第二单元 相互作用与牛顿运动定律-高中物理单元教学设计

>> 032 　高中物理单元教学设计　 【单元教学设计】 1. 单元素养目标 第二单元的素养目标如表 2-1 所示。 表2-1　第二单元素养目标 教学内容 核心素养目标 物理 观念 重力、弹力、摩擦力、牛顿第三定律 学生建立运动与相互作用观，学生能对物 体的受力做出正确的分析，是解决关于共 点力的运动与相互作用问题的基础环节 力的合成和分解、共点力的平衡 学生能够建立相互作用的各物理量之间的 定量关系，能列出共点力平衡的计算式 牛顿第一定律、牛顿第二定律 学生能够建立运动与力的关系，能列出牛 顿第二定律的计算式 科学 思维 弹簧弹力与形变量的关系、滑动摩擦 力与动摩擦因数的关系、作用力与反 作用力的关系、二力合成的平行四边 形定则 学生能够提升演绎推理、推理论证、等效 替代等能力 把现实生活中的相关研究对象转换成 共点力作用物体模型 学生能够提升模型建构的能力 科学 探究 探究弹簧弹力与形变量的关系 通过对实验数据的处理和分析，学生能够 学会利用物理图像解释现象的能力，包括 建立坐标系、设计标度、描点、拟合、发 现规律、陈述结论等。 第二单元  相互作用与牛顿运动定律 徐小慧　刘  畅 033 << 续　表 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 教学内容 核心素养目标 科学 探究 探究两个互成角度的力的合成规律 学生能够学会对问题的可能性结论做出有 根据的假设 探究加速度与力和质量的关系 学生能够学会设计探究方案并实施，获取 数据后能灵活选取横坐标、纵坐标从而得 出结论 科学态度 与责任 对滑动摩擦力的定量探究、对二力合 成规律的探究、对作用力和反作用力 关系的研究、验证共点力的平衡实验 逐步形成对科学本质的认识，体会物理学 是基于人类有意识的探究而形成的对自然 现象的描述与解释。本单元旨在培养学生 实事求是的态度，对偏离实验预期的数据 也要如实记录的态度 共点力的平衡 本单元旨在让学生运用自己习得的知识正 确解决生活和社会中的实际问题，感悟从 生活到物理和从物理反作用于生活的思想， 增强学生的成就感和责任感 2. 学生情况分析 （1）物理观念方面：学生对重力、弹力、摩擦力有初步的认识，对物体间的相 互作用有定性了解，能够处理简单的二力平衡问题，初步接触了矢量概念，对牛顿 第一定律和牛顿第三定律有初步的了解。 （2）科学思维方面：学生已经在模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等 方面具备一定的素养和能力。 （3）科学探究方面：初中阶段的科学探究基本上是定性层面，定量实验较少且 不够充分。 （4）科学态度与责任方面：学生在初中阶段基本具备用物理知识解释生活中现 象的能力，对于物理学与生产、生活的紧密联系也有一定的体会。 【单元教学内容分析】 1. 单元地位 本单元出自普通高中《物理》教科书（人教版）必修第一册第三章和第四章。 本单元重点讲述的是物体之间的相互作用（重力、弹力、摩擦力等）以及相互作用 的规律。本单元是动力学的基础，通过本单元的学习，学生才能够处理在动力学中 有相互作用参与的问题。本单元先研究运动的受力情况，再去理解牛顿运动定律， 也就是解决为什么这样运动的问题。匀变速直线运动的学习为认识其他更复杂的运 >> 034 　高中物理单元教学设计　 动创造了条件。学生要先了解匀变速直线运动的规律，才能进一步学习平抛运动、 圆周运动和简谐运动的规律。由此可知，本章的知识是整个力学的基础。 2. 单元内容分析 （1）单元内容线索。第二单元的内容线索如图 2-1 所示。 图 2-1　第二单元内容线索 （2）单元内容进阶图。第二单元的内容进阶图如图 2-2 所示。 图 2-2　第二单元内容进阶图 >> 036 续　表 　高中物理单元教学设计　 层  级 单元任务 层级二 ：探究处理多种相互作用同时出现的 法则 任务四 ：拔河游戏决胜关键分析 任务五 ：多人如何配合完成打水任务 任务六 ：生活中的平衡问题 层级三 ：应用法则解决平衡问题 任务七 ：找到维持物体运动的原因 任务八 ：找到改变运动状态的原因 层级四 ：平衡问题向非平衡问题转变的初步 认识 任务九 ：运用牛顿运动定律解决飞行器的悬停、 定向飞行的问题 层级五 ：探究非平衡问题处理法则 任务十 ：如何能够保障冰壶停在预期的位置 任务十一 ：高山滑雪的坡度选择 任务十二 ：电梯运行特殊感受的原因 层级六 ：应用非平衡状态处理法则 任务十三 ：掌握飞行器的所需配件及相关参数 任务十四 ：组装飞行器实际飞行并改进  5 主题三　相互作用—力 3.1　重力与弹力（2课时） 孙珺珺 【设计理念】 本节是学生高中阶段第一次接触力学知识，因此教师要注重学生初高中知识的 衔接。重力与弹力的知识是后面学习力学和牛顿运动定律的基础，因此激发学生的 学习兴趣尤为重要。本节设定以下教学环节。 1. 教师从学生已有的知识出发，注重初高中知识的衔接。本节从学生已学 的力学知识出发，介绍了重力的产生原因、大小、方向等，又引入了重心的概念， 在学生初中阶段对重力认识的基础上，稍作变动，继续新的研究。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 037 << 2. 教师通过引入重心的概念，渗透等效代换的物理方法；通过活动设计使 学生感受实验，使学生对重力的认识更进一步。教师介绍生活的实例，不仅对 学生积极参与教学起到了良好的促进作用，同时使学生感知物理与生活息息相 关，激发学生学习物理的兴趣。 