4.5 牛顿运动定律的应用 课时教案（表格式）2025--2026年粤教版高中物理必修第一册

4.5《牛顿运动定律的应用》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 粤教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
本节内容位于粤教版高中物理必修第一册第四章第五节，是牛顿运动定律学习的深化与应用阶段。教材通过典型实例，引导学生运用牛顿第二定律解决实际问题，强调受力分析与运动分析的结合。本节内容承上启下，既是对前几节知识的综合运用，也为后续学习动力学问题打下坚实基础。教材设计注重从生活情境出发，体现物理与生活的联系，突出科学思维的培养。
学情分析
高一学生已初步掌握牛顿三大定律的基本内容，具备一定的受力分析能力，但对复杂情境下的多过程问题仍存在理解障碍。学生在数学运算、矢量合成与分解方面基础较弱，容易在建立坐标系和列方程时出错。同时，部分学生缺乏将实际问题转化为物理模型的能力。针对这些问题，教学中应通过情境创设、小组合作、逐步引导等方式，帮助学生构建解题思维路径，提升建模与推理能力。
课时教学目标
物理观念
1. 能准确理解并运用牛顿第二定律F=ma解决直线运动中的动力学问题，掌握加速度与合外力的瞬时对应关系。
2. 能结合实际情境建立物理模型，理解力与运动之间的因果关系，形成系统的动力学观念。
科学思维
1. 能通过受力分析和运动分析，构建“力—加速度—运动”的逻辑链条，提升模型建构与科学推理能力。
2. 能运用正交分解法处理斜面上的物体运动问题，掌握多步骤问题的拆解与整合方法。
科学探究
1. 能在教师引导下设计简单的实验方案，验证加速度与合外力、质量的关系，体验探究过程。
2. 能通过小组合作完成典型例题的分析与解答，提升问题解决中的协作与表达能力。
科学态度与责任
1. 能在解题过程中保持严谨求实的态度，尊重实验数据与物理规律，养成规范解题的习惯。
2. 能认识牛顿定律在科技发展与工程实践中的广泛应用，增强对物理学科价值的认同感。
教学重点、难点
重点
1. 掌握应用牛顿第二定律解决动力学问题的基本思路与步骤。
2. 能正确进行受力分析，建立直角坐标系并列写动力学方程。
难点
1. 在多力作用下准确求解物体的加速度，并与运动学公式结合求解位移、速度等参量。
2. 对斜面、连接体等复杂情境建立物理模型，理解力的独立作用原理与系统整体法的适用条件。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法
教具准备
多媒体课件、滑块斜面演示装置、弹簧测力计、小车轨道系统
教学环节 教师活动 学生活动
情景导入
【5分钟】 一、创设真实情境，激发探究兴趣 （一）、播放视频引入生活问题
教师播放一段城市交通监控视频：一辆轿车在雨天刹车时滑行距离明显长于晴天，最终险些追尾前车。视频定格在“刹车痕迹”画面上，引导学生观察并思考：
“为什么雨天刹车距离更长？这背后隐藏着怎样的物理原理？”
接着展示一组数据：某型号汽车在干燥路面刹车加速度可达6 m/s ，而在湿滑路面仅为3 m/s 。若汽车以72 km/h（即20 m/s）行驶，分别计算两种情况下刹车距离。
教师引导学生回忆匀变速直线运动公式v = v + 2ax，代入数据得出：干燥路面刹车距离约33.3米，湿滑路面则长达66.7米——整整多出一倍！
此时教师提出：“加速度为何会变化？是谁在‘控制’这个加速度？”自然引出“合外力决定加速度”的核心思想，为牛顿第二定律的应用埋下伏笔。
（二）、回顾知识链条，构建思维桥梁
教师在黑板上绘制思维导图框架：“运动”与“力”两大分支。
提问：“我们学过哪些描述运动的物理量？”学生回答后，教师板书：位移x、速度v、加速度a。
再问：“哪些力会影响物体的运动状态？”引导学生说出重力、弹力、摩擦力等，并强调“合外力ΣF”。
