資源簡介

4.5《牛頓運動定律的應用》課時教案
學科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 粵教版高中物理必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于粵教版高中物理必修第一冊第四章第五節，是牛頓運動定律學習的深化與應用階段。教材通過典型實例，引導學生運用牛頓第二定律解決實際問題，強調受力分析與運動分析的結合。本節內容承上啟下，既是對前幾節知識的綜合運用，也為后續學習動力學問題打下堅實基礎。教材設計注重從生活情境出發，體現物理與生活的聯系，突出科學思維的培養。
學情分析
高一學生已初步掌握牛頓三大定律的基本內容，具備一定的受力分析能力，但對復雜情境下的多過程問題仍存在理解障礙。學生在數學運算、矢量合成與分解方面基礎較弱，容易在建立坐標系和列方程時出錯。同時，部分學生缺乏將實際問題轉化為物理模型的能力。針對這些問題，教學中應通過情境創設、小組合作、逐步引導等方式，幫助學生構建解題思維路徑，提升建模與推理能力。
課時教學目標
物理觀念
1. 能準確理解并運用牛頓第二定律F=ma解決直線運動中的動力學問題，掌握加速度與合外力的瞬時對應關系。
2. 能結合實際情境建立物理模型，理解力與運動之間的因果關系，形成系統的動力學觀念。
科學思維
1. 能通過受力分析和運動分析，構建“力—加速度—運動”的邏輯鏈條，提升模型建構與科學推理能力。
2. 能運用正交分解法處理斜面上的物體運動問題，掌握多步驟問題的拆解與整合方法。
科學探究
1. 能在教師引導下設計簡單的實驗方案，驗證加速度與合外力、質量的關系，體驗探究過程。
2. 能通過小組合作完成典型例題的分析與解答，提升問題解決中的協作與表達能力。
科學態度與責任
1. 能在解題過程中保持嚴謹求實的態度，尊重實驗數據與物理規律，養成規范解題的習慣。
2. 能認識牛頓定律在科技發展與工程實踐中的廣泛應用，增強對物理學科價值的認同感。
教學重點、難點
重點
1. 掌握應用牛頓第二定律解決動力學問題的基本思路與步驟。
2. 能正確進行受力分析，建立直角坐標系并列寫動力學方程。
難點
1. 在多力作用下準確求解物體的加速度，并與運動學公式結合求解位移、速度等參量。
2. 對斜面、連接體等復雜情境建立物理模型，理解力的獨立作用原理與系統整體法的適用條件。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法
教具準備
多媒體課件、滑塊斜面演示裝置、彈簧測力計、小車軌道系統
教學環節 教師活動 學生活動
情景導入
【5分鐘】 一、創設真實情境，激發探究興趣 （一）、播放視頻引入生活問題
教師播放一段城市交通監控視頻：一輛轎車在雨天剎車時滑行距離明顯長于晴天，最終險些追尾前車。視頻定格在“剎車痕跡”畫面上，引導學生觀察并思考：
“為什么雨天剎車距離更長？這背后隱藏著怎樣的物理原理？”
接著展示一組數據：某型號汽車在干燥路面剎車加速度可達6 m/s ，而在濕滑路面僅為3 m/s 。若汽車以72 km/h（即20 m/s）行駛，分別計算兩種情況下剎車距離。
教師引導學生回憶勻變速直線運動公式v = v + 2ax，代入數據得出：干燥路面剎車距離約33.3米，濕滑路面則長達66.7米——整整多出一倍！
此時教師提出：“加速度為何會變化？是誰在‘控制’這個加速度？”自然引出“合外力決定加速度”的核心思想，為牛頓第二定律的應用埋下伏筆。
（二）、回顧知識鏈條，構建思維橋梁
教師在黑板上繪制思維導圖框架：“運動”與“力”兩大分支。
提問：“我們學過哪些描述運動的物理量？”學生回答后，教師板書：位移x、速度v、加速度a。
再問：“哪些力會影響物體的運動狀態？”引導學生說出重力、彈力、摩擦力等，并強調“合外力ΣF”。