【教材分析】 重力、弹力是学生学习力学和牛顿运动定律的基础，是学生处理力学问题重要 的知识储备，因此本节内容至关重要。本节是学生高中阶段第一次接触力学知识， 因此本节对学生初高中知识的衔接至关重要。本节的概念比较多，拉力、压力和支 持力与弹力之间的内在联系，以及弹力的产生原因，这些对于学生来说存在一定难 度。因此在教学过程中教师要注重学生的真实感受，注重列举生活的实例，进而让 学生对重力及弹力的认识更进一步。 【学情分析】 学生在初中已经初步认识了重力、弹力，所以对于学习本节内容有一定的基础， 但是，本节的概念比较多，也包含学生力学部分的第一个探究性实验，因此学生在 学习时有一定难度。本节的矢量性对学生来讲存在一定的难度，重心的概念对学生 在实际应用时存在一定难度。学生对弹力有一定的认识，但是不知道拉力、压力和 支持力与弹力之间的内在联系，也不清楚弹力的产生原因，无法理解弹力的方向是 与物体形变方向相反的，因此在教学过程中教师要注重学生的感受，将微小形变进 行放大，利用实验探究弹簧弹力与形变量的关系，使学生进一步理解胡克定律，加 深学生对弹力的理解。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）学生能够知道重力的方向，以及重力的大小与物体质量的关系。 （2）学生能够理解弹力产生的原因和条件。 （3）学生能够知道胡克定律。 2. 科学思维 （1）本节通过重心概念的引入，渗透等效代换的物理思想。 （2）学生通过体验微小形变的存在，养成用放大的实验方法观察微小形变的实 验思想。 >> 038 　高中物理单元教学设计　 3. 科学探究 （1）学生通过探究活动，能够理解力的作用效果与力的大小、方向、作用点三 个因素有关。 （2）学生通过实验探究，学生能够了解物体的形变，从而认识弹力产生的条件。 4. 科学态度与责任 学生能够养成用科学的质疑态度去学习知识的习惯，善于在学习的过程中提出 问题并想办法解决问题。 【教学重点】 1. 力的概念、图示，以及力的作用效果。 2. 重力的概念。 3. 弹力大小的计算。 4. 实验设计与操作。 【教学难点】 1. 重心的概念和位置。 2. 弹力有无的判断和弹力方向的判断。 【教学方法】 讲授法、讨论法、演示法、归纳法、假设法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师演示小飞行器在空中的悬浮飞行。 教师提出问题：飞行器为什么会悬浮在空中？ 学生观察飞行器的飞行并思考。 2. 重力 （1）教师提问 1 ：苹果为什么会落到牛顿的头上？ 学生思考并受力分析。 教师通过具体实例分析，引出重力的概念。 教师讲授重力的概念，引导学生分析重力的施力物体和受力物体。 学生学习并思考。 教师重点提出重力不是地球对物体的吸引力。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 039 << （2）提问 2 ：如何测量重力的大小？重力的大小与什么因素有关？ 学生自主探究，利用不同方法探究重力的测量方法。 教师利用课本材料分析总结重力大小的决定因素。 学生动手实验并自主探究得到重力的测量方法。 学生分析总结思考得到重力大小的决定因素。 教师讲授重力的方向。 教师提问：重力的方向在生活中有什么应用？ 学生思考讨论。 学生利用生活中的实际应用加深学生对重力方向的认知。 教师提问：重力的作用点在哪？ 学生讨论并分析总结。 教师利用形状规则与形状不规则、质量分布不均匀的物体，让学生在讨论 中加深对重心概念的理解。 3. 弹力 教师提问：只识弯弓射大雕，弓箭是如何射出的呢？ 学生思考分析。 教师利用古诗词与物理相结合，让学生体会古诗词中的哲理，同时引出弹力的 概念。 学生讨论弹力的受力物体与施力物体。 4. 几种常见弹力方向的判定 教师引导学生判断不同接触方式下的弹力的有无及方向。 学生学习并思考判断，进行受力分析。 教师总结弹力方向判断的规律，如表 2-3 所示。 表2-3　弹力方向与接触方式的关系 接触方式 弹力方向 图  示 面与面 垂直于公共接触面 F F F1 F2 >> 040 续　表 　高中物理单元教学设计　 接触方式 弹力方向 图  示 点与面 过点垂直于面 F F F1 F2 点与点 垂直与切面 F F F1 F2 教师讲解并引导学生判断轻绳模型的弹力方向。 学生建立“轻绳”模型。 教师讲解并引导学生判断轻弹簧模型的弹力方向。 教师区分弹簧与轻绳的不同点。 教师讲解并引导学生判断轻杆模型的弹力方向。 学生建立“轻杆”模型。 5. 探究弹簧弹力与形变量的关系。 教师引导学生猜想弹簧弹力的影响因素。 学生积极思考并猜想回答问题。 学生敢于猜想，体会实验探究的过程。 教师引导学生结合所给实验器材进行实验探究并得出结论。 学生设计实验并进行实验，总结分析得到弹簧弹力的影响因素。 教师培养学生实验探究能力及分析归纳能力。 3.2　摩擦力（2课时） 王杏娜 【设计理念】 整个教学过程应充分体现学生学习的主体地位，抓住学生学习的关键期，从学 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 041 << 生已有的感性认知出发，给学生创造适当的情景让学生亲自体会，本节特设定以下 几个环节。 1. 引入新课，教师从学生已有的认知出发，让物理从生活走进课堂。教师 让学生举例日常生活和体育运动中和摩擦力有关的例子。学生根据初中所学知 识，谈一谈对摩擦力的认识。 2. 为探究摩擦力的产生条件、方向和大小，教师引导学生从易到难探究。 首先学生根据定义入手对摩擦力进行分类理解，认识滑动摩擦力或静摩擦力的 产生条件。其次学生通过实例感知滑动摩擦力或静摩擦力的方向。