第四章运动和力的关系单元教学设计

运动和力的关系单元教学设计一、学生学习情况分析以物理学科核心素养为主线，结合教学实践经验，本单元的学情分析如下：1、在物理观念方面:初中阶段学生已经学过牛顿第一定律和惯性的定义，但很多学生仍然会认为“力是维持物体运动的原因”，还未形成“力是改变物体运动状态的原因”的物理观念。2、在科学思维方面:初中阶段学生对运动和相互作用的认识是定性的，高中阶段学生要通过逻辑推理、理想实验和控制变量法等，加深对牛顿第一定律的认识，学习牛顿第二、第三定律;注重从实际的情境出发，进行模型建构，运用牛顿运动定律定量解决实际问题．这些对于高一学生来说都是很大的台阶。3、在科学探究方面:学生已经做过“探究小车速度随时间变化的规律”等实验,会利用纸带计算加速度，具有初步的实验操作能力和记录、分析数据，获得结论的意识．本单元“探究加速度与力、质量的关系”实验，要求学生通过定性分析，猜想出可能的实验结论，然后设计实验方案进行验证.并能借助图像处理实验数据，分析得出结论。这些要求是比较高的，特别是在探究加速度与质量的关系时，用1/m作为横坐标来处理数据，这对学生来说是第一次，思维跨度较大，学生较难接受。4、在科学态度与责任方面:通过前面的学习，学生具有一定的物理学习兴趣。但对物理学特有的实验探究和科学思维结合的研究方法，还有待通过实践加强。分析学习基础作为基础需要提升生活经验推拉物体、体育运动；过山车、升降机、蹦极等体验；力与运动关系认识模糊；对“失重”、“完全失重”等存在错误前概念学习经验概念规律力、牛顿第三定律、运动规律牛顿运动定律的综合应用；解释、解决实际问题思想方法控制变量法、归纳法、合理外推（极限法）理想实验法、归纳演绎法转化法（化曲为直）实验能力打点计时器测速、描绘v-t图象并分析运动实验设计、平衡摩擦、图象分析与转化综合素养观察与分析、逻辑推理矢量运算、逻辑分析能力、实验方案的设计能力、应用科学语言的表达能力1.2.3

通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。通过实验，认识超重和失重现象。1.2.4知道国际单位制中的力学单位。了解单位制在物理学中的重要意义。【内容要求】

通过各种活动，例如乘坐电梯、到游乐场参与有关游乐活动等，体验失重与超重。设计一种能显示加速度大小的装置。《物理课程标准（2017版）》对本单元内容要求课时内容物理观念科学思维科学探究科学态度与责任4.1牛顿第一定律（惯性）运动与相互作用观●●◎◎4.2探究加速度与力、质量的关系◎●●●4.3牛顿第二定律●●◎◎4.4国际单位制○●○◎4.5牛顿运动定理的应用●●◎◎4.6超重和失重●●◎●教学内容与核心素养4个方面的对应关系：●表示高相关，◎表示中相关，○表示低相关。核心素养二、单元教学目标

下面以牛顿运动定律为主线，结合具体的知识点和素养发展要求，表述本单元的教学目标如下:(1)

确立正确的运动与相互作用观．具体包括:理解牛顿第一定律和惯性概念，理解“力是改变物体运动状态的原因”。(2)掌握理想实验、控制变量法等思想方法。具体包括:伽利略运用逻辑推理把实际实验理想化的理想实验法;用控制变量法、图像法等思想方法做“探究加速度与力。(3)能够运用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决相关问题，逐渐形成解决实际问题的一般化的大思路。具体包括:理解牛顿第二定律的因果性、矢量性、瞬时性、同体性等;认识超重和失重现象;知道国际单位制中的力学单位，了解单位制在物理学中的重要意义;会解决运动和力的两类基本问题，认识到加速度是联系运动和力的桥梁和纽带;激发学习热情和兴趣，形成良好的科学态度与责任等。两类基本问题共点力平衡超重失重阶4阶3牛顿第二、第三定律单位制阶2加速度牛顿第一定律惯性阶1理想斜面实验质量力运动应用应用应用递进递进解释包括表征解释解释解释单元知识结构进阶图学习进阶教学主题课时教学内容情境创设学习方式核心素养层级1牛顿第一定律牛顿第一定律、惯性理想斜面实验推理、讨论总结质疑精神及逻辑推演思维层级2探究加速度与力、关系质量课时1:实践原理、方法、实践操作分组实验操作合作探究培养实验探究、论证分析得出结论的能力课时2：数据处理结论总结、误差分析分析总结学习进阶教学主题课时教学内容情境创设学习方式核心素养层级3牛顿第二、第三定律课时1：牛顿第二定律内容、表达式及其性质引用实验结论自主讨论总结规律培养构建物理模型的能力、应用物理规律解决简单物理问题的能力及分析讨论总结归纳能力课时2:力学单位制力的单位制为例自主学习课时3：牛顿第二定律简单应用平面与斜面模型探究讨论方法总结课时4：瞬时加速度问题轻绳、弹簧模型探究讨论方法总结课时5：力学系统加速度问题以两物体组成的力学系统为例探究讨论方法总结课时6：连接体中的临界加速度问题以两物体组成的连接体为例探究讨论方法总结课时7:牛顿第三定律内容、受力分析实验演示“作用力与反作用力”自主探究、讨论总结以实验探究揭示物理规律学习进阶教学主题课时教学内容情境创设学习方式核心素养层级4牛顿运动定律的应用课时1:动力学两类问题（1）由受力确定运动情况（2）由运动确定受力情况探究讨论、规律总结培养应用物理规律解决生活中实际问题的能力课时2：超重与失重现象以电梯升降为例探究讨论、规律总结课时3：牛顿第二定律与运动图像问题以v-t图和a-t图为例探究讨论、方法总结课时4：传送带问题以水平和倾斜传送带为例探究讨论、方法总结课时5：习题：课牛顿运动定律的综合应用典型习题自主练习三、单元学习过程设计

