4.5 牛顿运动定律的应用 教学设计-2025-2026学年高一上学期物理粤教版必修第一册

《牛顿运动定律的应用》教学设计 【课题】牛顿运动定律的应用 【教学时间】40分钟 【教学对象】高一（上） 【教材】粤教版必修第一册第四章第五节 【教学内容分析】 1. 本节课在教材中的地位和作用 牛顿运动定律的应用是必修一第四章中的第五节，牛顿运动定律是经典力学的基础，它在科学研究和生产实践中有着广泛的应用。本节内容是对本章知识的提升，又是后面知识学习的基础。 2. 课程标准对本节的要求 内容要求：理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。 教学提示：本模块注重在机械运动情境下培养学生的运动与相互作用观念和模型建构等物理学科核心素养。教学中应根据本模块所学物理模型的特点，联系生产生活实际，从多个角度创设情境，提出与物理学有关的问题，引导学生讨论，让学生学会建构物理模型的方法，并体会其必要性。 学业要求：能用匀变速直线运动的规律解释或解决生活中的具体问题。能对物体的受力和运动情况进行分析，得出结论。能从物理学的运动与相互作用的视角分析自然与生活中的有关简单问题。 通过直线运动和牛顿运动定律的学习，认识物理学是对自然现象的描述与解释，具有学习物理学的兴趣。 3. 教材内容安排 本节课是从应用角度学习牛顿运动定律。主要用到的方法是力的正交分解和建立直角坐标系，主要学习两大类问题： （1）知物体的运动情况，求物体的受力情况；（2）已知物体的受力情况，求物体的运动情况。掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。 4. 教材的特点 本节课安排了牛顿运动定律的两种基本应用，选用的两个例子的研究对象是火车和汽车，选用的例子贴近生活，也比较简单，适合用于理解牛顿运动定律的应用。不足的地方就是选用的例子类型比较单一，都是水平方向上物体的运动，而且选用的例子都只有牛顿第二定律的应用，没有涉及牛顿第三定律的应用，还可以增加变式训练题，让牛顿运动定律的应用更加全面。 5. 对教材的处理 （1）重新梳理知识的逻辑线索。 按照“回顾运动情况和受力情况中的加速度→画思维导图形成解题思路→探究思路1：从运动情况求受力情况→探究思路2：从受力情况求运动情况→开放式设计加速度实时测量装置”来展开课程，使得本节课更有整体性和创新性。 （2）适当补充、完善和删减教学内容。 第一，教材好的地方就是选用的例题有情境，拿生活中的例子来进行分析，比较适合学生学习知识。但是在课前引入部分比较直接，一开篇就直接告诉牛顿运动定律应用的两种基本思路，学生刚刚学完牛顿运动定律，还停留在能通过受力分析计算加速度的基础上，不知道受力与运动之间的联系，本节课的教学设计针对这个环节增加了回顾匀变速直线运动计算加速度的内容，回顾了受力分析计算加速度的知识，并且比较了两者的加速度是否是同一个值，从而帮学生建立起运动和受力的联系，让学生认识到加速度可作为桥梁的作用，还让学生通过讨论完成解题思路的思维导图，建立了整本书的知识体系，培养了学生的科学思维。 第二，教材选用的例子类型比较单一，都是水平方向上物体的运动，而且选用的例子都只有牛顿第二定律的应用，没有涉及牛顿第三定律的应用，与本节课的题目牛顿运动定律的应用没有完全对应。所以本节课的教学设计增加了两道斜面上的例题，同时需要利用牛顿第三定律解决问题，增加了本节课的完整性。 第三， 本节课在教材的基础上进行了提升拓展，设计了一道开放性的题目，通过让学生设计加速度测量装置，让学生体验研发创造的过程，从可行性和创新性方面思考了物理规律的应用。这个设计的用意是突破本模块的难点，通过设计了解运动数据的获得难度，也了解了弹簧在现代设计中的重要应用，还学会了电信号在可视化方面的便利，极大提升了学生分析难题的思维能力，有利于提高学生的科学素养。 （3）开发直观教学辅助资源，充实教材的内容。 充分利用图片资源和多媒体课件辅助教学：将课本静态的图片转化成动画，使得物理过程更加清晰，问题更加形象具体。 【学生情况分析】 1. 学生的知识基础 学生已学习了匀变速直线运动规律，已通过实验定性、定量认识到加速度、力和质量三者关系，并归纳总结出定量描述加速度、力和质量三者关系的牛顿第二定律。已具备学习牛顿运动定律应用的知识基础。 2. 