再次学生通 过大量实例加深对相对运动或相对运动趋势的理解。最后学生通过实验感知滑 动摩擦力与静摩擦力大小的关系。 【教材分析】 《摩擦力》选自人教版物理必修第一册第三章《相互作用—力》的第 2 节。本 节内容是在学生掌握了重力和弹力的基础上，对初中摩擦力知识的延伸和拓展。在 教材中，本节分为两部分，即滑动摩擦力和静摩擦力。教材通过回忆初中知识入手， 说明什么是滑动摩擦力，滑动摩擦力的产生条件、方向和大小；然后在介绍了静摩 擦力及其方向后，通过实验研究静摩擦力的大小。高中物理的难点在于受力分析， 受力分析的难点在于摩擦力的分析。正确认识摩擦力对后面知识的学习有着至关重 要的作用。本节的重点是滑动摩擦力、静摩擦力大小的规律。难点是摩擦力方向的 判断，以及对相对运动、相对运动趋势概念的理解。 【学情分析】 通过初中阶段的学习，学生已经初步了解了摩擦力的种类，以及滑动摩擦力大 小的规律，但是学生在日常生活中往往缺乏对摩擦力的体验和积累，所以对摩擦力 的认识和理解需要建立在亲身体验和实验探究之上。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）通过对本节的学习，学生学会从物理学视角形成对摩擦力的基本认识。 （2）本节能够培养学生相对运动观念、摩擦力的相互作用观念。 （3）学生能够初步形成现代物理的运动观念、相互作用观念，能用这些观念描 述真实情景。 >> 042 　高中物理单元教学设计　 2. 科学思维 （1）通过对摩擦力模型的建构，学生能够使用模型解释摩擦力的物理现象和过 程，阐明摩擦力的概念和原理。 （2）学生能够正确理解和应用科学思维方法，从定性和定量两个方面进行科学 推理、找出摩擦力规律、形成结论，并能解释现象和解决实际问题。 3. 科学探究 学生通过对摩擦力方向确定方法的学习，提升了解决这类问题的能力。 4. 科学态度与责任 本节通过探究活动，培养学生实事求是、尊重客观规律的态度。 【教学重点】 1. 学生能够理解相对运动这一概念。 2. 学生能够判断滑动摩擦力的方向。 3. 学生能够掌握相对运动趋势这一概念。 4. 学生能够判断静摩擦力的方向。 【教学难点】 1. 学生能够判断滑动摩擦力的方向。 2. 学生能够理解相对运动与运动的区别。 3. 学生能够判断静摩擦力的方向。 4. 学生能够理解相对运动趋势与运动趋势的区别。 【教学方法】 讲授法、讨论法、实验法。 【教学过程】 1. 创设物理情境 教师请学生两人一组，参与一个小游戏。 教师介绍游戏规则：每人伸出一只手，共同端起一本书，保持水平，慢慢抽出 手掌，让对方的手掌完全露出，你将获胜。 教师提出问题：学生通过游戏中的体会，想想是什么力决定了比赛的胜利呢？ 学生讨论并得出结论：摩擦力。 教师提出问题：那么，如何利用摩擦力帮助我们获胜呢？ 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 043 << 2. 新课介绍 为了方便研究，学生只讨论“甲方手掌不动，乙方缓慢抽出手掌，且书没动” 这种情况。 （1）问题 1 ：游戏中的摩擦力分为几类？ 教师提出问题：乙方、甲方对书有没有摩擦力？ 教师提出问题：这两个摩擦力特点有什么不同？ 学生讨论并总结：游戏中的摩擦力分为几类。 教师提出问题：什么是滑动摩擦力、静摩擦力？产生条件是什么？ 教师提出问题：请学生举例说明摩擦力的产生需要挤压？ （2）问题 2 ：滑动摩擦力的方向有什么规律？ 教师提出问题：书受到乙方的摩擦力方向是什么？ 教师提出问题：书相对乙方的运动方向是什么？ 教师提出问题：书的运动方向是什么？ 学生讨论并总结：滑动摩擦力方向的规律。 教师提出问题：运动方向和相对运动方向有什么不同？ 教师提出问题：滑动摩擦力与运动方向有什么关系呢？能否通过乙对书的摩擦 力为例说明？ （3）问题 3 ：静摩擦力的方向有什么规律？ 教师提出问题：甲方对书的静摩擦力朝什么方向？你是怎么判断的？ 教师提出问题：类比滑动摩擦力方向的规律，你能总结静摩擦力方向的规 律吗？ 学生思考：怎么判断相对运动趋势的方向？进而判断静摩擦力的方向。 教师演示实验：红色的导轨上有一个小滑块，一端固定的弹簧与小滑块相连， 滑块上的指针指向零刻度时，弹簧为原长。 教师提出问题：将小滑块移动一个位置静止于导轨上，使弹簧伸长，此时小滑 块相对导轨的运动趋势方向朝哪个方向？ 教师追问：如何判断的呢？ 教师追问：将导轨左端抬起，使导轨倾斜，小滑块仍静止，小滑块相对导轨的 运动趋势朝哪个方向呢？  教师介绍实验仪器：这是一个简易的气垫导轨，红色的导轨上面有一些小的气 孔，教师通过气管吹气，气流就能顶起这个滑块，从而使滑块与导轨脱离接触，不 再挤压，从而没有产生摩擦力的条件。 >> 044 　高中物理单元教学设计　 教师现在吹气，学生注意观察现象。教师请学生思考这个现象说明什么？ 教师减小导轨倾角，吹气。教师请学生注意观察，并思考相对运动趋势的方向 向哪儿？ 教师提出问题：我们是不是也可以用这样的方法来判断相对运动趋势的方向 呢？具体怎么判断呢？ 教师引导学生归纳：除了通过受力情况判断，人们还可以通过“假设没有摩擦 力，物体运动的方向”来判断相对运动趋势的方向，进而判断静摩擦力的方向；这 也是对“相对运动趋势方向”的理解。 （4）问题 4 ：滑动摩擦力的大小有什么规律？ 教师提出问题：滑动摩擦力的大小与哪些因素有关？  教师提出问题：接触面相同，滑动摩擦力与压力有什么定量关系呢？你能否验 证你的猜想？大概画出你们的实验方案，并进行实验探究。 教师引导学生通过投影，对比两组滑动摩擦力与压力的图像。 