牛頓第二定律（說(shuō)課）
一、教材分析
牛頓第二定律是動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律，動(dòng)力學(xué)又是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)熱學(xué)、電學(xué)等其它部分知識(shí)所必須掌握的內(nèi)容。所以，牛頓第二定律是本章的中心內(nèi)容，更是本章的教學(xué)重點(diǎn)。為了使學(xué)生對(duì)牛頓第二定律的認(rèn)識(shí)自然、和諧，本節(jié)之前的“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變”就是起到了承上啟下的作用。承上，使學(xué)生對(duì)第一定律的認(rèn)識(shí)得到強(qiáng)化；啟下，即是通過(guò)實(shí)例的分析使學(xué)生定性地了解了牛頓第二定律的內(nèi)容。本節(jié)教材是在前一節(jié)的基礎(chǔ)上借助電腦通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，再進(jìn)行歸納后總結(jié)出定量描述加速度、力和質(zhì)量三者關(guān)系的牛頓第二定律。由實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)出物理規(guī)律是我們認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律的重要方法。由于本實(shí)驗(yàn)涉及到三個(gè)變量：a、m、F，因此我們用控制變量的方法來(lái)進(jìn)行研究：先確定物體的質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再確定力，研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系。在以后學(xué)習(xí)氣體的狀態(tài)變化規(guī)律，平行板電容器的電容，金屬導(dǎo)體的電阻等內(nèi)容中都用到了這一方法�？刂谱兞糠ㄒ彩俏覀冄芯孔匀弧⑸鐣�(huì)問(wèn)題的常用方法。通過(guò)教學(xué)，使學(xué)生學(xué)習(xí)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的兩種常用方法一列表法和圖象法，了解圖象法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)：直觀、減小誤差（取平均值的概念），及圖象的變換，從a-m圖（曲線）變到a-1／m圖（直線），在驗(yàn)證玻-馬定律中也用了這種方法。根據(jù)以上分析，我們知道本節(jié)課的教學(xué)目的不全是為了讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)結(jié)論及定律的內(nèi)容和意義，重點(diǎn)在于要讓學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的；在得出結(jié)論時(shí)用了什么樣的科學(xué)方法和手段；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如何控制實(shí)驗(yàn)條件和物理變量，如何用數(shù)學(xué)公式表達(dá)物理規(guī)律。讓學(xué)生沿著科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理定律的歷史足跡體會(huì)科學(xué)家的思維方法。
通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生記住牛頓第二定律的表達(dá)式；理解各物理量及公式的物理意義；了解以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)測(cè)量、論證、歸納總結(jié)出結(jié)論并用數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)物理規(guī)律的研究方法，使學(xué)生體會(huì)到物理規(guī)律的簡(jiǎn)單美。
本節(jié)課的重點(diǎn)是成功地進(jìn)行了演示實(shí)驗(yàn)和用電腦對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這是本節(jié)課的核心，是本節(jié)課成敗的關(guān)鍵。
二、教法和學(xué)法
本節(jié)課采用以電腦輔助演示實(shí)驗(yàn)為主的，知識(shí)教學(xué)與科學(xué)方法教育相結(jié)合的“同步調(diào)控”模式。
按系統(tǒng)論的整體性功能原理，整體功能要大于各要素功能之和。物理的知識(shí)、方法、能力、科學(xué)態(tài)度等都是教學(xué)的要素，如果把這些要素有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到共同促進(jìn)的作用，則物理教學(xué)的效果會(huì)更好，更有利于提高學(xué)生的素質(zhì)�！巴秸{(diào)控”模式中，沒(méi)有單純地就方法講方法，而是將知識(shí)的學(xué)習(xí)，方法的掌握，能力的培養(yǎng)，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，就是基于系統(tǒng)的整體性功能原理考慮的。
