全章概述
這一章的主要內(nèi)容是探究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。要研究這一規(guī)律，就必須先對(duì)直接觀察到的現(xiàn)象及生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行概括，做出判斷，力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的那些方面產(chǎn)生影響。再找到描述這些方面的物理量，通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)定量研究之間的關(guān)系，得到結(jié)論后，進(jìn)一步在不同情境中加以驗(yàn)證，得到結(jié)論，再在生活中加以使用，考察他是否存在問(wèn)題。本章就是沿著這樣一個(gè)線(xiàn)索展開(kāi)學(xué)習(xí)的。牛頓第一定律及牛頓第二定律是動(dòng)力學(xué)的核心內(nèi)容，也是研究后續(xù)內(nèi)容的主要手段，應(yīng)打好扎實(shí)的基礎(chǔ)。
本章共6節(jié)課文，其知識(shí)線(xiàn)索可分為三部分：第一是牛頓第一定律，了解牛頓第一次提出力的概念；知道力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的原因，任何物體都有保持靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的固有屬性，這一屬性稱(chēng)為慣性，慣性的大小取決于物體的質(zhì)量。學(xué)習(xí)伽利略的理想實(shí)驗(yàn)（第1節(jié)）。第二是牛頓第二定律，利用控制變量法通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)廣泛的驗(yàn)證及推理得出牛頓第二定律；學(xué)習(xí)1牛頓的定義，知道基本物理量與基本單位，了解物理量單位之間的關(guān)系；應(yīng)用牛頓第二定律解決生活中的兩類(lèi)問(wèn)題。（第2節(jié)、第3節(jié)、第4節(jié)、第5節(jié)）第三是超失重，從重力測(cè)量的角度認(rèn)識(shí)超失重發(fā)生的原因，及帶來(lái)的后果。（第6節(jié)）
相對(duì)初中對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的定性認(rèn)識(shí)，高中物理在理性分析、邏輯思維、定量要求、數(shù)學(xué)計(jì)算、概念的嚴(yán)密性、實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性等方面都上了一個(gè)很大的臺(tái)階。在教學(xué)中要扎扎實(shí)實(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)能力，應(yīng)用科學(xué)語(yǔ)言的表達(dá)能力。在獲得能力提高的同時(shí)又要兼顧學(xué)生的可接受性，做到循序漸進(jìn)、逐步到位，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得成功的愉悅，這是在本章學(xué)習(xí)中需要特別注意的問(wèn)題。
在編寫(xiě)教材時(shí)，注意在學(xué)習(xí)概念、規(guī)律的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，教師也應(yīng)注意從核心素養(yǎng)的角度去進(jìn)行教學(xué)。
1.物理觀念。這一章教材力圖讓學(xué)生清楚兩個(gè)物理觀念：一、運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的一種屬性，物質(zhì)維持其原有運(yùn)動(dòng)方式不變的屬性稱(chēng)為慣性。二、物質(zhì)之間是相互聯(lián)系的，物質(zhì)之間存在著相互作用，這種作用稱(chēng)為力，他是導(dǎo)致物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生改變的原因。
2.科學(xué)思維。伽利略理想實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)是想象著把實(shí)際中存在、影響物體運(yùn)動(dòng)的摩擦力去掉，抓住事物的本質(zhì)。這種依據(jù)邏輯推理把實(shí)際實(shí)驗(yàn)理想化的思想是研究物理問(wèn)題的思維方法之一。為小車(chē)施加恒定且便于測(cè)量的力時(shí)，讓鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于物體的質(zhì)量，減小加速度，使得鉤碼的重力與鉤碼對(duì)物體的拉力近似相等，這也是一種抓住事物的主要方面，忽略次要方面，研究問(wèn)題的思維方法。物理學(xué)的關(guān)系式在確定了物理量之間的關(guān)系時(shí)，也確定了物理量的單位之間的關(guān)系，采用國(guó)際單位制后，我們通過(guò)單位間的關(guān)系可以確認(rèn)某一關(guān)系是否合理，或猜測(cè)某種關(guān)系的存在，這種利用量綱之間的關(guān)系推斷物理量之間的關(guān)系的思維方法也是十分重要的。
3.科學(xué)探究。這一章的科學(xué)探究主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面用啟發(fā)性的語(yǔ)言、問(wèn)題以及做一做，推動(dòng)學(xué)生逐步進(jìn)行推理分析、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、制定解決方案、訓(xùn)練思維，形成主動(dòng)探究的意識(shí)，養(yǎng)成探究的習(xí)慣。另一方面，在牛頓第一定律的學(xué)習(xí)過(guò)程中，完整了解科學(xué)家的探究過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探究的基本方法，在加速度與力、質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)探究中，引導(dǎo)學(xué)生在問(wèn)題提出、實(shí)驗(yàn)思路、物理量的測(cè)量、實(shí)驗(yàn)方案的制定、數(shù)據(jù)處理與分析方面進(jìn)行完整的探究，在實(shí)踐中深刻認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的重要性，逐步培育學(xué)生科學(xué)探究的素養(yǎng)。