教师引导学生思考：他们两组的实验方案相同，实验器材相同，学案上给的图 像的横纵坐标也相同，但是做出的图像斜率不同，可能的原因是什么？摩擦力与压 力的比值有什么含义？ 请两组分别展示他们实验用的木板滑块的接触面，请大家观察比较。 教师归纳：同一接触面，滑动摩擦力与压力的比值是一个常数；不同的接触面， 滑动摩擦力与压力的比值不同。这个比值反映了接触面的材料和粗糙程度，叫作动 摩擦因数，用 μ表示。 教师提出问题：滑动摩擦力和压力成正比，用公式怎么表示呢？ （5）问题 5 ：静摩擦力的大小有什么规律？ 教师提出问题：木块受到的拉力由零逐渐增大，木块受到的静摩擦力变化吗？ 能无限增大吗？ 教师提出问题：最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力的大小吗？ 教师提出问题：最大静摩擦力与压力有关系吗？ 教师陈述现象：拉动物块时弹簧测力计会减小一下然后不变，这个过程比较快， 不太明显，我们可以用拉力传感器记录并显示这个过程中摩擦力的变化情况。 拉力传感器测摩擦力的实验装置如图 2-4 所示。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 045 << 图 2-4　拉力传感器测摩擦力的实验装置 教师演示实验：拉力传感器测量摩擦力，请学生注意观察。 教师提出问题：最大静摩擦力比滑动摩擦力略大，而且滑动摩擦力与压力成正 比，那么最大静摩擦力也与压力成正比吗？ 教师展示：最大静摩擦力与压力的定量实验。 教师提出问题：这说明什么？能举例说明吗？ 3. 课后思考 （1）体操运动员赛前要往手上涂白色粉末，为什么？ （2）查阅资料，冰壶运动员的两只鞋底制作材料是否相同？ 3.3　牛顿第三定律（1课时） 刘  畅 【设计理念】 教师在整个教学过程中应充分调动学生的积极性，给学生创造适当的情景让学 生亲自体会，特设定以下几个环节。 1. 以学生分组探究实验，代替以前的演示实验，让所有学生都融入课堂教 学活动，自主发现问题，合作探究，分析总结规律，提高学生学习的积极性和 主动性。 2. 为突破重点知识牛顿第三定律，教师引导学生先定性体会、再定量探究。 首先由形变程度定性；其次用弹簧测力计互拉定量测量静态下两个力的大小关 系；最后用力学传感器对不同场景进行模拟，并得到数据图像，从而得出相互 作用力的大小关系。 【教材分析】 本节的主要内容是研究相互作用力的特点，通过本节课的学习，让学生更熟练 地掌握重力、弹力、摩擦力这几种基本相互作用，同时在实际物体受力分析中能够 逐渐解决多个相互作用同时出现的情况。本节为后面力的合成与分解、运动和力关 >> 046 　高中物理单元教学设计　 系的研究做铺垫，保障学生能平稳从平衡状态向非平衡状态的过渡。本节的学习可 以让学生具有飞行器的动力问题的理论知识，能够让学生掌握飞行器运动状态的维 持和改变的方法。 【学情分析】 学生在学习本节课前已经学习了基本的相互作用。通过对运动的描述、匀变速 直线运动的研究，学生已经能够解决物体受力特点和描述运动的物理量之间的关系， 但学生面对运动中相互作用与运动的关系问题时，经常混淆系统间的内力和外力， 无法找到力与运动的联系。通过初中物理的学习，学生对力的相互性有了一些认识， 但对相互作用力间的定量关系认识不到位。学生基本拥有平衡问题的解决能力，还 不清楚如何解决非平衡问题。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能够通过感受飞行器飞行时空气的流动引出对飞行器动力来源的探究，通 过常见器材进行定性分析，再利用数字化实验器材完成定量分析得到相互作用力特 点，通过与学生交流区分平衡力和相互作用，得到飞行器的动力来源。 2. 科学思维 学生能够动手进行简单的实验完成对相互作用效果的分析。 3. 科学探究 学生能够利用数字化实验器材完成对实际运动的模拟，通过实验设计、学生交 流、结果分析完成对作用力和反作用力的特点总结。 4. 科学态度与责任 本节通过对马拉车运动和武装直升机的分析，让学生在知识的应用能力上得到 进一步提升，同时让学生形成良好的科学态度与责任。 【教学重点】 作用力和反作用力的关系，牛顿第三定律的内容和意义。 【教学难点】 相互作用力和平衡力的区分。 【教学方法】 讲授法、讨论法、实验法。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 047 << 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师组织学生观看“飞天战甲”视频，引出本节课题。 2. 新课教学 教师释放飞行器，直接提出问题，引导学生思考。 教师回收飞行器。 学生体验飞行器下方空气流动，学生分析相互作用的力及施力物体、受力物体。 教师通过具体实例，引导学生感知力的作用是相互的，并引导学生理解作用力 与反作用力的相互性。 （1）教师组织学生分组实验，探究相互作用力的方向关系。 （2）教师给学生提供有关器材及适时引导。 （3）教师引导学生由定性到定量探究相互作用力的大小关系。 （4）教师讲解实验装置的主要构成元件及数据采集方法。 （5）学生进行实验模拟，观察现象，总结规律。 （6）教师引导学生从内容、表达式两个角度理解牛顿第三定律、体会牛顿第三 定律的内容，并写出表达式，加深对牛顿第三定律的理解。 3. 作用力与反作用、平衡力的异同点 教师设计情境启发学生进行受力分析，提示学生区分平衡力、作用力与反作 用力。 教师绘制平衡力和相互作用力的表格，从中领悟两对力的异同点。 教师提出问题：马拉动车加速运动的原因？ 学生积极思考问题。 教师请学生思考钉子被锤入墙内的原因。 