牛頓第二定律（說課）
一、教材分析
牛頓第二定律是動力學(xué)的核心規(guī)律，動力學(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。為了使學(xué)生對牛頓第二定律的認(rèn)識自然、和諧，本節(jié)之前的“運動狀態(tài)的改變”就是起到了承上啟下的作用。承上，使學(xué)生對第一定律的認(rèn)識得到強(qiáng)化；啟下，即是通過實例的分析使學(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)上借助電腦通過實驗分析，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。由實驗歸納總結(jié)出物理規(guī)律是我們認(rèn)識客觀規(guī)律的重要方法。由于本實驗涉及到三個變量：a、m、F，因此我們用控制變量的方法來進(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�、社會問題的常用方法。通過教學(xué)，使學(xué)生學(xué)習(xí)分析實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(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：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)生知道實驗結(jié)論及定律的內(nèi)容和意義，重點在于要讓學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的；在得出結(jié)論時用了什么樣的科學(xué)方法和手段；在實驗過程中如何控制實驗條件和物理變量，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科學(xué)家的思維方法。
通過本節(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；了解以實驗為基礎(chǔ)，經(jīng)過測量、論證、歸納總結(jié)出結(jié)論并用數(shù)學(xué)公式來表達(dá)物理規(guī)律的研究方法，使學(xué)生體會到物理規(guī)律的簡單美。
本節(jié)課的重點是成功地進(jìn)行了演示實驗和用電腦對數(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驗為主的，知識教學(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、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，達(dá)到共同促進(jìn)的作用，則物理教學(xué)的效果會更好，更有利于提高學(xué)生的素質(zhì)�！巴秸{(diào)控”模式中，沒有單純地就方法講方法，而是將知識的學(xué)習(xí)，方法的掌握，能力的培養(yǎng)，實事求是的科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成有機(jī)地結(jié)合起來，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，控制教學(xué)活動的進(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，更注意了學(xué)生的主體作用，有意識地設(shè)置教學(xué)活動的環(huán)境，讓學(xué)生參與實驗的設(shè)計，邊演示、邊提問，讓學(xué)生邊觀察、邊思考，再從實驗數(shù)據(jù)總結(jié)出結(jié)論，最大限度地調(diào)動學(xué)生積極參與教學(xué)活動。在教材難點處適當(dāng)放慢節(jié)奏，給學(xué)生充分的時間進(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)活動中學(xué)習(xí)知識，掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)造力及實事求是的科學(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動，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，鼓勵學(xué)生進(jìn)行猜測，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)計實驗方案
在引入課題后，啟發(fā)學(xué)生思考：我們?nèi)绾蝸硌芯?/SPAN>F、m、a三者之間的關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生得出用實驗法先確定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，人教版）中牛頓第二定律實驗不足（夾子很難同時夾住兩細(xì)線；由于線的彈力，小車要反沖后才能停下，實驗誤差大），我設(shè)計了用電腦輔助來探索a與F、m關(guān)系的實驗，如附圖。遮光片寬度L，通過光電門時間分別t1和t2，兩只光電門間距為s。當(dāng)滑塊通過光電門時，光電門產(chǎn)生一個脈沖，通過計時器中的三極管放大后，從計算機(jī)LPT口輸入，調(diào)用計算機(jī)定時中斷來計算時間，然后利用公式
計算出加速度的值，結(jié)果顯示在表格中，同時在坐標(biāo)圖上標(biāo)上點，實驗結(jié)束后，程序提供一個畫直線模塊，可用光標(biāo)來控制直線的斜率。
3．進(jìn)行實驗探索
請兩位同學(xué)上臺操作，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，測出拉力分別為0.05N、0.10N0.15N和0.20N時的加速度，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，測出物體的質(zhì)量分別為200g、282g、332g和382g時的加速度，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)生分析實驗結(jié)果，得出F＝kma，在國際單位制中，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)物體受幾個力作用而做加速運動時，F應(yīng)為合力。由于力和加速度都是矢量，引導(dǎo)學(xué)生通過實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)
通過三道典型的問答和計算題，鞏固學(xué)生對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際問題打下基礎(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動聯(lián)系起來的橋梁，是我們解決許多力學(xué)乃至整個物理問題的一個重要武器，是我們學(xué)習(xí)物理的一個重點，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驗歸納法是人們研究自然、社會的一種常用方法，列表法和圖象法是處理實驗數(shù)據(jù)的常用方法，我們還學(xué)了用數(shù)學(xué)公式來表達(dá)物理規(guī)律的方法，希望大家熟悉并能運用這些方法。
（富陽中學(xué) 浙江 何文明 311400）