《牛頓第二定理》教學(xué)設(shè)計(jì)
1. 教材分析
所用教材是人民教育出版社數(shù)學(xué)室編著的《普通中學(xué)教材化學(xué)（選修）》第一卷。 本節(jié)中牛頓第一定律的內(nèi)容初中，牛頓第二定理定量研究了力與加速度之間的關(guān)系。 因?yàn)樾W(xué)的熱量部分是建立在牛頓定理基礎(chǔ)上建立的體系，所以牛頓三大定理中，牛頓第二定理是核心。 因此，從上面的分析可以知道，這一部分的內(nèi)容占據(jù)著非常重要的地位。
牛頓第二定理涉及三個(gè)變量。 本節(jié)采用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索，并在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到牛頓第二定理。 控制變量法是一種非常重要的數(shù)學(xué)研究方法，這些技術(shù)將用于后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)，例如電容和電阻。 本節(jié)內(nèi)容對于培養(yǎng)中學(xué)生掌握“物理研究方法”也具有十分重要的意義。 2． 學(xué)生分析
中學(xué)生已經(jīng)掌握了運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)、以受力分析為核心的基礎(chǔ)熱學(xué)知識(shí)、牛頓第一運(yùn)動(dòng)定理，這是本課的知識(shí)基礎(chǔ)； 在技??能方面，要求中學(xué)生具備熟練的實(shí)驗(yàn)操作技能。 考慮到高中生的具體思維能力不強(qiáng)，在教學(xué)過程中需要為中學(xué)生提供足夠的感性材料，豐富中學(xué)生的數(shù)學(xué)幻想。 以中學(xué)生的興趣為平臺(tái)，讓中學(xué)生自己探索，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)中學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。3． 教學(xué)目標(biāo)
1. 知識(shí)與技能
①理解并掌握牛頓第二定理的內(nèi)容。
② 認(rèn)識(shí)加速度方向與合外力方向的瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系。
③通過實(shí)驗(yàn)，提高中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，培養(yǎng)中學(xué)生觀察、分析、歸納、總結(jié)的能力，應(yīng)用牛頓第二定理解釋現(xiàn)實(shí)生活中的相關(guān)動(dòng)態(tài)現(xiàn)象。
2、流程與技巧
①使中學(xué)生初步掌握用控制變量法研究化學(xué)問題的方法。
②中學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使中學(xué)生能夠使用Excel電子表格處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而完善牛頓第二定理。
3、情感心態(tài)和價(jià)值觀
①通過中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)中學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作精神和合作意識(shí)，勇于提出與他人不同的意見，勇于糾正錯(cuò)誤。
②培養(yǎng)中學(xué)生嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)有序的思維習(xí)慣。
四、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)
借助控制變量法，通過實(shí)驗(yàn)探索，完善牛頓第二定理是本節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
5. 教學(xué)與學(xué)習(xí)
教學(xué)方法：本部分采用班主任指導(dǎo)、中學(xué)生探究、以實(shí)驗(yàn)為主的探究式教學(xué)方法。
學(xué)習(xí)方法：全班分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析討論，各組舉一反三。 最后，全班同學(xué)作出說明性總結(jié)。 6． 教學(xué)媒體
多媒體、CAI軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（細(xì)線、天平、砝碼、彈簧秤、手推車、掛鉤、秤、夾子等）7． 教學(xué)流程
（一）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課
1.備考題：可以用哪些數(shù)學(xué)量來描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的速度？ （中學(xué)生回答：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的快慢用加速度來描述。） 2、入門題：
（1）向中學(xué)生提供兩張現(xiàn)實(shí)生活中學(xué)生比較感興趣的圖片（戰(zhàn)斗機(jī)、F1賽車）。 通過戰(zhàn)斗機(jī)與普通飛機(jī)、F1賽車與普通車輛的比較，無論是在材質(zhì)還是體積上，提出問題：為什么會(huì)有這些差異？ 其目的是什么？
（中學(xué)生回答：目的是為了讓戰(zhàn)斗機(jī)和F1賽車變得更小，運(yùn)動(dòng)更“靈活”。） （2）播放一段“戰(zhàn)斗機(jī)在進(jìn)入跑道之前拋棄副油箱并加大發(fā)動(dòng)機(jī)”的視頻。向中學(xué)生介紹“戰(zhàn)斗狀態(tài)”，并提出問題：戰(zhàn)斗機(jī)飛行員這兩次操作的目的是什么？