学生认真观察、积极思考，尝试解决实际问题。 教师引导学生更深入思考，提高学生分析问题的能力。 4. 应用 教师引导学生分析飞行器可以在空中悬停及飞行的原因、改变飞行方向的方法。 教师引出武装直升机，学生观看武装直升机的介绍视频。 学生分析飞行器的驱动力来源。 学生体会牛顿第三定律在生活、军事中的广泛应用。 >> 048 　高中物理单元教学设计　 3.4　力的合成与分解（2课时） 陈  磊 【设计理念】 新课程标准提倡以自主、合作、探究的教学组织方式来进行课堂教学。本节 课通过提出问题，创设问题情境，继而教师引导学生进行实验探究，在物理知识的 学习中，坚持以“教师为主导，学生为主体”的教学原则，充分发挥学生的主体性 作用。 【教材分析】 力的合成与分解是人教版物理必修第一册第三章第 4 节的内容。在学习本节课 之前，学生已经学习了弹力、摩擦力等力的概念，对力有了一定的感性和理性的认 识，同时对矢量的知识有了一定的储备。力的合成与分解的教材涵盖了基本概念、 力的合成与分解的方法、运算法则、矢量和标量的概念等多个方面。通过学习这部 分内容，学生可以掌握矢量运算的基本方法，为后续学习物理学其他领域打下坚实 的基础。 【学情分析】 在本节课之前，学生已经学习了位移以及力的概念，初步接触了矢量的概念， 对矢量方向性的理解还仅停留在表面上。本节课应着重让学生通过实验探究来体验 矢量运算并非简单相加减，而是遵循平行四边形定则。本节课的授课对象为高一学 生，这对于第一次接触平行四边形定则的学生来说，是一个大的挑战，也是一个大 的飞跃。对于习惯用代数运算的学生来说，矢量运算是相对较困难的，也比较难以 接受，如何让学生在以前学习的基础上接受本节课的内容是一个难点。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）物体的受力不能脱离物体而单独存在，体现了物质观。 （2）学生能够解释等效替代的含义。 2. 科学思维 学生能够通过实验和练习归纳应用力的合成与分解解决实际问题的基本步骤和 基本方法。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 049 << 3. 科学探究 （1）学生能够从物理现象和实验中归纳简单的科学规律。 （2）本节通过独立思考与分组讨论等过程，培养学生设计实验、动手操作、观 察实验现象的能力，以及分析、综合、归纳的能力。 4. 科学态度与责任 （1）学生能够意识到物理规律在现实生活中的重要作用，增强对物理学习的 兴趣。 （2）本节通过力的合成的研究与规律的发现，培养学生严谨的科学态度，逐步 养成用科学方法与科学知识理解和解决实际问题的习惯，提高科学素养。 【教学重点】 1. 探究合力与分力的关系。 2. 等效替代思想。 【教学难点】 1. 实验的设计。 2. 平行四边形定则的总结与归纳。 3. 从“代数和”思维到“矢量和”思维的跨越。 【教学方法】 实验法、讲授法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 一辆车陷进了泥坑，用绳子牵一下，就可以把它从泥坑中拉出来。 教师提出问题：这时绳子的牵引力的作用效果和十几个人的作用力的作用效果 有什么关系？ 教师用贴近学生实际的生活中的例子引出课题，能够较快集中学生的注意力， 使新课的引入较为顺利。 2. 情景一 教师介绍分力与合力的概念。 教师再经过物理场景的分析，点出“等效代替”的思想，为后续的实验设计思 想埋下伏笔。 >> 050 　高中物理单元教学设计　 教师用贴近学生实际生活中的例子来引出课题，使概念的引出较为顺利。 3. 情景二 教师通过演示实验引出力的等效、分力与合力的概念，进一步提出互成角度的 两个力的合成，进而引入探究实验教学环节。 教师提出问题 1 ：方向相同的共点力的合成？方向相反的共点力的合成？互成 一定角度的两个力的合成？ 学生思考问题，回答问题。 教师通过问题的一步步深入，由浅入深，逐步引出探究实验的内容。 学生提出猜想。 教师与学生进行讨论，通过提问，引导学生围绕实验方案的设计，进行猜想。 教师提出问题 2 ：我们能否从几何关系上来寻找关系？ 同时，教师展示多媒体，分力合成的过程。 教师提出问题 3 ：将合力与分力的末端连接起来，是一个四边形，是一个什么 样的四边形？ 学生思考问题，回答问题，讨论问题，进行交流。 教师通过提出具有指向性的问题，帮助学生形成思考问题的思路。 4. 方案的设计 在已有讨论的基础上，教师有意识的进一步提出引导性的问题，引导学生设计 实验方案。 教师引导学生做好数据记录，学生设计简略的实验步骤、数据记录表格。 教师适时引导点拨，学生进行实验，观察实验数据，与小组交流、讨论。 教师提出问题：如何进行数据处理？ 5. 实例分析 教师演示小飞行器在空中的悬浮飞行。 教师提出问题：飞行器之所以静止不动，其力的合成满足什么特点？如果飞行 器在竖直方向完成加速和减速，其力的合成又满足怎样的特征？ 学生认真思考，应用本节所学力的合成的知识分析物体不同运动状态下的受力 情况。教师引导学生将新学知识与实际生活中的实例相结合，使学生能够应用物理 规律解释现象，达到学以致用的目的。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 051 << 3.5　共点力的平衡（2课时） 高全英 【设计理念】 整个教学过程应充分调动学生的积极性，给学生创造适当的情景让学生亲自体 会，教师特设定以下几个环节。 1. 教师从学生已有的知识出发，注重知识的衔接。教师引导学生从初中学 习的二力平衡入手探究物体平衡的条件，这样有助于学生理解。