第四章 牛顿运动定律教材分析温州中学 罗纯一一、新、旧教材的对比1章节结构的对比：新 教 材 旧 教 材 第 四 章 牛 顿顿 运 动动 定 律 1 牛顿顿第一定律 第 三 章 牛 顿顿 运 动动 定 律 一、牛顿顿第一定律2 实验实验 ：探究加速度 与力、质质量的关系 二、物体运动动状态态 的改变变 3 牛顿顿第二定律 三、牛顿顿第二定律 4 力学单单位制 四、牛顿顿第三定律 5 牛顿顿第三定律 五、力学单单位制 6 用牛顿顿定律解决问问 题题（一）两类问题类问题六、牛顿顿运动动定律 的运用 两类问题类问题 7 用牛顿顿定律解决问问 题题（二）共点力的平 衡条件、超重和失重七、超重和失重*八、惯惯性系和非惯惯性系 九、牛顿顿运动动定律的适 用范围围2栏目、编写形式对比：新 教 材 旧 教 材 实实 验验 节标题为节标题为 “实验实验 ”（全体学生必 做实验实验 ） 探究加速度与力、质质量的关系（给给出“参考案例”） 实实 验验 学生实验实验 均安排在书书末 （本章无学生实验实验 ） 节节内的“实验实验 ”栏栏目随堂学 生实验实验 （每位学生均做）探究作用力与反作用力的关系 节节内的“实验实验 ”栏栏目演示实实 验验 用气垫导轨垫导轨 近似验证验证 伽利略的 斜面实验实验 研究牛顿顿第二定律研究作用力和反作用力的关系 做一做（拓展性的小实验实验 ） 用传传感器探究作用力与反作用力的关系 做一做（拓展性的小实验实验 ）观观察失重现现象 “问题问题 与练习练习 ”中的实验实验 性题题目 器材易获获得，难难度比“做一做”中 的低些 P.94 观观察和解释释水的失重现现象 没有安排 旁批 旁批 思考与讨论讨论 思考与讨论讨论 说说一说说（用自己的语语言解释释 或阐阐述某一问题问题 ） 质质量不同的物体，自由落体加速度 为为何相同？用单单位制的知识识判断 错误错误 的表达式牛顿顿第三定律与“掰掰腕子” 科学漫步（知识识拓展） 惯惯性参考系 用动动力学方法测质测质 量 阅读阅读 材料 用动动力学方法测质测质 量 失重和宇宙开发发 提示框 提示框 问题问题 与练习练习 练习练习 本章小结结、习题习题 二、总的感觉：1、结构方面： 基本沿用了原教材的结构和线索， 部分结构作了合理的调整 2、内容方面： 与原教材大体相同注重基础性 、连贯性和实践性 （1）加强了探究实验和新技术的 应用： 老教材本章没有设置学生分组实验 ，新教材专门列出一节探究性学生 实验；用传感器研究作用力与反作用力 的关系， 这是新技术在物理教学 中的应用 （2）“说一说”栏目的设置强调了 自主学习、合作学习、探究式学习3、理念方面：（1）重视“过程”目标的落实，重 视“情感”目标的体现，重视联系学 生生活、社会实践和现代科技 （2）重视对与物理有关的社会、 环境问题进行正确的判断和解决 的能力包括科学的情感、态度 和价值观等；（3）重视科学史的教育功能 （4）在课程实施上注重自主学习 ，提倡教学方式多样化三、教材分析和教学建议本章知识在高中物理中的地位本章是在“运动的描述”、“匀变速直线 运动的研究”和“相互作用”三章之后， 讲述牛顿运动第一、第二、第三定律 ，进一步揭示物体运动状态变化的原 因，探究力和物体运动的关系，探究 物体间相互作用的规律本章是学习 热学、电学等其他知识所必须掌握的 内容牛顿运动定律是经典力学的基 础学好本章知识，对于学好其余力 学知识以及整个物理学都有至关重要 的意义本章最基本的概念是物体的惯性， 牛顿第一、第二、第三定律是本章 的重点知识课标内容: 1.通过实验,探究加速度与物体质量 、物体受力的关系。 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.知道共点力的平衡条件。4.通过实验认识超重和失重现象5.