最后，教师用红色粉笔将“加速度a”与“合外力ΣF”用箭头连接，并写下F = ma，强调：“这就是连接‘力’与‘运动’的桥梁——牛顿第二定律。”
过渡语：“今天，我们就踏上这座桥梁，去看看它是如何帮助我们破解现实世界中的运动之谜的。” 1. 思考雨天刹车距离变长的原因。
2. 参与讨论，尝试用已有知识解释现象。
3. 回忆运动学公式，参与计算刹车距离。
4. 跟随教师回顾知识，建立力与运动的联系。
评价任务 现象解释：☆☆☆
公式应用：☆☆☆
概念关联：☆☆☆
设计意图 通过贴近生活的交通事故视频，创设真实问题情境，激发学生探究欲望。利用数据对比引发认知冲突，凸显加速度的重要性。通过思维导图梳理已有知识，明确本节课的知识锚点，帮助学生建立“力—加速度—运动”的整体认知框架，实现从现象到本质的思维跃迁。
新知探究
【15分钟】 一、典例剖析：水平面上的匀加速运动 （一）、呈现例题，引导审题建模
教师投影出示例题：
“质量为5 kg的物体静止在水平地面上，受到一个与水平方向成37°斜向上的拉力F = 50 N作用，物体与地面间的动摩擦因数μ = 0.4。求物体的加速度大小。（sin37° = 0.6，cos37° = 0.8，g = 10 m/s ）”
教师引导学生逐句分析：“物体初始状态如何？受哪些力？哪些是已知量？要求什么？”
强调建模步骤：① 明确研究对象；② 分析受力；③ 建立坐标系；④ 正交分解；⑤ 列牛顿第二定律方程。
教师示范画出受力示意图：重力mg竖直向下，支持力N竖直向上，拉力F斜向上37°，摩擦力f水平向左。
（二）、分步讲解，强化思维训练
教师带领学生建立直角坐标系：x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向。
进行正交分解：将拉力F分解为Fx = Fcos37° = 50 × 0.8 = 40 N（水平向右），Fy = Fsin37° = 50 × 0.6 = 30 N（竖直向上）。
在y方向上，物体无竖直加速度，故合力为零：N + Fy = mg → N = mg - Fy = 5×10 - 30 = 20 N。
接着求滑动摩擦力：f = μN = 0.4 × 20 = 8 N。
在x方向上，合外力为Fx - f = 40 - 8 = 32 N。
根据牛顿第二定律：a = ΣFx / m = 32 / 5 = 6.4 m/s 。
教师强调：“加速度的方向由合外力方向决定，此处为水平向右。”
最后总结解题流程：“一画（受力图）、二分（正交分解）、三列（方程）、四算（结果）。” 1. 阅读例题，提取关键信息。
2. 观察教师示范，学习受力分析方法。
3. 跟随教师思路，参与计算过程。
4. 理解并记忆解题步骤。
评价任务 建模能力：☆☆☆
分解准确：☆☆☆
方程正确：☆☆☆
设计意图 通过典型例题的完整示范，系统展示应用牛顿第二定律解题的标准流程。教师边讲边画，突出受力分析与正交分解的关键环节，帮助学生克服空间想象与矢量处理的困难。通过分步推进，降低认知负荷，使学生在模仿中掌握科学思维方法，逐步形成规范的解题习惯。
合作探究
【12分钟】 一、小组协作，攻克斜面难题 （一）、布置任务，明确探究目标
教师投影出示合作探究题：
“一个质量为2 kg的滑块从倾角为37°的光滑斜面顶端由静止释放，斜面长为5 m。求滑块滑到底端时的速度。（sin37° = 0.6，cos37° = 0.8，g = 10 m/s ）”
将全班分为8个小组，每组4人，要求在8分钟内完成以下任务：
① 画出滑块的受力示意图；
② 建立合适的坐标系（建议x轴沿斜面向下）；
③ 进行力的分解，列出牛顿第二定律方程；
④ 求出加速度a；
⑤ 结合运动学公式求末速度v。
教师巡视各组，重点关注学生是否正确分解重力，是否理解“光滑”意味着无摩擦力，是否能将加速度与位移联系起来。