学生的心理特点 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，有较好的灵活性和拓展性。高一的学生对物理有着较强的兴趣，他们已经不满足于单纯的观察实验现象，逐渐希望能通过自己的思考来理解和解释现象产生的原因，并自己总结出其中的规律。 3. 学生的认识特点及困难 高一学生已经了解牛顿第运动定律的基本内容，但对其认识还不够深入。虽然具备一定的构建模型的能力，但综合应用能力水平还处于初级阶段，这就容易形成学习障碍。 【教学目标】 1. 物理观念 具有运动与相互作用观念，理解牛顿第二定律的各物理量及公式的物理意义。 2. 科学思维 通过对典型示例的分析、讨论过程，认识分析、归纳等科学方法，掌握用牛顿运动定律解决实际问题的一般规律和方法。 3. 科学探究 能分析物理现象，提出可探究的物理问题：如何设计加速度计？。 4. 科学态度与责任 使学生体会到物理规律的简洁美，学会在生活实践中应用物理规律。 【教学重点】 1．已知物体的受力情况，求物体的运动情况 2．已知物体的运动情况，求物体的受力情况 【教学难点】 物体的受力分析及运动状态分析和重要的解题方法的灵活选择和运用。 【教学策略设计】 本节课始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，以问题为导向，通过教师创设物理情境和有效的设问引导，让学生经历物理知识的构建过程，达成教学目标。 1. 教学方法 综合应用讲授、谈话和讨论等多种方法，把教学过程设计成以学生对匀变速直线运动规律和牛顿运动定律的认识为切入点，以已有知识为基础，以问题为主线的师生对话交流的过程。 （1）讲授法。 在教学过程中，利用讲授法，突出牛顿运动定律的基本解题思路，积极引导学生开展思维活动，以达到突出重难点的目的。 （2）谈话法。 谈话法是通过师生间的“问题性对话”活动传递和交流信息，能较好地调动学生学习积极性。本节课中，我针对牛顿运动定律应用的两个基本思路，与学生进行一系列谈话式的问答，步步引导学生解决问题，最终让学生经历两种思路的应用过程。学生经历了思维上的探究过程，由此学会解决相关问题的思路。 （3）讨论法。 利用讨论法，让学生以小组为单位，在交流合作的过程中，培养学生善于探索的思维品质，突破难点。 2. 学法指导 在学法指导上，让学生尝试自己探究牛顿运动定律的两种思路的解题思路，提出问题、推理论证，解决在应用过程中遇到的问题，形成物理观念中的“动力学观念”，使学生在获取知识的过程中，领会物理学的研究方法，同时渗透协作精神、探索精神等科学态度与责任的教育。 3. 教学媒体设计 以多媒体课件为载体，利用动画、图像、模型，让学生从生活的现象出发，帮助学生更好的掌握牛顿运动定律的应用，经历牛顿运动定律两种基本思路的解题过程，最终学会应用牛顿运动定律分析生活中遇到的问题。 【教学流程图】 ( 培养科学思维 掌握科学方法 ) ( 回顾旧知识 理清应用思路 ) ( 导入新课 ) ( 培养科学思维 形成科学态度 ) ( 讲授新课 ) ( 根据运动情况求受力情况 ) ( 培养科学思维 形成科学态度 ) ( 根据受力情况求运动情况 ) ( 培养科学思维、科学态度与责任 ) ( 斜面上牛顿第二、三定律的灵活应用 ) ( 通过科学探究的培养科学思维、态度 ) ( 探究加速度计的设计 ) ( 应用拓展 ) 【教学过程设计】 教学环节和教学内容 学生学习活动 教师活动 设计意图 导入新课 回顾旧知识： 回顾1：牛顿第二定律与加速度之间的关系。 回顾2：第一二章学习的匀变速直线运动规律与加速度之间的关系。 思考:两部分知识所说的加速度是否是同一加速度？ 分析结论： 是同一加速度，物体受合外力，产生加速度，合外力不变，加速度不变，做匀变速直线运动。 体会到加速度是联系运动和力的桥梁。 讨论，完成思维导图： 学生分组讨论，画出牛顿运动定律应用思路的思维导图，到黑板展示自己的思维导图，介绍自己的思路。 回顾一下前面所学的知识，牛顿第二定律确定了物体受力和加速度之间的关系。加速度的大小与物体所受合力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与物体受到的合力的方向相同。 回溯到我们第一章的内容匀变速直线运动，物体初速度与加速度决定了物体做什么运动，所以加速度还与物体的运动情况有关，两者的大小关系可以由运动学公式来相联系。 