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.教材分析和教学建议 ：第一节 ： 牛顿第一定律基本要求了解亚里士多德对力和运动关系的论述及存 在的错误 认识伽利略研究运动和力关系的思想方法， 了解理想实验的作用 知道 “速度”是描述物体运动状态的物理量 理解牛顿第一定律的内容，能够运用牛顿第 一定律解释有关现象 知道惯性是物体的固有属性，知道质量是物 体惯性大小的量度 运用惯性概念，解释有关实际问题 发展要求:区分运动学和动力学研究角度 的不同区分惯性系与非惯性系（科学 漫步中出现）说 明:不要求区分惯性质量与引力质量不要求分析非惯性系中的运动情况 重点:牛顿第一定律、惯性 难点:理想实验的推理过程;对牛顿第一定律的理解 关于理想实验的教学设计:给滑块一个水平的初速度,观察滑块 在水平气垫导轨上运动情况,利用光 电门和电子计数器可以测出滑块在运 动过程中速度几乎不变.再让学生思考：如果你是伽利略， 你将用什么方法证明亚里士多德的 观点是错误的？ 教材介绍及教学建议:一些人不重视牛顿第一定律的教学， 这里有两个原因，一是认为初中已经学过 ，二是认为牛顿第一定律实际上只是第二 定律的一个特例。针对这种情况，本书用 了较多的笔墨: 首先，学习牛顿第一定律不只要明白定 律本身说的是什么，还要了解人类进行 探究的历史，本书对此做了比较详细的 介绍。这种处理源于本书对过程与方法 的重视。 第二，指出牛顿第一定律在实际上定 义了一个参考系，在这样的参考系中 ，不受力的物体将这是牛顿时空 观的基础。为了强调第二点，本书还 引入了惯性参考系的概念。惯性系与 非惯性系的差别，不要由教师直接讲 述，应该让学生通过74页的“科学漫 步”自行得出。 对于惯性系和非惯性系，要求很低， 只要把“科学漫步”搞清楚就可以了 图2-4、 和B 第二节 实验： 探究加速度与力、 质量的关系基本要求 认识影响加速度的因素力和质量 通过实验测量加速度、力、质量，分 别作出加速度与力、加速度与质量的关 系图像 根据图像写出加速度与力、质量的关 系式 体会“控制变量法”对研究问题的意义发展要求:体验实验探究过程：明确实验目的 、分析实验思路、制定实验方案、得 出实验结论 初步认识数据处理时变换坐标轴的 技巧 初步了解将”不易测量的物理量转 化为可测物理量”的实验方法 会对实验误差作初步分析说 明:不要求运用a-F图像和a-1/m图像 分析与解决问题重点:探究加速度与力、 质量的关系难点:实验方案的确立、实验数据的分析教材介绍及教学建议:这是一节学生实验课，它的写法与 过去实验课的写法有很大的不同。 目的是为了让学生体会物理探究 过程中所用的科学方法书中没有给出确定的实验方案，要 学生自己设计，但是给出了实验的 基本思路：控制变量法学生在初 中已经接触过控制变量法，难度应 该不大 作为提示，书中还提醒注意两方面的 问题：（1）怎样测量（或比较）物体的 加速度：教材介绍了三种方法，教学中应鼓 励学生讨论各种方法，由学生作出 评估，然后归纳出可行的方案；（2）怎样提供和测量物体所受的恒 力：这里恒力是指物体受到的合力 ，用 教材推荐的方法时，可以告诉学生 ，只有在小盘和砝码的质量远小于 小车的质量时，才能将盘和砝码的 重力大小看作是使小车作匀加速运 动的合力的大小 作为进一步的提示，还给出了一个 案例，学生可以照办，这是最省事 的办法，也是最低的要求，但最好 能够自己设计出不同的方案。 参考案例中实验虽然比较简单， 但通、停时间比较难以控制，有 时需要演示几次才能成功。如可 设计成由电磁铁控制车的运动这个实验又一次要求用图象处理数据 ，即用曲线拟合测量点，找出规律。 比过去麻烦的是，从最初的图象看， a与m的关系不是简单的线性关系， 这就要尝试出 、 甚至 等的图象，寻找合适的拟合曲线。