再則，按教學(xué)論中教為主導(dǎo)，學(xué)為主體的原則，教師的任務(wù)是制訂目標(biāo)，組織教學(xué)活動(dòng)，控制教學(xué)活動(dòng)的進(jìn)程，并隨機(jī)應(yīng)變，排除障礙，并承認(rèn)和尊重學(xué)生的主體地位�！巴秸{(diào)控”的模式既注意了教的作用，將教師置于“調(diào)控”地位。同時(shí)，更注意了學(xué)生的主體作用，有意識(shí)地設(shè)置教學(xué)活動(dòng)的環(huán)境，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，邊演示、邊提問(wèn)，讓學(xué)生邊觀察、邊思考，再?gòu)膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出結(jié)論，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)。在教材難點(diǎn)處適當(dāng)放慢節(jié)奏，給學(xué)生充分的時(shí)間進(jìn)行思考和討論，如從a-m圖象，猜想a與m成反比，然后畫出a-1／m圖，得出正確的結(jié)論。讓學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中學(xué)習(xí)知識(shí)，掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)造力及實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，以達(dá)到規(guī)定的教學(xué)目標(biāo)和最佳效果。
三、教學(xué)程序
1．問(wèn)題引入新課
光滑水平面上的物體受水平拉力作用而做加速運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生分析物體的質(zhì)量，加速度，拉力三者之間的定性關(guān)系，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行猜測(cè)，它們成正比、成反比、不成比例等。然后指明本節(jié)課我們大家一起來(lái)探索得出三者之間的定量關(guān)系，從而導(dǎo)出課題——牛頓第二定律。這樣導(dǎo)入的用意是提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和參于探索的積極性。
2．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案
在引入課題后，啟發(fā)學(xué)生思考：我們?nèi)绾蝸?lái)研究F、m、a三者之間的關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生得出用實(shí)驗(yàn)法先確定m，研究a與F的關(guān)系；再確定F，研究a與m的關(guān)系，最后得出三者的定量關(guān)系。由于教材（必修第一冊(cè)，人教版）中牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)不足（夾子很難同時(shí)夾住兩細(xì)線；由于線的彈力，小車要反沖后才能停下，實(shí)驗(yàn)誤差大），我設(shè)計(jì)了用電腦輔助來(lái)探索a與F、m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，如附圖。遮光片寬度L，通過(guò)光電門時(shí)間分別t1和t2，兩只光電門間距為s。當(dāng)滑塊通過(guò)光電門時(shí)，光電門產(chǎn)生一個(gè)脈沖，通過(guò)計(jì)時(shí)器中的三極管放大后，從計(jì)算機(jī)LPT口輸入，調(diào)用計(jì)算機(jī)定時(shí)中斷來(lái)計(jì)算時(shí)間，然后利用公式
計(jì)算出加速度的值，結(jié)果顯示在表格中，同時(shí)在坐標(biāo)圖上標(biāo)上點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，程序提供一個(gè)畫直線模塊，可用光標(biāo)來(lái)控制直線的斜率。
3．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索
請(qǐng)兩位同學(xué)上臺(tái)操作，其他同學(xué)邊觀察、邊思考，教師控制電腦。先保持物體質(zhì)量為200g不變，測(cè)出拉力分別為0.05N、0.10N0.15N和0.20N時(shí)的加速度，填入表中和a-F圖上，顯示投影在大屏幕上，引導(dǎo)學(xué)生得出a∝F的結(jié)論。然后再保持拉力為0.10N不變，測(cè)出物體的質(zhì)量分別為200g、282g、332g和382g時(shí)的加速度，填入表中和a-m圖上。在a-m圖上可看到隨m的增大a逐漸減小，但它們的關(guān)系不明確。引導(dǎo)學(xué)生大膽猜測(cè)a與m成反比，再畫出 a-1／m圖，得到結(jié)論a∝1／m。
4．分析歸納結(jié)論
引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出F＝kma，在國(guó)際單位制中，定義1N=1kg·m/s2就可以得出牛頓第二定律F＝ma。然于進(jìn)行合理的外推，當(dāng)物體受幾個(gè)力作用而做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，F應(yīng)為合力。由于力和加速度都是矢量，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)例得到加速度的方向與合外力的方向一致。
5．應(yīng)用鞏固練習(xí)
通過(guò)三道典型的問(wèn)答和計(jì)算題，鞏固學(xué)生對(duì)牛頓第二定律中各物理量的意義和加速度方向與合外力方向一致的理解，為進(jìn)一步用牛頓第二定律解決實(shí)際問(wèn)題打下基礎(chǔ)。
6．總結(jié)
告訴學(xué)生我們本節(jié)課學(xué)的牛頓第二定律是把力和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)的橋梁，是我們解決許多力學(xué)乃至整個(gè)物理問(wèn)題的一個(gè)重要武器，是我們學(xué)習(xí)物理的一個(gè)重點(diǎn)，要求大家很好地理解、掌握、應(yīng)用它。而這節(jié)課所用的電腦輔助的實(shí)驗(yàn)歸納法是人們研究自然、社會(huì)的一種常用方法，列表法和圖象法是處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的常用方法，我們還學(xué)了用數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)物理規(guī)律的方法，希望大家熟悉并能運(yùn)用這些方法。
（富陽(yáng)中學(xué) 浙江 何文明 311400）