最后，教師用紅色粉筆將“加速度a”與“合外力ΣF”用箭頭連接，并寫下F = ma，強調：“這就是連接‘力’與‘運動’的橋梁——牛頓第二定律。”
過渡語：“今天，我們就踏上這座橋梁，去看看它是如何幫助我們破解現實世界中的運動之謎的。” 1. 思考雨天剎車距離變長的原因。
2. 參與討論，嘗試用已有知識解釋現象。
3. 回憶運動學公式，參與計算剎車距離。
4. 跟隨教師回顧知識，建立力與運動的聯系。
評價任務 現象解釋：☆☆☆
公式應用：☆☆☆
概念關聯：☆☆☆
設計意圖 通過貼近生活的交通事故視頻，創設真實問題情境，激發學生探究欲望。利用數據對比引發認知沖突，凸顯加速度的重要性。通過思維導圖梳理已有知識，明確本節課的知識錨點，幫助學生建立“力—加速度—運動”的整體認知框架，實現從現象到本質的思維躍遷。
新知探究
【15分鐘】 一、典例剖析：水平面上的勻加速運動 （一）、呈現例題，引導審題建模
教師投影出示例題：
“質量為5 kg的物體靜止在水平地面上，受到一個與水平方向成37°斜向上的拉力F = 50 N作用，物體與地面間的動摩擦因數μ = 0.4。求物體的加速度大小。（sin37° = 0.6，cos37° = 0.8，g = 10 m/s ）”
教師引導學生逐句分析：“物體初始狀態如何？受哪些力？哪些是已知量？要求什么？”
強調建模步驟：① 明確研究對象；② 分析受力；③ 建立坐標系；④ 正交分解；⑤ 列牛頓第二定律方程。
教師示范畫出受力示意圖：重力mg豎直向下，支持力N豎直向上，拉力F斜向上37°，摩擦力f水平向左。
（二）、分步講解，強化思維訓練
教師帶領學生建立直角坐標系：x軸沿水平方向，y軸沿豎直方向。
進行正交分解：將拉力F分解為Fx = Fcos37° = 50 × 0.8 = 40 N（水平向右），Fy = Fsin37° = 50 × 0.6 = 30 N（豎直向上）。
在y方向上，物體無豎直加速度，故合力為零：N + Fy = mg → N = mg - Fy = 5×10 - 30 = 20 N。
接著求滑動摩擦力：f = μN = 0.4 × 20 = 8 N。
在x方向上，合外力為Fx - f = 40 - 8 = 32 N。
根據牛頓第二定律：a = ΣFx / m = 32 / 5 = 6.4 m/s 。
教師強調：“加速度的方向由合外力方向決定，此處為水平向右。”
最后總結解題流程：“一畫（受力圖）、二分（正交分解）、三列（方程）、四算（結果）。” 1. 閱讀例題，提取關鍵信息。
2. 觀察教師示范，學習受力分析方法。
3. 跟隨教師思路，參與計算過程。
4. 理解并記憶解題步驟。
評價任務 建模能力：☆☆☆
分解準確：☆☆☆
方程正確：☆☆☆
設計意圖 通過典型例題的完整示范，系統展示應用牛頓第二定律解題的標準流程。教師邊講邊畫，突出受力分析與正交分解的關鍵環節，幫助學生克服空間想象與矢量處理的困難。通過分步推進，降低認知負荷，使學生在模仿中掌握科學思維方法，逐步形成規范的解題習慣。
合作探究
【12分鐘】 一、小組協作，攻克斜面難題 （一）、布置任務，明確探究目標
教師投影出示合作探究題：
“一個質量為2 kg的滑塊從傾角為37°的光滑斜面頂端由靜止釋放，斜面長為5 m。求滑塊滑到底端時的速度。（sin37° = 0.6，cos37° = 0.8，g = 10 m/s ）”
將全班分為8個小組，每組4人，要求在8分鐘內完成以下任務：
① 畫出滑塊的受力示意圖；
② 建立合適的坐標系（建議x軸沿斜面向下）；
③ 進行力的分解，列出牛頓第二定律方程；
④ 求出加速度a；
⑤ 結合運動學公式求末速度v。
教師巡視各組，重點關注學生是否正確分解重力，是否理解“光滑”意味著無摩擦力，是否能將加速度與位移聯系起來。
（二）、展示交流，深化理解
隨機選取兩組代表上臺展示解題過程。