如 果用计算机来拟合就会方便得多，应 该鼓励学生课外试一试。 对于上述数据处理的方法书本有提 示。我们认为，象这种给学生一定 的自由度但又不撒手不管，这是提 高学生实验和探究能力的较好途径 值得注意的是，这节课所做的工作 不能叫做“探究牛顿第二定律”。牛顿定 律不是通过一两次实验就能探究出来的 ，它是大量事实的总结，包括对天体运 动的总结，而它的正确性更是由于其预 言与事实的一致性才得到确认。 另外,按照教材的参考案例进行实 验时，要注意：（1）铁夹的口要宽、弹力要大些（2）小车后的尼龙绳可略粗些，在 绳上可抹些松香以增大绳子与铁夹间 的摩擦力，以便使小车很快停住（3）可以将木板架成有适当倾角的 斜面，使小车重力沿斜面向下的分力 与摩擦力平衡，以减小求力的误差第三节 牛顿第二定律基本要求 掌握牛顿第二定律的内容和数学表达式 知道公式中F指的是物体所受的合外力， 知道加速度的方向与合外力的方向一致 知道力的单位“牛顿”的定义方法 根据牛顿第二定律进一步理解G=mg 运用牛顿第二定律，解决简单的动力学问 题发展要求：认识加速度与物体所受的合力之 间的关系（正比性、同体性、瞬时 性和矢量性）会用正交分解法和牛顿第二定律 解决实际问题说 明：连接体问题只限于各物体加速度 相同的情形重点与难点：理解牛顿第二定律的内容，用该 定律分析解决物理问题。教材介绍及教学建议:这一节主要有三个方面的内容1、牛顿第二定律（加速度的方向 可以提出来让学生讨论）2、力的单位3、例题（培养良好的审题和解题习 惯）例题1选取的是从物体的运动状态确 定受力，以及从受力情况确定物体的 运动状态的问题这是将运动学与动 力学相结合的典型问题因此，教学 中要引导学生重视题目的分析过程 例题2选取的是已知作用在物体上的两个力 ，求物体的加速度问题.目的是： （1）让学生理解这个加速度是由作用在物 体上的合力产生的要根据平行四边形定则 求出合力，然后再根据牛顿第二定律解出运 动物体的加速度值 （2）训练学生学会怎样 建立坐标系，如何恰当地选 择坐标轴的方向能够使问题 简化等本题实际上引入了 “正交分解法” 科学漫步科学漫步l不同于以前的阅读理解，引导思考，激发兴趣。宇宙飞船轨道对接需要指出的是，教材在牛顿第二定律 的内容表述中，并没有说“加速度的 方向跟作用力的方向相同”，只是在 例题2解答的最后提了一句“加速度的 方向与F合方向相同”，教学中应该补 充强调牛顿第二定律的矢量性 牛顿第二定律的瞬时性问题，也可 以举一些实例加以说明. 例如：用12N的恒定拉力，竖直向上 拉质量为1kg的物体，求物体加速度 的大小和方向如果突然撤去这个 拉力，物体加速度的大小和方向又 如何？物体将怎样运动？第四节 力学单位制基本要求 知道物理公式既确定物理量之间的 关系，又确定物理量单位间的关系 知道什么是基本单位、导出单位和 单位制 了解国际单位制的基本单位，知道 国际单位制中力学的三个基本单位 认识单位制在物理学中的重要意义 ，知道中学物理计算中都采用国际单 位制的单位发展要求会利用物理公式得出单位之间 的关系 根据物理量单位之间的关系， 判断运算表达式是否错误说明不介绍其他单位制由于在牛顿第二定律中规定了力 的单位，所以力学单位制安排在牛顿 第二定律的后面了，这是新教材与原 教材章节安排上的一个区别 这节的教学思路与过去大致一样 ，学过之后，解题过程中就可以不把 单位写在算式里了。但这不是本节的 主要教学目的。通过这节的学习，学 生应该体会到，物理量是由数值和单 位两部分组成的，二者缺一不可。运 算时，数值有加减乘除，单位也要参 加运算，只是在一定的单位制中我们 可以事先知道单位运算的结果，所以 运算过程可以省略。 另外，还可以向学生介绍正确使用物 理量单位的重要性. STS