第三章B 牛顿第二定律教学建议

（一）学习目标

1．理解力是改变物体运动状态的原因；理解牛顿第二定律，会进行简单的计算；会用DIS研究加速度与力、质量的关系。

2．经历探究加速度与力、质量关系得出牛顿第二定律的过程，感受控制变量和归纳方法。

3．通过牛顿定律的应用实例，感悟牛顿第二定律在实际生活中的重要意义。

（二）重点和难点

本节重点是牛顿第二定律。

本节难点是实验探究得出规律的过程。

（三）教学建议

本节教材编写的脉络是：引言部分希望学生用滑板车进行体验，目的是在学生亲身感受的基础上开始学习（没有滑板，用溜冰鞋、自行车、手推车都行）；然后讨论力是改变物体运动状态的原因；接着就要求学生猜想加速度与哪些因素有关，有怎样的关系。这里是先让学生思维发散，通过讨论将学生引导到集中探究a与F，a与m的关系，即两个主要实验上。通过实验得出结论并归纳出牛顿第二定律。然后学习如何应用牛顿第二定律正确理解的问题，在这个环节上，教材没有采用灌输、叙述的办法来说明a与F的因果关系、矢量关系和瞬时关系，以及F是合力等问题，而是采用“大家谈”讨论几个具体问题来加强理解。接着是对定律进行基本应用，既有规范的示例又有自主训练。最后用牛顿第二定律阐述质量是惯性大小的量度。归纳起来是一个从体验到探究、从讨论到应用的自主学习过程。

本节教材建议用2课时，第1课时至牛顿第二定律的得出为止，第2课时自“大家谈”开始。

1．关于“物体运动状态的改变”的教学建议

这部分内容是从牛顿第一定律向牛顿第二定律的过渡，教材写得很简单，这部分宜从两个层次来说明。

（1）运动状态与运动状态的改变

在通常情况下，具有一定质量的物体在某一时刻相对于某一惯性系具有的速度，就表示该物体处在某一运动状态（对学生不必强调相对于什么参考系，因为我们所研究的问题都是属于惯性系的问题）。如果物体保持其匀速直线运动状态或静止状态则叫做运动状态不变，如果物体运动速度的大小或方向发生改变，即产生了加速度，则运动状态发生了改变。在这基础上可以让学生对运动状态的改变作具体的描述，如由静止到运动，由运动到停止运动，运动由快变慢或由慢变快，运动方向发生改变或运动快慢和方向均发生改变等。

（2）力是使物体产生加速度的原因

根据牛顿第一运动定律，物体保持原来运动状态不变的条件是不受外力作用（或外力的合力为零），那么要改变运动状态就必须有外力，然后通过举例说明外力是使物体产生加速度的原因。这里可介绍我国古代在研究力与运动的关系方面的一些成就，如在春秋战国时期，大思想家墨翟在所著《墨经》中写道：“力，刑之所以奋也。”古代刑与形通用，指的是形体可见的物体。“奋”与“动”的意思相近，但又有所不同，奋有奋进、奋起、奋发的意思，如果动指的是运动，那么“奋”则是运动变化的意思。古人用奋而不用动，其含义是很深刻的。全句的整个意思是“力是使物体加速的原因”。

2．关于探索研究“加速度与力、加速度与质量关系”的教学建议

本节中探究实验是在学生学会用DIS求小车的加速度基础上，来研究加速度与力、质量的关系。

（1）探究的开始提出了“猜想”的要求，猜想在科学探究中的重要作用首先在于它是科学结论的先导，如果猜想一旦得到实验结果的支持，它就可能发展成为科学结论。因此猜想能帮助探究者明确探究的内容和方向，指导探究沿着预定的目标展开，避免探究的盲目性。

本实验是一项重点探究活动。要求学生先独立思考，猜想之后再相互交流讨论，设计各种方案。如测加速度可以用光电门、频闪照相等，方案中也可以用传统方法，如斜面法和两小车同时运动的比较位移法，也包括DIS等。

在此基础上再比较方案的优劣，最后引导学生统一采用课本推荐的方法进行探究。

（2）关于实验的探究性。教材没有给出确定的学生实验方案，学生可参考课本提供的选用方案，但这是最低要求，应鼓励学生自己设计不同方案。这种既能引导又有一定自由度，是引导学生提高探究能力的较好途径。这种有别于背诵实验器材、步骤等条文的做法，是本书所做的努力之一。