第一組學生板書：重力mg分解為沿斜面向下的分力mgsinθ和垂直斜面的分力mgcosθ；支持力N與mgcosθ平衡；合外力為mgsinθ = 2×10×0.6 = 12 N；加速度a = F/m = 12/2 = 6 m/s ；由v = 2ax得v = √(2×6×5) = √60 ≈ 7.75 m/s。
教師點評：“思路清晰，分解正確，計算準確！”
第二組提出不同看法：“能否直接用能量守恒？”教師肯定其思維拓展：“很好！這是后續要學的能量方法，但現在我們要專注動力學路徑。”
教師總結：“斜面上物體的加速度a = gsinθ，僅由傾角決定，與質量無關——這就是伽利略比薩斜塔實驗的深層含義。” 1. 小組分工，合作完成受力分析與計算。
2. 討論坐標系選擇與力的分解方式。
3. 推選代表展示解題過程。
4. 傾聽他人思路，參與課堂交流。
評價任務 合作參與：☆☆☆
模型正確：☆☆☆
結果準確：☆☆☆
設計意圖 通過小組合作探究，讓學生在真實的問題解決中主動建構知識。斜面問題具有代表性，能有效訓練學生對坐標系旋轉與重力分解的理解。展示環節促進思維碰撞，教師適時引導，既肯定創新思維，又緊扣本課主題。通過合作學習，提升學生的溝通能力與團隊意識，實現知識、能力、情感的協同發展。
實驗驗證
【8分鐘】 一、動手操作，感受定律真諦 （一）、演示實驗，直觀呈現規律
教師演示“小車-滑輪-砝碼”系統實驗：
將一輛質量已知的小車置于光滑軌道上，通過細繩跨過定滑輪連接砝碼盤。不斷增加砝碼質量，觀察小車加速度的變化。
使用光電門與數字計時器測量小車通過固定距離的時間，計算加速度。
教師記錄多組數據（合外力F與加速度a），并在投影上實時繪制F-a圖像，顯示為一條過原點的直線，驗證F ∝ a。
再保持拉力不變，增加小車質量，重復實驗，繪制a-1/m圖像，同樣呈線性關系，驗證a ∝ 1/m。
（二）、引導觀察，提煉物理本質
教師提問：“圖像為什么是直線？斜率代表什么？”
引導學生回答：“說明合外力與加速度成正比。”
“斜率越大，說明什么？”
學生思考后答：“質量越小，加速度越大。”
教師總結：“實驗再次證明F = ma不是抽象公式，而是自然界的真實寫照。正如愛因斯坦所說：‘宇宙最不可理解之處，就在于它是可以理解的。’我們正一步步揭開它的面紗。” 1. 觀察實驗裝置與操作過程。
2. 記錄實驗數據，關注圖像變化。
3. 思考圖像意義，參與問題回答。
4. 理解實驗結論與定律的關系。
評價任務 觀察能力：☆☆☆
數據分析：☆☆☆
規律提煉：☆☆☆
設計意圖 通過經典實驗的直觀演示，將抽象的定律轉化為可感知的現象，增強學生的感性認識。實時繪圖技術使規律可視化，幫助學生理解正比與反比關系。通過提問引導學生從現象走向本質，培養科學探究素養。實驗不僅是驗證，更是激發敬畏之心——對自然規律的敬畏，對科學精神的敬仰。
課堂總結
【5分鐘】 一、升華主題，啟迪人生 （一）、結構化回顧知識脈絡
教師帶領學生回顧本節課三大環節：
“我們從雨天剎車的距離之謎出發，認識到加速度是連接力與運動的橋梁；
通過水平拉力與斜面滑塊兩個典型問題，掌握了‘畫—分—列—算’四步解題法；
又通過實驗親眼見證了F、m、a三者之間的定量關系。”
板書核心公式F = ma，并標注“瞬時性、矢量性、同體性”三個關鍵詞。
（二）、情景化升華科學精神
教師深情講述：“三百多年前，牛頓在蘋果樹下思索，最終揭示了支配天體與塵埃的同一法則。今天，我們每個人都在用自己的方式‘發現蘋果’——也許是解出一道難題，也許是看懂一次剎車。
物理不只是公式與計算，它是一種思維方式，一種探索世界的態度。
就像伽利略堅持‘地球仍在轉動’，開普勒在病痛中計算行星軌道，科學的進步從來離不開執著與勇氣。
愿你們在未來的人生道路上，也能像研究物理一樣，面對復雜問題時條分縷析，遭遇阻力時堅持不懈，始終保持一顆好奇而理性的心——因為每一個認真思考的年輕人，都是未來的科學家。” 1. 跟隨教師回顧本課主要內容。
2. 理解解題方法的系統性。