（二）、展示交流，深化理解
随机选取两组代表上台展示解题过程。
第一组学生板书：重力mg分解为沿斜面向下的分力mgsinθ和垂直斜面的分力mgcosθ；支持力N与mgcosθ平衡；合外力为mgsinθ = 2×10×0.6 = 12 N；加速度a = F/m = 12/2 = 6 m/s ；由v = 2ax得v = √(2×6×5) = √60 ≈ 7.75 m/s。
教师点评：“思路清晰，分解正确，计算准确！”
第二组提出不同看法：“能否直接用能量守恒？”教师肯定其思维拓展：“很好！这是后续要学的能量方法，但现在我们要专注动力学路径。”
教师总结：“斜面上物体的加速度a = gsinθ，仅由倾角决定，与质量无关——这就是伽利略比萨斜塔实验的深层含义。” 1. 小组分工，合作完成受力分析与计算。
2. 讨论坐标系选择与力的分解方式。
3. 推选代表展示解题过程。
4. 倾听他人思路，参与课堂交流。
评价任务 合作参与：☆☆☆
模型正确：☆☆☆
结果准确：☆☆☆
设计意图 通过小组合作探究，让学生在真实的问题解决中主动建构知识。斜面问题具有代表性，能有效训练学生对坐标系旋转与重力分解的理解。展示环节促进思维碰撞，教师适时引导，既肯定创新思维，又紧扣本课主题。通过合作学习，提升学生的沟通能力与团队意识，实现知识、能力、情感的协同发展。
实验验证
【8分钟】 一、动手操作，感受定律真谛 （一）、演示实验，直观呈现规律
教师演示“小车-滑轮-砝码”系统实验：
将一辆质量已知的小车置于光滑轨道上，通过细绳跨过定滑轮连接砝码盘。不断增加砝码质量，观察小车加速度的变化。
使用光电门与数字计时器测量小车通过固定距离的时间，计算加速度。
教师记录多组数据（合外力F与加速度a），并在投影上实时绘制F-a图像，显示为一条过原点的直线，验证F ∝ a。
再保持拉力不变，增加小车质量，重复实验，绘制a-1/m图像，同样呈线性关系，验证a ∝ 1/m。
（二）、引导观察，提炼物理本质
教师提问：“图像为什么是直线？斜率代表什么？”
引导学生回答：“说明合外力与加速度成正比。”
“斜率越大，说明什么？”
学生思考后答：“质量越小，加速度越大。”
教师总结：“实验再次证明F = ma不是抽象公式，而是自然界的真实写照。正如爱因斯坦所说：‘宇宙最不可理解之处，就在于它是可以理解的。’我们正一步步揭开它的面纱。” 1. 观察实验装置与操作过程。
2. 记录实验数据，关注图像变化。
3. 思考图像意义，参与问题回答。
4. 理解实验结论与定律的关系。
评价任务 观察能力：☆☆☆
数据分析：☆☆☆
规律提炼：☆☆☆
设计意图 通过经典实验的直观演示，将抽象的定律转化为可感知的现象，增强学生的感性认识。实时绘图技术使规律可视化，帮助学生理解正比与反比关系。通过提问引导学生从现象走向本质，培养科学探究素养。实验不仅是验证，更是激发敬畏之心——对自然规律的敬畏，对科学精神的敬仰。
课堂总结
【5分钟】 一、升华主题，启迪人生 （一）、结构化回顾知识脉络
教师带领学生回顾本节课三大环节：
“我们从雨天刹车的距离之谜出发，认识到加速度是连接力与运动的桥梁；
通过水平拉力与斜面滑块两个典型问题，掌握了‘画—分—列—算’四步解题法；
又通过实验亲眼见证了F、m、a三者之间的定量关系。”
板书核心公式F = ma，并标注“瞬时性、矢量性、同体性”三个关键词。
（二）、情景化升华科学精神
教师深情讲述：“三百多年前，牛顿在苹果树下思索，最终揭示了支配天体与尘埃的同一法则。今天，我们每个人都在用自己的方式‘发现苹果’——也许是解出一道难题，也许是看懂一次刹车。
物理不只是公式与计算，它是一种思维方式，一种探索世界的态度。
就像伽利略坚持‘地球仍在转动’，开普勒在病痛中计算行星轨道，科学的进步从来离不开执着与勇气。
愿你们在未来的人生道路上，也能像研究物理一样，面对复杂问题时条分缕析，遭遇阻力时坚持不懈，始终保持一颗好奇而理性的心——因为每一个认真思考的年轻人，都是未来的科学家。” 1. 跟随教师回顾本课主要内容。