4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。教材在每一節(jié)開(kāi)頭都設(shè)計(jì)了一個(gè)問(wèn)題，這些問(wèn)題中，有一些問(wèn)題在后續(xù)的學(xué)習(xí)中并沒(méi)有進(jìn)行討論，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題、獨(dú)立發(fā)表意見(jiàn)，展開(kāi)小組討論，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)、嚴(yán)謹(jǐn)、合作的學(xué)習(xí)態(tài)度，承擔(dān)學(xué)習(xí)的責(zé)任。另外，第3節(jié)在小車(chē)加速度與力、質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論的基礎(chǔ)上，教材引領(lǐng)學(xué)生從一個(gè)實(shí)驗(yàn)到多個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，進(jìn)行分析并大膽推斷，再到生活中進(jìn)一步觀察，最后得出牛頓第二定律，這一過(guò)程體現(xiàn)科學(xué)工作者對(duì)社會(huì)承擔(dān)的責(zé)任與風(fēng)險(xiǎn)，秉持的實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)學(xué)態(tài)度。
課時(shí)安排建議
第1節(jié) 牛頓第一定律 1課時(shí)
第2節(jié) 實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系 2課時(shí)
第3節(jié) 牛頓第二定律 1課時(shí)
第4節(jié) 力學(xué)單位制 1課時(shí)
第5節(jié) 牛頓定律的應(yīng)用 2課時(shí)
第6節(jié) 超重與失重 1課時(shí)
二、具體說(shuō)明
1．第1節(jié)核心內(nèi)容為牛頓第一定律及力、慣性?xún)蓚€(gè)基本概念。關(guān)于牛頓第一定律教材承襲了以往從物理學(xué)史的角度引領(lǐng)學(xué)生沿著亞里士多德、笛卡爾、伽利略、牛頓等物理學(xué)家對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的研究足跡學(xué)習(xí)、思考。通過(guò)這種方法想讓學(xué)生深刻體會(huì)直觀經(jīng)驗(yàn)有時(shí)候會(huì)誘導(dǎo)我們做出錯(cuò)誤的判斷，只有在直觀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)科學(xué)的思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)才能做出正確的判斷，揭示出真實(shí)的規(guī)律。充分領(lǐng)略伽利略理想實(shí)驗(yàn)的魅力，牛頓過(guò)人的歸納及概括能力。
當(dāng)然，在實(shí)際教學(xué)中也可以引領(lǐng)學(xué)生回顧運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，思考為什么運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變？通過(guò)歸納與推理去發(fā)現(xiàn)物體間的作用導(dǎo)致物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。進(jìn)而提出如果物體不受力將會(huì)怎樣？做出判斷后，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中感受不受力的物體是不存在的，我們只能在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行推論才能發(fā)現(xiàn)結(jié)論。在此基礎(chǔ)上再閱讀教材，了解歷史上對(duì)這一問(wèn)題的研究。
關(guān)于力、慣性?xún)蓚€(gè)概念，教材的處理思路如下：（1）通過(guò)對(duì)牛頓第一定律表述的理解，讓學(xué)生體會(huì)到，力是外部對(duì)物體的作用，而慣性是任何物體自身都具有的一種屬性。（2）明確力的概念是牛頓首次提出的，力的提出，奠定了從導(dǎo)致原因上定量研究運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的基礎(chǔ)。（3）通過(guò)體驗(yàn)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度，體會(huì)物體慣性的大小，從而將物體的兩個(gè)屬性，質(zhì)量和慣性聯(lián)系起來(lái)，理解運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變不僅與力還與物體質(zhì)量有關(guān)，為進(jìn)一步探究牛頓第二定律打下基礎(chǔ)。
2．第2節(jié)重點(diǎn)在物理思維及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理能力的培養(yǎng)。
教材的基本思維線(xiàn)索是：（1）為什么要探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。（2）從實(shí)驗(yàn)的角度，同時(shí)研究某個(gè)物理量與另外兩個(gè)或多個(gè)物理量之間的定量關(guān)系是非常困難的。如何進(jìn)行加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系研究。（3）如何測(cè)定加速度。（4）在運(yùn)動(dòng)中，怎樣給物體施加一個(gè)恒定的力。（5）由于物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在改變，鉤碼的重力與鉤碼對(duì)物體的拉力不等，怎么辦？（6）摩擦是不可避免的，如何抵消或減弱摩擦對(duì)物體運(yùn)動(dòng)改變的影響。（7）數(shù)據(jù)如何處理可以確認(rèn)加速度與質(zhì)量成反比。