在研究共点力 作用下的动态平衡问题时，教师引导学生从已经学习的静态平衡入手，继续新 的研究。 2. 为突破重点知识共点力作用下物体的平衡条件，教师引导学生逐层深入， 首先由初中的二力平衡入手；其次分析匀速运动的小车，将四力平衡转换为两 对二力平衡问题；再次分析儿童沿滑梯匀速下滑的受力情况，利用力的合成和 分解将三力平衡转化为二力平衡或四力平衡问题；最后分析多力平衡问题，采 用正交分解的方法转化为两方向上的二力平衡问题。这样层层推进，逐步加深 知识的难度，逐渐形成分析结果，加深了学生对本节知识的理解。 【教材分析】 本章的主要内容是相互作用。其中重力、弹力、摩擦力、力的合成和分解是对 处理力学问题的知识储备部分，要全面的处理物体平衡的实际问题，还需要研究物 体的平衡态以及处于平衡态的条件。共点力的平衡在以前的教材中没有单独成章节 来学习，是混杂在其他章节内容里分散学习的，正交分解法是首次在课本中出现， 与初中的知识是没有任何的联系的。 【学情分析】 本节课之前学生已经学习了重力、弹力、摩擦力、牛顿第三定律、力的合成和 分解，已经具备了分析物体受力情况的基本要求，所以对于学习本节内容应该较为 容易。但是对于学生来说，从“二力平衡”过渡到多力平衡可能还存在一定难度。 而且，由于高中阶段并没有专门讲解物体受力分析的课程，学生也可能存在对受力 分析不明确的问题。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）物体的受力不能脱离物体而单独存在，体现了物质观。 >> 052 　高中物理单元教学设计　 （2）学生能够解释平衡状态的含义，并能够判断一个物体所处的状态是否平衡。 2. 科学思维 （1）学生能够通过实验和练习归纳应用力的平衡条件解决实际问题的基本步骤 和基本方法。 （2）在二力平衡条件下，物体所受合力为零，通过演示实验验证三个共点力物 体的平衡条件也是合力为零。 3. 科学探究 （1）学生能够从物理现象和实验中归纳简单的科学规律。 （2）学生能够对悬挂的物体进行受力分析，并说明共点力和重力拉力二力之间 的关系。 4. 科学态度与责任 学生能够意识到物理规律在现实生活中的重要作用，增强对物理学习的兴趣。 【教学重点】 共点力作用下物体的平衡条件。 【教学难点】 1. 共点力平衡条件的探究过程。 2. 处理生活中共点力平衡问题。 【教学方法】 讲授法、讨论法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师组织观看三人两竹竿抬大石视频，并分析大石的受力情况与飞行器的受力 情况有何异同的。 2. 探究共点力的特点 教师组织学生分析飞行器和杆的受理情况，并让学生对力进行分类。 3. 寻找共点力平衡态 教师组织学生从生活实例出发，寻找物体的平衡状态，结合实例，确定处于平 衡状态的物体，培养理论联系实际的能力和分析总结的能力。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 053 << 4. 探究物体处于共点力平衡态的条件 教师引导学生利用初中的知识分析二力作用下平衡问题。 学生受力分析并寻找规律。 这可以提升学生的知识迁移能力。 教师提出问题：汽车匀速直线运动时受力特点。 学生积极思考问题。 学生提高学生透过现象寻找本质的能力。 教师提出问题：儿童沿滑梯匀速下滑时的受力特点。 教师提出问题：物体受多个力时处于平衡态的条件。 学生解决问题的方法：积极思考解决实际问题，利用正交分解方法。 学生学习复杂问题简单化的物理思维方法。 5. 共点力作用下物体的平衡 教师联系实际问题提供例题，引导学生解决问题。 教师引导学生结合前面的问题，拓展为三个力的动态平衡问题分析。 学生积极思考，拓展变量，解决复杂问题。  5 主题四　运动和力的关系 4.1　牛顿第一定律（1课时） 薛  雅 【设计理念】 本教学设计以培养学生核心素养为教学目标。为了达到这一目标，本节课的内 容均来源于生活，使学生亲身感受物理就在身边，并学会用物理的眼光观察世界。 本节课特设定以下几个环节。 1. 教师引导学生观察小型飞行器的悬停状态调动学生的学习兴趣。通过物 理学史的回顾，使学生体会人类认识事物本质的曲折过程，让学生明白科学研 究都是经历了否定之否定的过程，这有助于培养学生严谨的科学态度。教师引 >> 054 　高中物理单元教学设计　 导学生观察伽利略双斜面演示实验，在实验过程中多次改变斜面倾角，观察不 同倾角小球沿斜面上滑的距离，与理想实验视频相结合，使学生勇于发言，积 极参与问题探究，提高学生学习的积极性。 2. 为突破重点知识牛顿第一定律，教师引导学生先分组讨论，由生活实例 到小型飞行器，由生活感知到具体分析，逐步加深对牛顿第一定律的理解。首 先学生分组讨论牛顿第一定律表述中关键词的引申含义；其次根据生活常识， 列举生活现象，找寻规律，并推理得到结论；最后用共点力平衡的知识分析小 型飞行器悬停状态时的受力情况，再通过学生的讨论，推理出物体运动和力的 关系。这样层层推进，可以使学生深刻理解“力是改变物体运动状态的根本原因”， 加深了学生对牛顿第一定律的理解。 【教材分析】 牛顿第一定律的教材涵盖了基本概念、实验现象等多个方面。通过学习这部分 内容，学生可以深入理解力和运动的关系，掌握惯性的概念，为后续学习物理学其 他领域打下坚实的基础。 【学情分析】 学生在初中已学习过牛顿第一定律，了解定律的表述，通过生活经验学生对运 动和力的关系有初步了解，但主要停留在认知层面，不了解知识内涵和其发现历程， 在物理观念、科学思维和科学态度与责任方面有所欠缺。