高三复习课《验证牛顿第二定律》教学设计

重庆第三十中学  袁 丁

一、学情分析：学生已经熟知牛顿第二定律及其表达式，知道牛顿第二定律实验的基本原理和方法；但对实验中一些注意事项并不是十分清晰，往往是知其然不知其所以然。死记硬背了一些注意事项，但并没有实质理解。比如为什么要求砝码及砝码盘质量要远小于小车质量。实质是对连接体问题的受力分析，加速度等处理上仍不清晰。

二、教学目标 
1.知识目标:
（1）回顾并复习牛顿第二定律实验；
（2）深刻理解牛顿第二定律实验中为什么砝码质量要远小于小车质量；
（3）再次总结牛顿第二定律各物理量对应图像意义
（5）对该实验进行改进和拓展．

2.能力目标:
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.情感目标:
培养认真的科学态度，严谨、有序的思维习惯．

三、教学重难点

1.重点：牛顿第二定律的实验原理

2.难点：对牛顿第二定律的理解

四、教学用具：小车、砝码、带定滑轮的长木板、打点计时器、纸带等

五、教学过程：

（一）引入新课：

【视频引入】播放2个微课视频，让学生回顾牛顿第二定律的实验。

请观看本节微课视频1和视频2，如果你看的很认真，你应该已经了解了：

实验基本原理与操，实验数据处理与分析

（二）进行新课：

回顾研究方法（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．

【突破难点】认真观看视频并完成自学的你，辛苦了！但可能你心中仍有一些疑问，比如说：问1：为什么小车的质量M要远大于小盘和砝码的总质量m?

（你不妨先完成下面这道例题，可能就会明白了）

例题1：如图3-3-2所示:质量为m的桶通过细绳绕过定滑轮拉着质量为M的小车在光滑的木板上运动，不计滑轮摩擦，求绳子对小车的拉力T=?

学生活动：学生自主推导并到讲台用投影展示解答过程，给出结论。

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．

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，即．

问2：平衡小车所受到的摩擦力，除了视频上的木板下垫木块，还有其它的办法吗？

平衡摩擦力的时候小车后需要挂上纸带和砝码盘吗？为什么要这样做？

学生活动：分小组讨论并展示

问3：改变小车质量后还需要平衡摩擦力吗？（你继续完成下面这道例题，相信就会明白了）

例题2：如图3-3-4，一个质量为M的小车恰好能在一个与水平面夹角为θ，摩擦因数为μ的斜面上匀速下滑，若在小车上加上质量为m的砝码，那小车还能匀速下滑吗？

活动：自主作答，上台投影展示，教师点评。

问4：你肯定知道可以用纵坐标表示a，横坐标表示作用F（即砝码和砝码盘的总重力mg），根据实验结果画出相应的点，如果这些点在过原点的一条直线上，便证明了质量一定的情况下，加速度与合外力成正比。那为什么我们不用纵坐标表示a，横坐标表示小车和砝码的质量M，来证明合外力一定情况下，加速度和质量成反比呢？

活动：学生分小组讨论作答。

【大家来看图】：一看曲直、二看斜率、三看是否过原点。

一、看曲直：

大家肯定知道，对于a～F图像；M一定，则a∝F ，a～F 图像为过原点的倾斜直线；

对于a～M(1) 图像；F一定，则a∝M(1) ，a～M(1) 图像为过原点的倾斜直线；

但你知道吗？本实验图像弯曲是必然的，并且是向下弯曲，为什么呢？

二、看斜率：

你知道a～F和 a～M(1)二个图像斜率的物理意义吗？

①当M一定时，a～F图像中，a＝

②当F一定时，a～M(1)图像中，a＝

三、看是否过原点

你能说出两个图像中①②③是否过原点有何意义吗？

【实战中的问题】

要想完成导与练例题1第（3）问，那请写出图像的函数表达式吧！你搞清楚斜率是什么，与纵轴截距是什么了你就肯定找到正确答案了。

【思考与讨论】

1.运用这套器材我们还能用来测什么？

2.器材可以怎样改进？

3.数据处理可以怎样改？

【典例】 (2013 全国新课标理综Ⅰ) 图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图.实验步骤如下:

①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s;

②调整轻滑轮,使细线水平;

③让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间Δt_A和Δt_B,求出加速度a;

④多次重复步骤③,求a的平均值;

⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ.

回答下列问题:

(1)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图(b)所示,其读数为      cm. 

(2)物块的加速度a可用d、s、Δt_A和Δt_B表示为a=        . 

(3)动摩擦因数μ可用M、m、和重力加速度g表示为μ=         . 

(4)如果细线没有调整到水平,由此引起的误差属于     (选填“偶然误差”或“系统误差”). 

 

 

 

 

（三）作业：一轮复习《导与练》P57

六、板书设计

                   第4课时  实验  验证牛顿第二定律

（一）加速度和力的关系：在质量一定情况下，加速度和力成正比

（二）加速度和质量的关系：在作用力一定情况下，加速度和质量成反比

（三）牛顿第二定律F=ma

（四）实验难点突破

（五）实验创新

七、 教学反思 

    该课为高三一轮复习实验专题的一节课，学生通过两年的高中物理学习，牛顿第二定律早已深入人心。知道牛顿第二定律的基本实验原理并能熟练应用牛顿第二定律解决很多物理问题。但对于实验很多细节问题有较大的遗忘或存在一定的知识漏洞。比如：大部分同学都能背出实验的一个特别注意事项，本实验要求砝码及砝码盘的质量要远小于小车的质量。但却又有绝大部分同学不理解为什么要这样做。也就是他们在解决连接体问题，求解加速度和受力上面思路并不清晰，仍然固执的将砝码及砝码盘的重力当作是小车受到的拉力。所以在此我没有追求速度，让学生停下来，认真独立的推导其原因并分小组讨论汇报总结。很好的解决了在新课中遗留的问题，给以后解决连接体问题排除的障碍。高考实验往往不会直接考原有的现成实验，常会在现有实验的基础上作出创新，所以我安排了一部分时间，让同学们设计和讨论针对此实验还有哪些改进的方法以及用同样的实验器材，还能完成哪些实验。本实验实验器材还可以做些怎样的改进，实验的数据处理还有哪些方法？同学们讨论很认真，思路也非常开阔，提出了很多新的想法。