本单元学习过程设计可分为三个部分:第一部分是：探寻物体受力和运动状态的关系;第二部分是：在第一部分的基础上进一步探究加速度与力、质量的定量关系;第三部分是：能运用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决相关问题。这三部分相互独立，又层层递进。层级1:探寻力和物体运动状态的关系学习设计具体内容问题情境创设观看冰壶比赛视频，发现如果运动员不去干预推出去的冰壶，冰壶最终会慢慢停下来．提出问题:为什么冰壶最终会停下来?在初速度一定的情况下，怎样能使冰壶运动的距离增大?再比如，为什么有的物体做加速运动?有的物体做曲线运动?月亮又为什么会绕地球转动等等?知识内容安排牛顿第一定律、惯性物理学科核心素养发展规划体会伽利略理想斜面实验，依据逻辑推理掌握实际问题理想化的思想方法;体会牛顿第一定律是牛顿物理学的基石;通过体验物体运动状态改变的难易程度，体会物体惯性的大小，从而将物体的两个属性(惯性和质量)联系起来，逐步加深对质量概念的理解，明确质量在动力学中的地位和意义。学习方式指导通过教师演示斜面实验，学生阅读物理学史材料，了解牛顿第一定律的建立过程及其意义;通过分组活动体会质量是决定物体惯性大小的物理量层级1:探寻力和物体运动状态的关系学习设计具体内容学习重难点突破资源本层级的重点和难点是深刻体会牛顿第一定律的内涵及其发现过程背后的思想方法．重难点突破资源可以侧重以下几方面:让学生体会研究方法在科学研究中的重要地位．可以参考教材的旁批，并给学生推送亚里士多德、伽利略、笛卡尔和牛顿等在研究运动和力关系方面的资料让学生体会理想实验和逻辑推理是物理学研究的基本方法，教师可以自制“伽利略斜面”实验装置让学生体会质量是决定物体惯性大小的物理量．可以给学生提供质量不同的木块，学生分组体验．再有，教师可以制作或者网络搜索一些联系实际的视频资源学习反馈检测要点及方式要点:用惯性知识解释生活中的物理问题，考查学生对惯性的理解和认识伽利略理想实验的思想方法，考查学生建构模型的意识方式:采用课前诊断的方式，考查学生初中阶段对牛顿第一定律和惯性的初步理解;通过问题、讨论和课堂巩固练习对学生进行过程性检测和评价;课后作业内容突出从惯性的角度认识质量学习时间计划本层级对应新人教版教材(2019年版)第四章第1节，预计1课时层级2:探究加速度与力、质量的关系学习设计具体内容问题情境创设观看赛车和家用轿车启动过程的视频，发现赛车容易在短时间内获得较大速度．提出问题:赛车加速度大与哪些因素有关?猜测加速度大小与这些物理量之间是什么关系?并设计实验进行探究知识内容安排探究加速度与力、质量的关系，牛顿第二定律，力学单位制物理学科核心素养发展规划经历探究实验的设计过程，学会选择合理的实验方案进行探究实验;经历处理数据的过程，培养学生收集信息、分析数据、从数据获取规律的能力;体会单位制在物理学中的重要意义学习方式指导采用课前学习的方式，教师设计问题串引导学生设计实验，课上交流讨论方案的可行性和需要解决的问题;学生分组实验、处理数据、得出初步结论层级2:探究加速度与力、质量的关系学习设计具体内容学习重难点突破资源本层级的重点是让学生经历加速度与力、质量关系的探究过程;理解牛顿第二定律的物理意义难点是如何测量匀加速直线运动的物体受到的外力．重难点突破资源可以侧重以下几方面:采用课前学习的方式，教师通过设计问题串，引发学生思考并设计实验方案;以微课的形式向学生推送多种设计方案，如学生用一个砝码和一个弹簧测力计进行分组体验，观察物体静止和加速下落时弹簧秤示数的变化，理解钩码质量远小于物体的质量时，钩码的重力与钩码对物体的拉力近似相等学生分组实验:探究加速度与力、质量的关系学习反馈检测要点及方式要点:探究加速度与力、质量关系的实验运用牛顿第二定律解释简单的自然现象，解决简单的实际问题推导基本单位和导出单位之间的关系方式:对学生课前学习的情况，可以通过查看导学案检测为课堂提供依据;实时关注学生分组实验过程，进行过程性诊断和指导;通过实验报告呈现探究过程的各个环节学习时间计划本层级对应新人教版教材(2019