高中学生的物理思维能力 相较于初中学生有所提高，高一学生已经具备一定的分析推理、逻辑思维能力，思 维处于进一步的拓展阶段。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）学生能够理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持。 （2）学生能够理解牛顿第一定律，并理解其意义。 （3）学生能够理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。 2. 科学思维 （1）本节给学生介绍在实验的基础上通过推理得到结论的方法，培养学生初步 分析、概括的能力。 （2）本节通过伽利略的理想实验，使学生受到科学方法论的教育。 （3）本节通过解释生活中的惯性现象，培养学生运用科学思维方式解决物理问 题的能力。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 055 << 3. 科学探究 （1）本节通过理想实验和科学推理，使学生认识科学探究的方法，了解理想实 验在物理探究中的作用。 （2）本节能够培养学生的科学探究意识，使学生能在观察和实验中发现问题、 提出合理猜想和假设。 4. 科学态度与责任 （1）本节通过伽利略对力和运动关系的研究，培养学生敢于质疑、敢于批判、 敢于坚持真理、敢于创新的科学探究精神。 （2）本节通过了解牛顿第一定律发展的历史，使学生认识科学的严谨性，培养 严谨的科学态度。 【教学重点】 牛顿第一定律、惯性与质量的关系。 【教学难点】 牛顿第一定律的内涵及其发现过程背后的思想方法，对伽利略理想实验和惯性 的理解。 【教学方法】 讲授法、讨论法、启发式教学法、实验法、阅读法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师展示小型飞行器。 教师提出问题：如何控制小型飞行器在空中悬停？ 学生分析小型飞行器静止在水平桌面上的受力情况，思考小型飞行器受力与其 运动的关系，从而引出课题，激发学生进一步思考运动与力的关系。 2. 伽利略的理想实验 （1）思考亚里士多德对运动和力的关系的分析和认识。 教师通过学生的论述表达，检验学生阅读效果，培养学生敢于质疑权威的意识。 （2）理解伽利略的观点及论证过程。 ①教师演示伽利略双斜面实验，左斜面固定，右斜面倾角可变。在实验中 教师设定小球始终从左斜面定位卡处由静止释放，多次改变斜面倾角。 >> 056 　高中物理单元教学设计　 ②教师引导学生观察不同倾角小球沿斜面上滑的距离，比较初末位置的高 度变化情况，总结规律，培养学生观察能力和归纳总结能力。 ③教师播放伽利略理想实验演示视频，引导学生合理地进行逻辑推理。 ④教师引导学生观看模拟视频，领悟伽利略的实验和逻辑推理相结合的科 学方法。 3. 牛顿第一定律 （1）牛顿第一定律。 ①教师根据牛顿第一定律提出思考问题。 ②教师组织学生分组讨论。 ③学生根据生活常识，列举生活现象，总结现象，找寻规律，并推理得到 结论。 ④学生加深对牛顿第一定律的理解。 （2）小型飞行器运动状态与受力的关系。 ①教师组织学生分组体验小型飞行器运动状态与受力的关系。 ②教师引导学生画出受力分析图。 ③学生体验小型飞行器悬停在空中的受力情况，并根据感受，试着推理出 小型飞行器的运动与受力关系。 ④这个过程能够培养学生的分析能力和逻辑推理能力。 4. 惯性与质量 （1）快速击打塑料板，鸡蛋落入玻璃杯中。 教师提出问题：为什么鸡蛋不向右运动，反而落入杯中？ 学生观察实验现象，分析：鸡蛋原来静止，鸡蛋具有惯性，快速击飞塑料板， 鸡蛋仍保持静止。塑料板飞走后，鸡蛋做自由落体运动，掉入杯中。 教师引导学生运用惯性知识解决生活中的物理现象，培养学生的分析与归纳 能力。 （2）影响惯性大小的因素。 惯性的大小只与质量有关：教师引导学生列举生活实例并进行对比找到影响惯 性大小的因素。 学生通过观察与讨论，对实际问题进行对比找到影响惯性的因素：惯性只与质 量有关，是一切物体的固有属性。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 057 << 教师引导学生分析生活情境建立惯性与质量的关系，践行从生活走向物理的新 课程理念。 教师提出问题：如何改变小型飞行器的悬停状态，使之做变速运动？ 学生分析小型飞行器的受力情况，寻找驱动力来源，飞行器的受力情况如图 2-5 所示。 F > G G F 图 2-5　飞行器受力情况 4.2　实验：探究加速度与力、质量的关系（1课时） 李彦江 【设计理念】 《普通高中物理课程标准（2017 年版 2020 年修订）》要求物理课程在义务教育的 基础上，引导学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增 强创新意识和实践能力。本节课的设计思路旨在让学生体验科学研究的基本步骤。 通过复习牛顿第一定律等已经学过的知识引出课题—探究加速度与力、质量的关 系。在教师的引导下，学生通过讨论、交流，设计实验方案，给出所需的实验器材， 进行实验探究。 【教材分析】 本节内容是牛顿运动定律的核心，是力学乃至整个高中物理的重点内容。它把 前两章的力和运动有机结合起来。利用牛顿运动定律解决问题的方法在热学、电学 中也有广泛应用。高中物理课程标准特别强调要让学生经历探究加速度与力、质量 的关系的过程，其目的就是要让学生在这一过程中，学会科学研究的常用方法—控 制变量法、图像法等。 >> 058 　高中物理单元教学设计　 【学情分析】 1. 高一学生之前已进行了多次探究性学习，已初步形成探究性学习的思路。 2. 