主题单元设计——牛顿运动定律
主题单元标题
牛顿运动定律
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适用年级
高一年级
所需时间
4课时（每周 2 课时，共 4 课时）
主题单元概述 (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。
本章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、认识运动状态的改变是指速度的改变，速度的改变包括速度大小和速度方向的改变
2、理解力是产生加速度的原因
3、理解质量是惯性大小的量度
4、通过演示实验认识加速度与质量和和合外力的定量关系
5、会用准确的文字叙述牛顿第二定律并掌握其数学表达式
6、通过加速度与质量和和合外力的定量关系，深刻理解力是产生加速度的原因这一规律
7、认识加速度方向与合外力方向间的矢量关系，认识加速度与和外力间的瞬时对应关系
8、 能初步运用运动学和牛顿第二定律的知识解决有关动力学问题
9、会用准确的文字叙述牛顿第三定律
10、能区分相互平衡的两个力与一对作用力、反作用力
11、掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法，学会用牛顿运动定律和运动学公式解决力学问题
过程与方法：
1、培养学生严谨的逻辑推理能力；通过对大量实例的分析，培养学生归纳、综合能力
2、通过演示实验及数据处理，培养学生观察、分析、归纳总结的能力；通过实际问题的处理，培养良好的书面表达能力
3、培养学生审题能力、分析能力、利用数学解决问题能力、表述能力
情感态度与价值观：
1、 善于思考、善于总结，把物理与实际生活紧密结合
2、 培养认真的科学态度，严谨、有序的思维习惯
3、与实际问题相结合，培养学习兴趣
4、培养严谨的科学态度，养成良好的思维习惯
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、为什么说力不是产生运动的原因？亚里士多德的观点错在哪里？
2、惯性大小为什么与速度无关？只与质量有关？
3、怎么理解控制变量法？实验中为什么要求小车质量远大于重物质量？
4、已知物体的受力情况，如何确定物体的运动情况？已知物体的运动情况，如何确定物体的受力情况？
5、牛顿运动定律的适用范围是什么？
6、怎么区分相互平衡的两个力与一对作用力、反作用力？
专题划分
专题一：牛顿第一定律（1 课时）
专题二： 牛顿第二定律（ 2 课时）
专题三： 牛顿第三定律（ 1 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)
本节主要要讲清三个问题：物体运动状态由哪个物理量来标志，什么能说明物体运动状态改变了；力是改变物体速度的原因，那么力就是物体产生加速度的原因；为什么说质量是惯性大小的量度．
本专题学习目标 （描述本专题学习所要达到的主要目标）
1、认识运动状态的改变是指速度的改变，速度的改变包括速度大小和速度方向的改变
2、理解力是产生加速度的原因
3、理解质量是惯性大小的量度
4、培养学生严谨的逻辑推理能力；通过对大量实例的分析，培养学生归纳、综合能力
5、 善于思考、善于总结，把物理与实际生活紧密结合
本专题问题设计
1、亚里士多德对运动的认识是什么？伽利略的认识怎样？
2、为什么说力不是产生运动的原因？亚里士多德的观点错在哪里？
3、理想斜面实验理想在什么地方？这是一种什么样的思维方法？
4、惯性大小为什么与速度无关？只与质量有关？
5、牛顿第一定律的具体表述是什么？
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
电子白板 PPT 学生电脑
常规资源
学案导学
教学支撑环境
多媒体实验室
其 他
学习活动设计（描述本专题的学习过程和学习活动）
第一课时
活动一、力是产生加速度的原因
1、描述物体运动状态的物理量是什么？ 速度