实际上牛顿第二定律不是通过一两次实验就能探究出来的，它是大量事实（包括天体运动）的总结。本实验冠以“研究”之名，是想让学生在实验过程中对发现的问题进行探讨。实验中所绘制的a-F曲线可能不经过坐标原点，学生可在反复实验中寻找产生问题的原因。如果学生能够认识到任何测量其精度都是有限的，能够认识到科学理论的产生方式，这要比忙于为学生填充知识、训练技能，而不重视让学生去发现、去探讨、去感受有效得多。依据实验中出现的情景，引导学生提出疑问，并着手解决问题，在探索中培养获取知识、运用知识的能力，而这种能力才是终身有用的，也是本书倡导的一种学习方式。

（3）在实验1中要求学生从计算机屏幕上读出的数据记录在表格中，并描绘在方格纸上。

依据实验中的数据画出数据点，然后得出图像，这种实验的基本要求，在这里又一次得到强调和深化。尽管DIS软件已设计了绘图功能，但教材中要求学生手工绘图，这是一种过程的体验，学生可在手工绘图后，再用计算机验证。

在实验注意事项中提到选用摩擦力小的轨道，意味着轨道只需保持水平，不必平衡摩擦力。选用小质量钩码是为了提高实验精确度。

（4）实验2是研究a与m关系的实验，又一次要求用图像处理数据，即用测量点来描绘曲线，找出规律。但从数据点看，a与m的关系不是简单的线性关系，这就要尝试作出a-1/m 、a-1/m² 等图像，应用DIS就能方便地找到合适的拟合曲线。尝试用某条曲线来“拟合”这些测量点，这是探索性实验常用的方法。

实验中观察到的现象，测量到的数据，得出的结论，很可能跟预期的不一样，跟其他同学的不一样，跟已有的知识不吻合。这时，要求学生能实事求是，尊重事实。

实验案例见“本章参考资料3”。

3．关于“大家谈”的教学建议

教材81页的“大家谈”设置的目的是加深对牛顿第二定律的理解。对“F＝ma”公式的三项讨论，每一项都有重要作用。第1个问题是关于加速度“定义式”与“决定式”的区别。通常在教学中对每一个物理量都要回答好三个问题，即“是什么？”“等于什么？”“取决于什么？”，如下表所示。

Δv/Δt 是从运动学角度对加速度的描述，F/m 是动力学角度对加速度的描述。加速度可以用Δv/Δt 等来量度，但它的大小取决于F/m 的值，方向取决于F。

第2个问题表明a与F是瞬时关系，对m一定的物体，力减小，加速度随即减小，一旦撤消外力，加速度立即变为零。a与F是矢量关系，两者的方向始终是一致的。

第3个问题表明F＝ma公式中F是合外力。

4．教材中“自主活动”的参考答案

教材中自主活动的参考答案是：

对于步枪：F＝ma＝0.05×5×10⁵kg•m/s²＝2.5×10⁴N。

对于轿车：a＝v/t ＝100/3.6×8.2 m/s²＝3.39m/s²。

F＝ma＝1800×3.39N＝6.1×10³N。

两者一比较，便可发现轿车的推力不如子弹。

5．关于“质量是物体惯性大小的量度”的教学建议

本问题的教学可以先对一两个实例进行分析，然后再加以概括。接着，可以参考下面一段话来阐明： “外力可以改变物体的运动状态，相同的力对不同质量的物体运动状态的改变的难易程度是不相同的，质量越大的物体的运动状态越难改变，也就是越能保持其原有运动状态，这就是说质量大的物体惯性大，这表明质量是物体惯性大小的量度。”

（四）作业说明

本节共有练习题12道，如果安排2课时，第1课时建议布置第1、2、3、4、5题，第2课时布置其余各题。

参考答案如下：

A组

1．3kg 9N

2．C

3．B

4．2m/s² 向东 5.8 m/s² 东偏南θ角，θ＝31°

5．可以，炮弹质量大惯性大

6．20N，30N

B组

7．19 1（物体不在地面上，在空中，拉力与重力同方向时加速度最大，反方向时加速度最小）

8．4 向西 5 西偏北37°

9．略

10．物体速度变化较慢，则物体的加速度a较小，由m＝F/a 可知，当F相同时，a越小，m越大；当a相同时，F越大m也越大，所以质量m是物体惯性大小的量度

11．3.7×10⁴N

12．如图2所示

发布时间：2010/1/21 下午4:33:52  阅读次数：4960