《用牛頓運動定律解決問題(二)》教學設計

江志強 江 翠

(新疆農業大學附屬中學 新疆烏魯木齊 830000)

教材分析：1.教材地位：這一節內容屬于牛頓運動定律的最后一節，起到總結作用，指導學生處理較復雜的運動學問題，緊扣力和運動的關系，讓學生理解和感受這種思維的過程；2.教材目的：從生活中的運動實例到科學的理論分析，再到生活中的應用，讓學生能夠應用所學的物理知識解釋和解決現實問題，體會物理在生活中的應用，感受學習物理是有用的。

學情分析：1.知識準備：學生已經學習了運動學、力學和牛頓三大運動定律的內容；2.能力準備：可以分析和解決一些簡單的力和運動的問題。

一、教學目標

1.知識與技能：(1)學生能運用牛頓運動定律解決較復雜的運動學問題；(2)學生能理解物理學中超重、失重現象的含義，能運用牛頓運動定律對超重、失重進行定量計算，并能闡明一些簡單的相關現象；(3)學生能處理以自由落體為基礎的豎直方向的運動學相關問題。

2.過程與方法：(1)通過實驗，讓學生體驗什么是超重、失重，并通過測量，定量研究力和運動的關系。找到超重、失重的本質，培養學生的物理思維；(2)通過運動研究受力情況，通過受力情況研究運動，a是聯系。核心是：F合決定物體的運動狀態。

3.情感態度與價值觀：學生通過體驗、探究、小組討論獲得的物理知識，可以解決生活中的問題。我們要讓學生感受物理思維的過程，了解物體運動的本質，再回歸生活，幫助學生更好地適應生活，讓學生感覺到物理是很有用的。

4.教學重點：超重、失重；教學難點：用牛頓運動定律來處理較復雜的運動學問題。

5.教學方法：演示實驗、自主體驗、小組合作、探究。

6.教學儀器：體重計、重錘、細線、飲料瓶(含有紅墨水的水)、紙團和小鎖。用細線連接學生實驗的儀器：彈簧秤、勾碼。

二、教學過程

1.演示實驗：(1)我們把用細線連接的紙團和小鎖舉起來，中間的細線處于松弛狀態，紙團在下方，小鎖在上方。提問：如果兩手同時松開，中間的細線是否會繃緊？然后做演示實驗，如果有學生說沒有看清楚，就再演示一遍。

(2)教師提問：為什么？學生會有各種的解釋。不給予過多的評價，學習完今天的新課我們就能知道為什么了，開始我們今天的新課。

找一個學生協助實驗，讓該學生站在體重計上，并同時對體重計的示數進行投屏。首先，該生站好不動，提醒其他的學生注意體重計的示數；其次，該生猛地下蹲，讓其他的學生注意觀察體重計的示數變化；再來一遍，加深印象，再次注意示數變化。

2.提問：該生的體重是多少？為什么不說下蹲過程的示數？示數為什么會變？重力變了？示數是什么？較輕物體的重力，我們用彈簧測力計進行測量，示數是拉力；提出示重的概念，即物體對外向下的壓力或拉力；提問：體驗的學生有沒有感覺自己變輕了或者變重了？坐電梯時是否有這種感受？演示實驗：細線吊著重錘，先靜止，再猛地提起，細線斷裂。提問：細線為什么會斷？為什么細線上力變大了？物體變重了？

定義：超重：示重>重力；失重：示重<重力

3.學生實驗：你們自己做做，在什么情況下 感覺物體會變重或者變輕，探究超重、失重的條件，實驗并完成表格：

?

在什么運動中引導學生提出a(從運動到a到F)

★物體的運動狀態由F合決定，所以我們要對物體受力分析

根據牛頓第三運動定律：示重=對物體的拉力或支持力，即：物體對外的壓力或拉力等于物體受到的支持力或拉力。

由上表可知：F合>G時，即當a的方向向上時，物體處于超重狀態；物體對外向下的力F>G就叫超重，根據牛頓第三運動定律物體受到向上的力F> G

受力分析方程：

超重：F拉-G=ma 失重：G-F合=ma

提問：當a=g方向向下，物體受到的拉力或支持力等于多少？完全失重的概念：F支=0，沒有力支持物體，物體對外的壓力為0。

解釋開篇的演示實驗，紙團和小鎖處于完全失重的狀態，對外的作用力為0。所以，細線處于松弛狀態。

學生實驗：用彈簧秤吊著勾碼，然后松手，觀察彈簧秤的示數變化。提問：火箭在把載人衛星送進太空的過程處于什么狀態？我們怎么辦？(圖片：宇航員平躺，脖子底下要墊東西)在太空中運行時處于什么狀態？我們怎么辦？(圖片：水滴是球形，喝水吃飯要擠壓)

演示實驗：把下端開有小孔的裝有紅墨水的飲料瓶拿在手中(紅色比較醒目，便于學生觀察)，水從下端的小孔中流出，做平拋運動，水流出由于液體壓強的作用。

提問：如果松手，會發生什么現象？為什么？如果向上拋出，會發生什么現象？為什么？

水不流出。對小孔內邊的水受力分析，在拋出后，水處于完全失重狀態，此處的液體壓強為0，內外都為大氣壓強，F合=0。所以，水不流出。

提問：自由松手后，飲料瓶做什么運動？自由落體的條件？做什么運動由什么決定？

F合決定做什么運動，對物體受力分析

提問：向上拋出物體做什么運動？a=？處于超重、還是失重狀態？

【例題】以10m/s的速度從拋出點豎直向上拋出一個物體，空氣阻力可以忽略，分別計算0.6s、1.6s后物體的位置。

分析：力——物體運動過程中只受重力，加速度為g，大小方向都不變；

運動——初速度方向與加速度方向都沿豎直方向，方向相反，物體做勻減速直線運動，可用勻變速直線運動的規律求解。

怎樣能夠準確地描述出物體在某時刻的位置？——建立坐標系：選擇原點、正方向。

解答：以拋出點為原點，豎直向上建立坐標系

根據勻變速直線運動的位移與時間的關系可以得到：

拋出0.6s后物體位于拋出點以上4.2m的位置，1.6s后位于拋出點以上3.2m的位置。

討論結果：為什么1.6s時的位置反而比0.6s時更低？

拓展：請畫出豎直上拋的圖像

如果空氣阻力不能忽略，圖像是怎樣的?

三、教學反思

本節課在設計上有以下優點：1.超重、失重是學生比較容易搞混淆的問題，實際日常生活中的實例比較多，因此在教學設計時從實例和生活中舉例，學生就有了切實的感受。這樣，學生從感受到探究，再到感知的過程就更容易了；2.本節課中的演示實驗，都很容易制作和操作，趣味性高，能夠很好地引起學生的興趣；3.實驗雖然簡單，但能讓學生通過親身體驗對超重、失重從定性的認識過程到定量認識的過程。本節課要注意的是，立足點一定要落在牛頓運動定律上。