学生已用过控制变量法研究物理问题；已接触过光电门和气垫导轨。 3. 学生已具有用表格和图像处理实验数据的能力。 【教学目标】 1. 物理观念 学生能够理解实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性。 2. 科学思维 学生通过进行实验的操作和测量过程，以及通过图像处理实验数据的过程，体 验平衡摩擦力、减少系统误差的方法。 3. 科学探究 本节通过探究实验，培养学生实事求是、尊重客观规律的态度。 4. 科学态度与责任 本节通过探究活动激发学生的求知欲和创新精神。 【教学重点】 1. 设计实验方案的方法。 2. 数据的处理和分析。 【教学难点】 1. 实验方案的设计及优化。 2. 实验的操作。 【教学方法】 演示法、探究法、实验法、启发式教学法、讨论法。 【教学过程】 1. 创设情境、引入新课 教师提出问题：飞行器的速度变化快慢与哪些因素有关？ 学生回忆牛顿第一定律。 2. 探究加速度与力、质量的关系 教师提出问题：探究一个量与两个量有关系，采用什么方法？ 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 059 << 教师引导学生复习控制变量法。 教师引导学生复习测定加速度的几种方法，为接下来学生设计实验做铺垫。 教师提出问题：探究实验中都需要测量哪些物理量？利用什么仪器？根据什么 方法测定（或比较）？ 学生分小组讨论。 教师选择较有代表性的小组派代表上台简要叙述本组设计的方案。 教师引导学生思考：有摩擦力作用时怎样消除摩擦力的影响？所挂重物重力等 于细线对小车的拉力吗？怎么减小这一系统误差？ 方案一：手动控制两个小车运动的时间，使它们的运动时间相同通过位移比较 加速度。 方案二：在粗糙的斜面上，用悬吊重物的方法为小车提供拉力，通过改变重物 的质量就可改变小车受到的拉力。 方案三：以气垫导轨、气源、两个光电门、数字计时器、滑块、滑片、刻度尺、 细线、小桶、砝码、天平为器材研究滑块的运动。 3. 学生实验 教师提出问题：怎样设计方案一和二的实验步骤？根据方案二，怎样设计实验 步骤？ 教师巡视学生实验，帮助学生指出不足。 教师选择有代表性的小组，把数据敲入表格，用 Excel 处理数据，自动生成 图像。 学生思考：方案一的实验步骤及注意事项。 分组探究：探究 a 与 F 的关系。F 一定时，探究 a 与 m 的关系。 学生思考：方案二的实验步骤及注意事项。 4. 根据数据做出 a-F 图像和 a-m 图像 学生以小组为单位，进行实验。 学生观察图像，得出加速度与力、质量的关系。 5. 实验结论 学生通过实验现象总结加速度与力、质量的关系。 教师明确本节课的重难点。 >> 060 　高中物理单元教学设计　 4.3　牛顿第二定律（1课件） 刘雅锐 【设计理念】 本节课设计的基本思路是先由实验归纳牛顿第二定律的内容，其次引导学生得出 F ＝ kma，然后理解牛顿第二定律，最后通过例题掌握应用牛顿第二定律解题的思路。 【教材分析】 本节教材是人教版物理必修第一册第四章第 3 节的内容。本节在分析上节课实 验的基础上，提出了牛顿第二定律的具体内容表述，定量地回答了物体运动状态的 变化率—加速度与它所受的外力的关系，以及加速度与它本身质量的关系，得出了 牛顿第二定律的数学表达式。本节教材突出了力的单位 1 N 的物理意义，为下一节 力学单位制的内容做准备。本节内容在本章中起承上启下的作用，因此本节内容成 了运动学的核心，也是学习其他动力学规律的基础。所以本节在本章乃至本册，甚 至整个高中物理中具有非常重要的地位。 【学情分析】 在知识层面，学生已学习了牛顿第一定律、加速度等知识，对本节课涉及的力、 质量、加速度和各自的测量方法已经有了初步认识。在思维层面，学生已能够初步 从定性和定量两个方面对物理问题进行科学推理、找出规律、形成结论。在能力层 面，学生对控制变量法、图像法、归纳法也有一定的实践经验，也能够与其他学生 合作交流，能够总结现象的规律，这些都为本节课的顺利开展提供前提。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）学生能够形成力是使物体产生加速度的原因这样的运动观。 （2）学生能够理解加速度与力和质量之间的关系，并能运用所学知识解释自然 现象、解决实际问题。 2. 科学思维 通过逻辑推理，学生能够在上节实验的基础上进一步探究出牛顿第二定律的数 学表达式。 　第二单元 相互作用与牛顿运动定律　 061 << 3. 科学探究 通过对上节课实验结论的总结，学生能够归纳物体的加速度跟它的质量及所受 外力的关系，进而总结牛顿第二定律。 4. 科学态度与责任 通过对实验的观察和参与，学生能够体验自然规律的探究过程，体会实验规律 定性到定量的研究过程。 【教学重点】 1. 牛顿第二定律的内容和表达式。 2. 力的单位的物理意义。 【教学难点】 对牛顿第二定律的正确理解及应用。 【教学方法】 讲授法、讨论法。 【教学过程】 1. 知识回顾 通过上节课的学习，我们知道 a ∝ F，a ∝ m 1 。 教师提问：力、加速度、质量三者到底有没有具体的数量关系？ 教师引导学生回顾加速度与力的关系以及加速度与质量的关系。 2. 创设情境、引入新课 情景一：教师播放赛车比赛视频。 情景二：教师展示飞行器感应飞行，学生观看视频及飞行器演示。 教师提出问题：赛车比起一般的家用汽车质量上有什么不一样？什么使飞行器 能够灵敏起飞？ 学生分组讨论。 3. 牛顿第二定律内容 教师带领学生总结牛顿第二定律内容及公式。 教师提问：k 是比例常数，那 k 应该是多少？ 学生积极思考问题。