2、物体的运动状态变化指的是什么？速度的变化（包括大小和方向）
注意：象物体做沿同一直线的往复运动，或沿曲线转弯等运动时，只要其速度方向变化，物体的运动状态就要发生变化，此时物体将具有加速度．
力是改变物体速度的原因——→力是改变物体运动状态的原因
3、力是产生加速度的原因
4、上节课所举的部分例子重新分析
活动二、质量是物体惯性大小的量度
1、分析：
力是改变物体速度的原因、惯性是物体保持原来速度的性质——→讨论物体惯性大小的方法是在相同力的作用下，对比产生加速度的大小．产生加速度越大，表示物体惯性越小 ．
2、举例分析：见书49页的例子．
3、分组讨论，得出结论：质量是物体惯性大小的量度．
4、惯性的利与弊：让学生看书并讨论
教学评价
（列举本专题中要评价的学习要素和所使用的评价工具或方法）
1、呈现牛顿第一定律的发现历程的提纲
2、语言流畅、思路清晰的复述牛顿第一定律
?3、探究活动 题目：生活中的惯性现象 组织：小组或个人 方案：搜集“生活中的惯性现象”的示例并加以分析和评价，写出小论文． 评价：可锻炼学生的观察能力，分析、表达能力．
专题二
牛顿第二定律
所需课时
2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)
1、通过演示实验，利用控制变量的方法研究力、质量和加速度三者间的关系：在质量不变的前题下，讨论力和加速度的关系；在力不变的前题下，讨论质量和加速度的关系． 2、利用实验结论总结出牛顿第二定律：规定了合适的力的单位后，牛顿第二定律的表达式从比例式变为等式． 3、进一步讨论牛顿第二定律的确切含义：公式中的 表示的是物体所受的合外力，而不是其中某一个或某几个力；公式中的 和 均为矢量，且二者方向始终相同，所以牛顿第二定律具有矢量性；物体在某时刻的加速度由合外力决定，加速度将随着合外力的变化而变化，这就是牛顿第二定律的瞬时性．
4、总结受力分析的方法，让学生能够正确、快速的对研究对象进行受力分析． 5、强调解决动力学问题的一般步骤是：确定研究对象；分析物体的受力情况和运动情况；列方程求解；对结果的合理性讨论．要让学生逐步习惯于对问题先作定性和半定量分析，弄清问题的物理情景后再动笔算，并养成画情景图的好习惯． 6、根据学生的实际情况，对这部分内容分层次要求，即解决两类基本问题——→解决斜面问题——→较简单的连接体问题，建议该节内容用2－3节课完成．
本专题学习目标 （描述本专题学习所要达到的主要目标）
1、通过演示实验认识加速度与质量和和合外力的定量关系
2、会用准确的文字叙述牛顿第二定律并掌握其数学表达式
3、通过加速度与质量和和合外力的定量关系，深刻理解力是产生加速度的原因这一规律
4、认识加速度方向与合外力方向间的矢量关系，认识加速度与和外力间的瞬时对应关系
5、 能初步运用运动学和牛顿第二定律的知识解决有关动力学问题
6、通过演示实验及数据处理，培养学生观察、分析、归纳总结的能力；通过实际问题的处理，培养良好的书面表达能力
7、培养认真的科学态度，严谨、有序的思维习惯
本专题问题设计
1、怎么理解控制变量法？实验中为什么要求小车质量远大于重物质量？
2、牛顿是怎样研究加速度与力、质量的关系的？
3、牛顿第二定律的内容是什么？如何理解这一定律？
4、牛顿第二定律的数学表达式是什么？
5、已知物体的受力情况，如何确定物体的运动情况？已知物体的运动情况，如何确定物体的受力情况？
6、牛顿运动定律的适用范围是什么？
7、力学单位制的基本单位有哪些？导出单位有哪些？
8、应用牛顿运动定律解题的步骤是什么？
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
电子白板 PPT 学生电脑
常规资源
学案导学
教学支撑环境
多媒体实验室
其 他
学习活动设计（描述本专题的学习过程和学习活动）
第一课时
活动一、加速度、力和质量的关系
