中职“牛顿第二定律”教学实践探析

中职“牛顿第二定律”教学实践探析

谢国创

谢国创（从化市职业技术学校广东广州510920）

摘要：牛顿第二定律是经典力学的基础和核心，是中职物理课的重点章节之一。为更好地达成本课的教学目标，有效培养学生的观察能力、实验能力、分析问题和解决问题的能力，本文对中职物理课“牛顿第二定律”的教学实践，试作出简要的探讨。

关键词：牛顿第二定律控制变量法合外力加速度

牛顿三大运动定律是经典力学的基础。其中牛顿第一定律指出了力是物体的运动状态发生变化的原因，而牛顿第二定律则进一步研究力的大小和速度变化快慢之间的关系，牛顿第三定律是关于作用力和反作用力的描述。牛顿第二定律使我们可以更准确地去理解和控制物体的运动。学习牛顿运动定律，对中职学生以后在工程技术中解决各种实际问题具有直接的指导意义。下面分几个要点谈谈本课的教学。

一、目标与准备

本节教学的目标可以分解为知识目标和技能目标。其中知识目标是要掌握牛顿第二定律，并能运用牛顿第二定律进行简单的计算；技能目标是要理解掌握控制变量法，培养和提高学生的观察能力、实验能力、分析和解决问题的能力。

教学对象为本校一年级机电和汽修专业的学生，他们刚受过九年义务教育，对初中物理的基础知识有了一定的掌握。本节知识的学习是建立在教师向学生教授了直线运动与物体受力分析的基础上，但中职学生普遍存在初中基础薄弱，学习兴趣不高的情况，教师在上课前对此要有必要的心理准备。另外，要准备的实验器材有：两个相同质量的小车，光滑的水平桌面，细绳，砝码盘，法码等。

本课教学内容主要是两个方面：

1.通过实验，利用控制变量法（在有多个变量同时起作用的过程中，通过控制实验条件，逐个研究单因素的影响，然后加以综合的方法）研究力、质量和加速度三者间的关系：首先保证质量不变，研究力和加速度的关系；然后保证外力不变，研究质量和加速度的关系。

2、在实验结论的基础上总结出牛顿第二定律的文字论述：物体的加速度跟物体所受的外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同；在数学式中，规定了合适单位后，可以令F=kma中k=1,即简化为F=ma。

在教学实践中，教师要根据教学对象和教学内容，认真做好课前准备，写好教案和教学设计，并熟练教学方法，并做好现场适度调节的准备。

本节课主要教学方法有：

1、实验演示法。教师在演示实验前要告诉学生做这个实验的目的，还有实验中要注意的问题。

2、归纳总结法。通过实验的结论，引导学生进行归纳总结，得到在质量不变的前提下，a∝F，在外力不变的前提下，a∝。最后总结出F=kma。

二、过程与设计

本节课的教学过程设计主要可以分为五个环节。分别介绍如下：

1.提出问题，引入新课

通过上节所学的牛顿第一定律，我们知道力是改变物体运动状态的原因，那么，力是如何改变物体的运动状态的呢？如果把物体的运动状态改变用加速度大小来表示，那么这个问题也可以表达成：力的大小与物体加速度的大小有什么样的定量关系？

此时，教师可通过生活实际来启发学生：如推车的时候，力越大，车的速度变的得越快;另外车质量大小，亦对推车的效果有不同影响。由此可见，外力F，物体质量m，与加速度a都有着明显的联系。

2.演示实验

（1）实验目的。解决的问题：物件加速度a跟物体所受外力Ｆ和质量m之间的关系。

（2）实验方法：控制变量法。首先保证小车质量不变，讨论力和加速度的关系；然后保证拉力不变，讨论质量和加速度的关系。

（3）实验过程：放好实验装置，让一些兴趣浓厚的学生参与实验，一人负责打开和关闭夹子，控制小车开始运动和停止运动，一人负责测量小车运动距离，一人负责在黑板记录数据。重复多次，记录下每次的结果。

（4）结论。在多次重复实验的基础上及教师讲解下，引导学生总结出下面两个结论。

加速度和力的关系：小车质量相同时，小车产生的加速度与作用在小车上的力成正比，且方向与方向相同。即a∝F。

加速度和质量的关系：在相同的力的作用下，小车产生的加速度与小车的质量成反比。即a∝。

3.牛顿第二定律

（1）实验结论总结。物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。加速度方向跟引起这个加速度的力的方向相同。可表示成数学式：F=kma。若规定：使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力叫1N，则上面的数学表达式可简化为F=ma。

（2）牛顿第二定律。物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。加速度方向跟引起这个加速度的力的方向相同。数学表达式为：F=ma或F合=ma。注意此时F单位为牛顿，m的单位为千克，a的单位为米每秒的二次方。

通过此项教学任务，让学生能够识记牛顿第二定律的文字内容与数学表达式；并且能够运用牛顿第二定律来解释相关物理现象。

4.例题讲解

一辆卡车空载和满载时的质量，分别为4.0×103kg和12.0×103kg，使空载车产生加速度a1=0.3m/s2的作用力F，可是满载车产生多大的加速度？

5.小结

牛顿第一定律告诉我们，物体所受合外力为零时，其运动速度不会改变。反过来物体所受合外力不为零时，其速度便会改变了，即此时加速度a≠0。牛顿第一定律表明，力使得物体的运动状态改变了，合外力打破了物体惯性的平衡，产生了加速度（a≠0）。但合外力与加速度之间存在怎样的规律呢？牛顿第二定律真是为了回答这个问题而作出的研究，研究表明：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度方向跟引起这个加速度的力的方向相同，使用SI单位时，可表达成公式F=ma。

三、效果与反思

本节课的教学效果的评价，一是通过教师在教学过程中作出判断，例如课堂教学“以学生为中心”是否实现，教师引导作用是否完全发挥，学生学习的积极性是否充分调动，学生对本节课知识是否有效掌握等；二是通过学生完成作业的情况来客观量化，但是由于学生在课后有充足的时间完成作业，反映出来的效果既包括了学生课外的学习效果，同时因可能存在抄袭的现象，影响了客观量化的准确性。为此，教师要从多方面分析总结教学效果，有针对性地对本节课的教学作出相应的改进，以备下次取得更佳的效果。

本节课的学习，有效地把前面两章（受力分析与直线运动）的内容联系起来。其中，F是合外力，可联系到受力分析的各个方面内容，而a是加速度，是直线运动章节中的一个重要物理量。如果说牛顿第一定律发现了力和运动的真正关系，那么牛顿第二定律则是在力和运动之间建造了一座桥梁。从此，我们从力出发研究运动，或从运动出发研究力，甚至从力和运动出发去研究质量，都变得更为方便。牛顿第二定律联系了力和运动，是整个经典力学和运动学的核心，在本教材则是联系三个章节的重点内容，所以，教师一定要把本节课的内容讲透彻，使到学生真正地掌握。

参考文献

[1]中等职业学校物理教学大纲.中华人民共和国教育部：教职成[2009]3号，2009，1。

[2]楼渝英中职物理教程(第2版).重庆：重庆大学出版社，2010.8

[3]魏愈忠加强物理实验教学，提高中职学生的实验、实践能力.新课程研究，2011年，第1期。

[4]史升步中职物理教学中创新能力的培养.学理论，2009年，31期。

[5]刘冬青中职物理课程中的启发式教学.中国科教创新导刊，2010年，36期。