利用思维导图引导学生建立牛顿运动定律的应用思路： 总结从受力确定运动情况和从运动情况确定受力的基本思路。 讲授新课 根据思维导图的基本思路应用牛顿运动定律进行解题，在结合生活实际的题目中学会分析问题的方法。 审题、思考从而得出解决问题的思路和方法。 从实例出发，在实际情境中建立模型，进而利用牛顿运动定律和运动学公式求解，规范解答过程。 能够区别问题的类型：(1)已知物体的受力情况，求物体的运动情况；(2)已知物体的运动情况，求物体的受力情况。 掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路、方法和格式规范。 1.已知运动情况确定受力 例题1：一列静止在站台上的火车，总质量为6.0×105kg 。出发时间到了，这列火车从站台缓缓开出，1 min 20s后显示其速度达到72km/h。若火车做匀加速直线运动，求火车在加速过程中的合力要多大才能满足加速的要求。 总结解题的一般流程 （1）选择研究对象，进行受力分析。 （2）进行运动分析。 （3）建立直角坐标系，正交分解，求合力。 （4）列牛顿第二定律表达式。 （5）列运动学公式，求加速度。 （6）联立式子求解。 变式训练1：一位滑雪者，人与装备的总质量75 kg，以2 m/s的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为30°，在5 s的时间内滑下的路程为60 m。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力(包括摩擦和空气阻力)，g 取。 2.已知受力确定运动情况 首先我们来看看这一道题，给大家三分钟的时间思考讨论以下。 例题2：某市交通部门规定汽车在市区某些街道的行驶速度不得超过vm=30km/h。一辆汽车在该水平路段紧急刹车时车轮抱死，沿直线滑行一段距离后停止。交警测得车轮在地面上滑行的轨迹长sm=10m,从手册中查出该型号车轮与地面间的动摩擦因素μ=0.72。试通过计算判断该汽车是否违反规定超速行驶。（g=10m/s2） 思考：如果你是交警，应如何采集现场数据信息，判断汽车是否违反规定超速行驶。 变式训练2：如图，沿倾角为的斜面向上拉一个质量为m的方木箱，拉力F与斜面平行，木箱与斜面的动摩擦因素为，木箱沿斜面向上运动的距离为s，求木箱通过距离s所用的时间t。 总结解题的一般流程 （1）选择研究对象，进行受力分析。 （2）进行运动分析。 （3）建立直角坐标系，正交分解，求合力。 （4） 列牛顿第二定律表达式，求加速度。 （5）列运动学公式。 （6）联立式子求解。 从简单模型出发，总结解题的一般流程，再到具体情境中实践应用。 通过教师板书过程展示解答习题的规范性要求等。 拓展应用 思考与探究： 根据牛顿第二定律，设计一个能测量水平方向运动物体加速度的装置。 思考1：从受力情况还是运动情况来设计加速度测量仪？ 结论：受力情况比较方便，运动情况要记录的信息太多，设计难度较大。 思考2：弹簧的弹力大小可视化程度较高，压缩和拉伸形变量与弹力成正比，经常利用其形变量大小反应弹力的大小，但是形变量不断变化，难以测量，什么信号可视化程度最高？ 结论：电信号 提出知识拓展应用： 请根据牛顿第二定律，设计一个能测量水平方向运动物体加速度的装置。 如图所示是测定水平方向运动物体的加速度的仪器装置原理图：水平光滑杆AB固定在待测系统上，杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连，弹簧处于自然长度。滑块下端有一滑动臂，可在滑动变阻器R上滑动（不计阻力）。待测系统静止时滑块触头P位于变阻器R的中点处。当系统在水平方向加速运动时，可将其加速度转换成电压信号从电压表输出。 开放性思维，引导学生运用所学知识解决生产生活中的问题，大胆创新地进行设计，培养创新型人才，培养学生的科学思维和科学态度。 课堂小结 梳理自己本节所学知识进行交流 （1）应用牛顿第二定律解题可分为两类：一类是已知受力求解运动情况；另一类是已知运动情况求解受力。 （2）基本方法和步骤，即分析过程、建立图景、确定研究对象、进行受力分析、根据牛顿第二定律列方程，根据运动情况列运动学公式，进而求解验证效果。 根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。 【板书设计】 9 第5页 学科网（北京）股份有限公司 $