介绍研究方法（控制变量法）：先研究在质量不变的前题下，讨论力和加速度的关系；再研究在力不变的前题下，讨论质量和加速度的关系．介绍实验装置及实验条件的保证：在砝码质量远远小于小车质量的条件下，小车所受的拉力才近似地认为等于砝码的重力．介绍数据处理方法（替代法）：根据公式 可知，在相同时间内，物体产生加速度之比等于位移之比．
以上内容可根据学生情况，让学生充分参与讨论．本节书涉及到的演示实验也可利用气垫导轨和计算机，变为定量实验．
1、加速度和力的关系
做演示实验并得出结论：小车质量 相同时，小车产生的加速度 与作用在小车上的力 成正比，即 ，且 方向与 方向相同．
2、加速度和质量的关系
做演示实验并得出结论：在相同的力F的作用下，小车产生的加速度 与小车的质量 成正比．
活动二、牛顿第二运动定律（加速度定律）
1、实验结论：物体的加速度根作用力成正比，跟物体的质量成反比．加速度方向跟引起这个加速度的力的方向相同．
2、力的单位的规定：若规定：使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力叫1N．则公式中的k ＝1．（这一点学生不易理解）
3、牛顿第二定律：
物体的加速度根作用力成正比，跟物体的质量成反比．加速度方向跟引起这个加速度的力的方向相同．
数学表达式为： ．或
4、对牛顿第二定律的理解：
（1）公式中F是指物体所受的合外力．
举例：物体在水平拉力作用下在水平面上加速运动，使物体产生加速度的合外力是物体
所受4个力的合力，即拉力和摩擦力的合力．（在桌面上推粉笔盒）
（2）矢量性：公式中的a 和F 均为矢量，且二者方向始终相同．由此在处理问题时，由合外力的方向可以确定加速度方向；反之，由加速度方向可以找到合外力的方向．
（3）瞬时性：物体在某时刻的加速度由合外力决定，加速度将随着合外力的变化而变化．
举例：静止物体启动时，速度为零，但合外力不为零，所以物体具有加速度．
汽车在平直马路上行驶，其加速度由牵引力和摩擦力的合力提供；当刹车时，牵引力突然消失，则汽车此时的加速度仅由摩擦力提供．可以看出前后两种情况合外力方向相反，对应车的加速度方向也相反．
（4）力和运动关系小结：
物体所受的合外力决定物体产生的加速度：
当物体受到合外力的大小和方向保持不变、合外力的方向和初速度方向沿同一直线且方向相同——→物体做匀加速直线运动
当物体受到合外力的大小和方向保持不变、合外力的方向和初速度方向沿同一直线且方向相反——→物体做匀减速直线运动
以上小结教师要带着学生进行，同时可以让学生考虑是否还有其它情况，应满足什么条件．
第二课时：
活动一、受力分析方法小结
通过基本练习，小结受力分析方法．（让学生说，老师必要时补充）
1、练习：请对下例四幅图中的A、B物体进行受力分析．
答案：
2、受力分析方法小结
（1）明确研究对象，把它从周围物体中隔离出来；
（2）按重力、弹力、摩擦力、外力顺序进行受力分析；
（3）注意：分析各力的依据和方法：产生条件；物体所受合外力与加速度方向相同；分析静摩擦力可用假设光滑法．
不多力、不丢力的方法：绕物一周分析受力；每分析一力均有施力物体；合力、分力不要重复分析，只保留实际受到的力．
活动二、动力学的两类基本问题
1、已知物体的受力情况，确定物体的运动情况．
2、已知物体的运动情况，确定物体的受力情况．
3、应用牛顿运动定律解题的一般步骤：
选取研究对象；（注意变换研究对象）
画图分析研究对象的受力和运动情况；（画图很重要，要养成习惯）
进行必要的力的合成和分解；（在使用正交分解时，通常选加速度方向为一坐标轴方向，当然也有例外）
根据牛顿运动定律和运动学公式列方程求解；（要选定正方向）
对解的合理性进行讨论．
活动三、处理连接体问题的基本方法
1、若连接体中各个物体产生的加速度相同，则可采用整体法求解该整体产生的加速度．
2、若连接体中各个物体产生的加速度不同，则一般不可采用整体法．（若学生情况允许，可再提高观点讲）
3、若遇到求解连接体内部物体间的相互作用力的问题，则必须采用隔离法．
以上各问题均通过典型例题落实．
教学评价
（列举本专题中要评价的学习要素和所使用的评价工具或方法）