教材在上述問(wèn)題中給出以下處理方法：（1）利用重力補(bǔ)償摩檫力，教材中通過(guò)傾斜木板實(shí)現(xiàn)，教學(xué)中也可以加掛鉤碼實(shí)現(xiàn)。（2）讓鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于物體的質(zhì)量，減小加速度，使得鉤碼的重力與鉤碼對(duì)物體的拉力近似相等。教學(xué)中也可以通過(guò)力傳感器直接測(cè)量拉力。（3）通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及位移比較測(cè)量加速度，教學(xué)中也可以通過(guò)位移傳感器或頻閃照相進(jìn)行測(cè)量。
3.第3節(jié)有三部分內(nèi)容，第一，在第二節(jié)探究的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析、概括得到牛頓第二定律的內(nèi)容，用代數(shù)語(yǔ)言表述牛頓第二定律。這部分內(nèi)容從一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論到更多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，做出大膽的預(yù)測(cè)再到生活中廣泛的應(yīng)用，直至得到定律，這一過(guò)程有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，體會(huì)科學(xué)家追求真理的勇氣及科學(xué)精神。第二，從1牛頓的定義到牛頓第二定律代數(shù)表述的簡(jiǎn)化。通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生了解力的單位牛頓是從力的作用效果定義的，合理的選取單位可以簡(jiǎn)化對(duì)問(wèn)題的處理。第三，應(yīng)用牛頓第二定律解決生活中的具體問(wèn)題。在問(wèn)題的解決過(guò)程中，給學(xué)生示范了，利用運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受力分析結(jié)合牛頓第二定律分析物體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，如何用代數(shù)表示力、加速度的大小和方向，如何嚴(yán)謹(jǐn)?shù)仃U述對(duì)問(wèn)題的解決過(guò)程，物體受多個(gè)力時(shí)，如何進(jìn)行受力分析。
4.第4節(jié)通過(guò)對(duì)具體規(guī)律代數(shù)表達(dá)式的研討，引導(dǎo)學(xué)生理解，物理學(xué)的關(guān)系式在確定了物理量之間的關(guān)系時(shí)，也確定了物理量的單位之間的關(guān)系，在物理學(xué)中，只要選定幾個(gè)物理量的單位，就能夠利用物理量之間的關(guān)系推導(dǎo)出其他物理量的單位。了解物理學(xué)中七個(gè)基本量及對(duì)應(yīng)的基本單位，理解如果采用不同的物理量作為基本量，或者雖然采用相同的基本量，但采用的基本單位不同，導(dǎo)出單位自然隨之不同，從而產(chǎn)生不同的單位制。不同的地區(qū)使用不同的單位制，不方便交流。有必要建立國(guó)際統(tǒng)一的方案。通過(guò)討論明白，采用國(guó)際單位制后，我們通過(guò)單位間的關(guān)系可以確認(rèn)某一關(guān)系是否合理，或猜測(cè)某種關(guān)系的存在。
5.第5節(jié)通過(guò)兩個(gè)事例的分析引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用牛頓第二定律及勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)規(guī)律綜合分析問(wèn)題，通過(guò)應(yīng)用加深學(xué)生對(duì)相關(guān)規(guī)律的認(rèn)識(shí)。通過(guò)學(xué)習(xí)了解應(yīng)用規(guī)律預(yù)測(cè)受力物體的運(yùn)動(dòng)結(jié)果，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的需求，合理控制受力，完成對(duì)涌動(dòng)的控制。練習(xí)使用科學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確表達(dá)分析、推理、判斷及結(jié)論表述。
6.第6節(jié)首先讓學(xué)生觀察站在體重計(jì)上的人在下蹲過(guò)程中，體重計(jì)示數(shù)的變化，引發(fā)關(guān)于超失重的思考，然后總結(jié)重力測(cè)量的兩種方法，使學(xué)生明白通過(guò)觀測(cè)重力的作用效果來(lái)測(cè)量重力，體重計(jì)是利用重力導(dǎo)致體重計(jì)內(nèi)部測(cè)量器件形變實(shí)現(xiàn)的，為后面的分析奠定基礎(chǔ)。
在分析超失重時(shí)引導(dǎo)學(xué)生建立示數(shù)與重力之間的邏輯關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)造成超失重的原因就是重力與對(duì)體重計(jì)的壓力不相等，而不是重力的增加或較少。用牛頓第二定律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)二者是否相等取決于在豎直方向上是否存在加速度，加速度的方向?qū)е掳l(fā)生超重還是失重，加速度的大小決定超失重的量值。通過(guò)做一做，讓學(xué)生明白造成超失重的加速度是相對(duì)于地面的而不是相對(duì)于體重計(jì)，考慮到各地生活環(huán)境的差異，將這一問(wèn)題的認(rèn)識(shí)以例題的方式呈現(xiàn)。最后引導(dǎo)學(xué)生了解火箭發(fā)射升空過(guò)程及衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中的超重與失重現(xiàn)象，為今后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生聯(lián)系，留下伏筆。
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