2. 理解解题方法的系统性。
3. 感受物理学科的人文价值。
4. 思考科学精神的现实意义。
评价任务 知识梳理：☆☆☆
方法掌握：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+情景化”双线总结，既巩固知识体系，又提升情感价值。通过回顾三大教学环节，强化学习路径记忆。引用科学史故事，将物理定律与人类探索精神相联系，赋予课堂更深的文化内涵。结尾寄语激励学生将科学思维迁移到生活，实现从“学物理”到“做有思想的人”的升华。
作业设计
一、基础巩固题
1. 质量为10 kg的物体在水平拉力作用下从静止开始做匀加速直线运动，4秒内位移为32米。若物体与地面间动摩擦因数为0.2，求拉力大小。（g = 10 m/s ）
2. 一个物体沿倾角为30°的斜面下滑，加速度为4 m/s 。求物体与斜面间的动摩擦因数。（sin30° = 0.5，cos30° = √3/2 ≈ 0.866，g = 10 m/s ）
二、能力提升题
3. 如图所示，质量为m = 2 kg的物体A通过轻绳跨过光滑定滑轮与质量为m = 3 kg的物体B相连，B置于水平地面上。系统由静止释放，求A的加速度及绳中张力。（忽略滑轮质量与空气阻力）
4. 阅读材料：航天员在火箭发射升空过程中会承受数倍于体重的“过载”。若某火箭以8 m/s 的加速度竖直上升，求质量为70 kg的航天员对座椅的压力。（g = 10 m/s ）并思考：这种现象体现了牛顿第几定律？
【答案解析】
一、基础巩固题
1. 解：由x = at 得a = 2x/t = 2×32/16 = 4 m/s ；
f = μmg = 0.2×10×10 = 20 N；
由F - f = ma得F = ma + f = 10×4 + 20 = 60 N。
2. 解：沿斜面方向：mgsinθ - f = ma；
垂直斜面：N = mgcosθ；
f = μN = μmgcosθ；
代入得：gsinθ - μgcosθ = a → 10×0.5 - μ×10×0.866 = 4 → 5 - 8.66μ = 4 → μ ≈ 0.115。
二、能力提升题
3. 解：对整体：m g - m g = (m + m )a → a = (30 - 20)/5 = 2 m/s ；
对A：T - m g = m a → T = 20 + 4 = 24 N。
4. 解：由N - mg = ma → N = m(g + a) = 70×(10 + 8) = 1260 N；
体现了牛顿第二定律，说明支持力大于重力时产生向上加速度。
板书设计
牛顿运动定律的应用
【主标题】F = ma —— 力与运动的桥梁
【左侧】知识结构：
力 → 加速度 → 运动
受力分析 → 正交分解 → 列ΣF=ma → 联立运动学公式
【中间】核心公式：
F = ma
特点：瞬时性、矢量性、同体性
【右侧】解题四步法：
一画（受力图）
二分（正交分解）
三列（动力学方程）
四算（结果验证）
【底部】典型模型：
→ 水平拉力：Fcosθ - f = ma
→ 斜面下滑：mgsinθ - f = ma
→ 连接体：整体法与隔离法
教学反思
成功之处
1. 以“雨天刹车”真实情境导入，有效激发学生兴趣，实现从生活到物理的自然过渡。
2. 采用“教师示范—小组探究—实验验证”递进式教学结构，兼顾知识传授与能力培养，学生参与度高。
3. 板书设计层次清晰，突出思维路径与解题方法，有助于学生构建系统认知。
不足之处
1. 合作探究环节时间略紧，部分小组未能充分讨论，今后可适当延长或提前分发学案。
2. 对学困生的个别指导不够，个别学生在正交分解时仍存在方向混淆问题。
3. 实验环节因设备限制未能让学生亲手操作，影响体验感，后续应增加学生动手实验机会。