（中學(xué)生回答：這兩個(gè)操作的目的是為了讓戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)入戰(zhàn)斗狀態(tài)時(shí)更加“靈活”，從而更容易躲避機(jī)槍的攻擊。）
通過思考（1）和（2）兩個(gè)問題的答案，得出結(jié)論：“靈活”這個(gè)成語的數(shù)學(xué)語言描述是更容易改變機(jī)器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即“讓機(jī)器有更大的加速度》引導(dǎo)中學(xué)生思考一下，我們是否可以從上面的內(nèi)容推斷出物體的加速度與什么原因有關(guān)呢？ 【通過列舉貼近現(xiàn)實(shí)生活和中學(xué)生興趣的例子，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中數(shù)學(xué)問題、學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)科學(xué)的好習(xí)慣。 】
（中學(xué)生從“戰(zhàn)斗中放棄副油箱”猜測加速度a可能與物體本身的質(zhì)量m有關(guān)；從“加強(qiáng)戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)”）
這時(shí)，班主任會(huì)對他們猜到的答案給予肯定，同時(shí)給予他們鼓勵(lì)和表揚(yáng)，從而激勵(lì)他們繼續(xù)前進(jìn)。
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持續(xù)思考的動(dòng)力。
班主任：現(xiàn)在我們可以初步確認(rèn)“物體的加速度a與物體本身的質(zhì)量m和所受的力F有關(guān)”，那么這些關(guān)系是什么呢？ 有一定的比例嗎？ 通過這種問題讓中學(xué)生順利進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)——活動(dòng)探究。
（二）活動(dòng)探索——物體的加速度a、質(zhì)量m和斥力F之間的關(guān)系 1、確定研究方法——控制變量法
班主任：有兩個(gè)激勵(lì)措施是與a有關(guān)的。 我們是否可以固定其中一個(gè)數(shù)學(xué)量，然后改變另一個(gè)數(shù)學(xué)量，來探究其變化與加速度a之間的關(guān)系，這在數(shù)學(xué)中經(jīng)常用到。 方法——控制變量法。 【引導(dǎo)中學(xué)生大膽思考，激發(fā)中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)中學(xué)生參與意識(shí)。 】
2. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案
A、分組設(shè)計(jì)探索實(shí)驗(yàn)方案：包括（設(shè)備選擇、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄與處理）。 B. 教師選出某一組的代表上臺(tái)表達(dá)設(shè)計(jì)方案，并給出一些建議，并要求其他組的學(xué)生進(jìn)行交流、討論和改進(jìn)代表組的方案，最終得出一個(gè)最優(yōu)方案。 【鼓勵(lì)中學(xué)生積極思考牛頓第一定律的內(nèi)容初中，優(yōu)化組合，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)方案。 】
3. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究
(1)用投影儀展示最優(yōu)方案、測試注意事項(xiàng)及其具體步驟。 （二）具體步驟（實(shí)驗(yàn)流程和演示實(shí)驗(yàn)見教學(xué)計(jì)劃）。 （三）對一些遇到困難的群體給予一定的指導(dǎo)和幫助。
(4)指出應(yīng)記錄多次實(shí)驗(yàn)、多組數(shù)據(jù)，制定數(shù)據(jù)處理計(jì)劃。
【合理選用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使實(shí)驗(yàn)變得簡單，借助夾子同時(shí)控制兩輛卡車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，突出
認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)同時(shí)性的重要性。 】
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4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其處理
表1：物體的質(zhì)量固定，改變施加在物體上的斥力。 12345組指轎廂繩上鉤代號(hào)/g（F1）。轎廂繩上位移測試鉤代號(hào)/g（F2）位移x1/．5x2/（兩車質(zhì)量均為200g） +100克)
表2：對表1數(shù)據(jù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理組.52.02.53.03.5（兩輛車質(zhì)量均為200g+100g）
表3：施加在物體上的斥力保持不變，物體的質(zhì)量根據(jù)小車的總質(zhì)量和小車上的組重量而變化/g(m1) 12345
1.431.872.32.633.37 試驗(yàn)車輛及車上重量的總質(zhì)量/g(m2) 位移位移x1/cm33./cm51.
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