年版)第四章第2－4

节，预计4－5课时层级3:能运用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决相关问题学习设计具体内容问题情境创设提前布置学生活动，拍摄人在运动的电梯里站在体重秤上称重的视频．提出问题:(1)电梯从启动上升直至停止上升的过程中，体重秤示数如何变化?请分析示数变化的原因?(2)从视频中寻找关键信息，粗测电梯的加速度大小和方向，估测电梯上升的高度知识内容安排超重和失重、两类基本问题物理学科核心素养发展规划通过探究超重、失重现象，明确超重、失重现象产生的原因，加深对牛顿第二定律的理解;通过解决两类基本问题，体会加速度是联系运动和力的桥梁和纽带;会应用牛顿运动定律解决实际问题，深化学生对定律的理解，发展学生的运动和相互作用观念学习方式指导学生分组拍摄视频探究超重、失重现象;通过解决实际问题，体会牛顿运动定律解决两类基本问题的思路和方法层级3:能运用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决相关问题学习设计具体内容学习重难点突破资源本层级的重点是应用牛顿运动定律解决实际问题，难点是模型的建构、数形结合、整体与隔离等重难点突破资源可以侧重以下几方面:体会加速度是联系运动和力的桥梁和纽带．可以参照教材例题，也可以录制或从网络搜索两类基本问题的联系实际生活案例分析超重、失重现象．布置学生活动，拍摄人在运动的电梯里站在体重秤上称重的视频学习反馈检测要点及方式要点:运用牛顿第二定律解决两类基本问题;模型建构、数形结合等方式:可以参考层级1、2的说明学习时间计划本层级对应新人教版教材(2019年版)第四章第5－6节，预计2－3课时四、主要教学活动设计以层级2中探究加速度与力、质量的关系建立牛顿第二定律核心规律为例，说明主要教学活动设计。以核心问题引领学生设计实验方案：

物体的加速度和哪些因素有关，如何验证猜想。本部分的重点是让学生经历探究实验的设计过程，讨论方案的可行性，培养学生提出问题、批判性思维、交流和合作的能力。具体设计思路如下图所示。真实情景引发核心问题：物体加速度和哪些因素有关猜测：加速度大小和这些物理量之间是什么关系采用课前学习，借助问题串，引导学生设计实验方案讨论方案的可行性学生分组活动，突破难点（如何测量小车受到的外力）制定计划设计方案方案一directly.问题：如何测量物体所受的合力？器材：小车、钩码（50g和10g各一盒）、细绳、一端有定滑轮的长木板、打点计时器、交流电源、导线、纸带、墨粉纸、刻度尺、天平制定计划设计方案方案二directly.器材：小车、钩码（50g和10g各一盒）、细绳、一端有定滑轮的长木板、打点计时器、交流电源、导线、纸带、墨粉纸、刻度尺、计算机、天平、力传感器、数据采集器制定计划设计方案学生分组全班A组

方案一

B组方案二M一定时，探究a与F的关系M一定时，探究a与F的关系F一定时，探究a与M的关系进行实验，收集数据实验操作一、测质量1．用天平测出小车和钩码的总质量M．二、仪器安装及平衡摩擦力2．按右图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车加牵引力．3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板．反复移动木板的位置，直至小车拖着纸带在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态．这时，小车受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面向下的分力平衡．三、保持小车的质量不变，研究a与F的关系4．把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘，先接通电源再释放纸带，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码．5．保持小车和钩码的质量不变，在细绳上挂上适量的钩码，把钩码的总质量m′记录下来，重复步骤4在西线上再挂上适量钩码，记录下钩码的的总质量m″，再重复步骤4，重复多次，得到多条纸带．6．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值，并记录在表格(一)内．四、保持细绳上钩码的质量不变，研究a与M的关系7．保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带．计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度．改变小车上砝码的个数，重复步骤7，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中．进行实验，收集数据实验数据记录钩码（10g）个数123456F/N钩码（50g）个数123456m/kg进行实验，收集数据实验数据处理（A组）进行实验，收集数据实验数据处理（B组）进行实验，收集数据“M不变探究a与F的关系”实验数据对比方案一M=0.309kg方案二M=0.278kg进行实验，收集数据实验数据处理（A1组）进行实验，收集数据实验数据处理（B组）进行实验，收集数据“M不变探究a与F的关系”实验数据对比进行实验，收集数据实验数据处理（A2组）进行实验，收集数据“F不变探究a与M的关系”力传感器示数的变化细线挂上四个10g钩码不变时数据变化（小车未加钩码时质量为0.278kg）。图1.小车静止时示数图2.小车上加1个50g钩码图3.小车上加2个50g钩码图4.小车上加3个50g钩码图5.小车上加4个50g钩码其他优秀案例任务1

火箭的动力与运动的关系任务2

火箭如何获得更大的加速度任务3

火箭升空宇航员所承受的巨大压力小任务牛顿