1、能处理牛顿第二定律实验数据，得出正确结论
2、利用牛顿第二定律解决简单计算题
3、记住力学单位制的基本单位
4、探究活动
题目：验证牛顿第二定律 组织：2－3人小组 方式：开放实验室，学生实验． 评价：锻炼学生的实验设计和操作能力
5、探究活动 题目：根据自己的学习情况，编一份有关牛顿运动定律应用的练习题． 题量：4－6道． 要求：给出题目详细解答，并注明选题意图及该题易错之处． 评价：可操作性、针对性，可调动学生积极性．
专题三
牛顿第三定律
所需课时
1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)
先通过大量的实例和分析，让学生再一次体会力是物体间的相互作用，建立作用力和反作用力的概念．然后通过小实验给出牛顿第三定律，并讨论牛顿第三定律在生活和生产中的广泛应用．
1、本节内容学生在初中已有一定基础．教学中要利用实验、视频资料或课件，多举例子，让学生观察、体会力是物体间的相互作用，并让学生描述物体间的相互作用，这样不仅锻炼了学生的口头表达能力，而且养成在分析问题时选取谁做研究对象的好习惯． 2、通过典型例子的分析，让学生总结出相互作用力与二力平衡的异同之处，能够很好的区别它们．
本专题学习目标 （描述本专题学习所要达到的主要目标）
1、会用准确的文字叙述牛顿第三定律
2、能区分相互平衡的两个力与一对作用力、反作用力
3、培养学生审题能力、分析能力、利用数学解决问题能力、表述能力
4、与实际问题相结合，培养学习兴趣
本专题问题设计
1、牛顿第三定律的内容是什么？如何理解？
2、怎么区分相互平衡的两个力与一对作用力、反作用力？
3、应用牛顿运动定律解题应注意什么？
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
电子白板 PPT 学生电脑
常规资源
学案导学
教学支撑环境
多媒体实验室
其 他
学习活动设计（描述本专题的学习过程和学习活动）
活动一、力是物体间的相互作用
1、举例并分析：
例1、实验：水槽中两个软木塞上的铁条和磁铁的相互作用．（视频资料）
问题：观察到什么现象？如何解释？（表述中要明确受力物和施力物）
例2、实验：坐在椅子上用手推桌子，会感觉到桌子也在推我们．（具体体验）
问题：感觉到什么？如何解释？（表述中要明确受力物和施力物）
让学生看书上的例子或举例．
2、作用力和反作用力的定义．
3、作用力和反作用力的关系：
实验：做书55页实验，读出弹簧秤示数，看两个弹簧秤示数是否相等？
结论：两个弹簧秤示数相等．改变手拉弹簧的力，两个弹簧秤示数也随着改变，但两个示数总相等．说明作用力和反作用力大小相等，方向相反．
活动二、牛顿第三定律（反作用定律）
1、牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上．用公式表示为
2、区分相互作用力与平衡力
例题：粉笔盒静止在讲台上．请分析粉笔盒受到哪几个力的作用？它们的反作用力是什么力？作用在谁身上？（画出示意图）
在学生能够正确回答后，继续提问：粉笔盒所受到的平衡力和粉笔盒与桌子间的相互作用力有什么共同特点？有什么不同点？（以上问题根据学生情况设问）
?
相同点
不同点
相互作用力
大小相等，方向相反，作用在一条直线上．
两力必性质相同；
同时出现，同时消失；
分别作用在两个物体上（互为施力物和受力物）；
与运动状态及参考系无关．
平衡力
同上．
性质可以不相同；
可以不同时消失；
同时作用在一个物体上；（研究对象）
3、牛顿第三定律在生活和生产中的应用：根据学生情况处理．
提供直升机螺旋桨转动的视频资料．
教学评价
（列举本专题中要评价的学习要素和所使用的评价工具或方法）
1、复述牛顿第三定律
2、探究活动 题目：如何在拔河比赛中获胜 组织：以自然组为小组 方式：研究方案并进行比赛 评价：可操作性、引起兴趣、与实际结合．
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