数据采集与图像绘制，体现了“做中学”的理念。
3. 总结部分融入科学史与人生哲理，提升了课堂的思想深度，学生反馈良好。
不足之处
1. 部分学生在处理纸带数据时计算速度较慢，导致实验时间紧张，今后可提前教授电子表格辅助计算。
2. 对于“为何要平衡摩擦力”的理解仍有个别学生模糊，应在讲解时增加受力对比动画演示。
3. 例题讲解节奏稍快，个别基础薄弱学生未能完全跟上，下次应增加一道中间梯度题。