3. 感受物理學科的人文價值。
4. 思考科學精神的現實意義。
評價任務 知識梳理：☆☆☆
方法掌握：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設計意圖 采用“結構化+情景化”雙線總結，既鞏固知識體系，又提升情感價值。通過回顧三大教學環節，強化學習路徑記憶。引用科學史故事，將物理定律與人類探索精神相聯系，賦予課堂更深的文化內涵。結尾寄語激勵學生將科學思維遷移到生活，實現從“學物理”到“做有思想的人”的升華。
作業設計
一、基礎鞏固題
1. 質量為10 kg的物體在水平拉力作用下從靜止開始做勻加速直線運動，4秒內位移為32米。若物體與地面間動摩擦因數為0.2，求拉力大小。（g = 10 m/s ）
2. 一個物體沿傾角為30°的斜面下滑，加速度為4 m/s 。求物體與斜面間的動摩擦因數。（sin30° = 0.5，cos30° = √3/2 ≈ 0.866，g = 10 m/s ）
二、能力提升題
3. 如圖所示，質量為m = 2 kg的物體A通過輕繩跨過光滑定滑輪與質量為m = 3 kg的物體B相連，B置于水平地面上。系統由靜止釋放，求A的加速度及繩中張力。（忽略滑輪質量與空氣阻力）
4. 閱讀材料：航天員在火箭發射升空過程中會承受數倍于體重的“過載”。若某火箭以8 m/s 的加速度豎直上升，求質量為70 kg的航天員對座椅的壓力。（g = 10 m/s ）并思考：這種現象體現了牛頓第幾定律？
【答案解析】
一、基礎鞏固題
1. 解：由x = at 得a = 2x/t = 2×32/16 = 4 m/s ；
f = μmg = 0.2×10×10 = 20 N；
由F - f = ma得F = ma + f = 10×4 + 20 = 60 N。
2. 解：沿斜面方向：mgsinθ - f = ma；
垂直斜面：N = mgcosθ；
f = μN = μmgcosθ；
代入得：gsinθ - μgcosθ = a → 10×0.5 - μ×10×0.866 = 4 → 5 - 8.66μ = 4 → μ ≈ 0.115。
二、能力提升題
3. 解：對整體：m g - m g = (m + m )a → a = (30 - 20)/5 = 2 m/s ；
對A：T - m g = m a → T = 20 + 4 = 24 N。
4. 解：由N - mg = ma → N = m(g + a) = 70×(10 + 8) = 1260 N；
體現了牛頓第二定律，說明支持力大于重力時產生向上加速度。
板書設計
牛頓運動定律的應用
【主標題】F = ma —— 力與運動的橋梁
【左側】知識結構：
力 → 加速度 → 運動
受力分析 → 正交分解 → 列ΣF=ma → 聯立運動學公式
【中間】核心公式：
F = ma
特點：瞬時性、矢量性、同體性
【右側】解題四步法：
一畫（受力圖）
二分（正交分解）
三列（動力學方程）
四算（結果驗證）
【底部】典型模型：
→ 水平拉力：Fcosθ - f = ma
→ 斜面下滑：mgsinθ - f = ma
→ 連接體：整體法與隔離法
教學反思
成功之處
1. 以“雨天剎車”真實情境導入，有效激發學生興趣，實現從生活到物理的自然過渡。
2. 采用“教師示范—小組探究—實驗驗證”遞進式教學結構，兼顧知識傳授與能力培養，學生參與度高。
3. 板書設計層次清晰，突出思維路徑與解題方法，有助于學生構建系統認知。
不足之處
1. 合作探究環節時間略緊，部分小組未能充分討論，今后可適當延長或提前分發學案。
2. 對學困生的個別指導不夠，個別學生在正交分解時仍存在方向混淆問題。
3. 實驗環節因設備限制未能讓學生親手操作，影響體驗感，后續應增加學生動手實驗機會。

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