高中牛顿定律教材介绍

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1、普通高中课程标准实验教科书物理教材介绍必修1（第四章 牛顿运动定律）课程标准的要求1通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系。2理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。3通过实验认识超重和失重现象。4认识单位制在物理学中的重要意义。知道国际单位制中的力学单位。一、本章教材概述本章是在前面三章内容的基础上进一步研究运动和力的关系，这是质点动力学的内容。牛顿运动定律是动力学的核心内容，根据牛顿运动定律可以确定物体位置、速度变化的规律，可以控制物体的运动。牛顿运动定律对直线运动、曲线运动都适用，为便于学生理解，本章牛顿运动定律的应用只限于物体的直线运动，第一、二章研究的也主要是直

2、线运动。在学生对牛顿运动定律基本理解的基础上，在后续的教学内容中，要研究牛顿运动定律对曲线运动的应用、研究牛顿运动定律对天体运动的应用、研究牛顿万有引力定律及应用。本章教材先阐述牛顿第一定律，分析、说明牛顿在前人（特别是伽利略）研究基础上建立了牛顿第一定律，明确指出第一定律是牛顿物理学的基石，说明第一定律涉及的两个重要的、基本的物理概念：力和惯性。牛顿第一定律不能用实验直接验证，教材在阐述牛顿第二定律前设置了一个实验：探究加速度与力、质量的关系，让学生初步了解牛顿第二定律有实验基础。教材在阐述牛顿第二定律后列举两个简单例题，使学生对第二定律的理解有具体的内容，得以进一步深化、准确。牛顿第二定律

3、是定量的规律，教材适时地介绍了力学单位制和国际单位制。接着教材在实验的基础上阐述了牛顿第三定律。对牛顿运动定律的综合应用，教材安排两节分别阐述。教材首先阐述用牛顿运动定律解决的两类基本问题：从受力确定运动情况和从运动情况确定受力。然后，教材进一步研究牛顿运动定律的两个特殊的应用：共点力的平衡条件；超重和失重。本章在编写时，注意以下几个方面：1强调惯性定律是牛顿物理学的基石惯性定律或者说牛顿第一定律揭示了运动和力的关系：力不是维持物体速度（运动状态）的原因，而是改变物体速度（运动状态）的原因。它被称为牛顿物理学的基石，力学的第一原理。正是因为它破除了长达近两千年的亚里士多德的错误，改变了人类的自

4、然观和世界观，才导致牛顿第二定律得出，并使牛顿以新的视角看待引力，进而令人信服地表明，天上和人间服从同样的力学。与此同时，它本身还包含着力、惯性和参考系这些极富成果的科学概念，成为物理学理论的基石。本教科书重视惯性定律的教学，强调它在科学中的地位与作用，意在引导学生了解科学的发现和发展。科学的发现都有其深刻的社会背景和科学背景，同时，科学家自身的创造性思维品质和敢于置疑、坚持真理的献身精神又成为情感态度价值观教育的好素材。2牛顿第二定律是牛顿物理学的核心牛顿第二定律具体地、定量地回答了物体运动状态的变化率，即加速度与它所受外力的关系，以及加速度与物体自身的惯性质量的关系，因而成为牛顿物理学的核

5、心。科学教育应该尊重科学发展的历程，但科学教育不可能也不必要重现各种科学的发展过程，而且作为科学教育的中学物理课程的内容体系也不一定（有时甚至不应该）与物理学的学科体系相同，所以在本教科书中，是在学生已有的对力和质量认识的基础上，在学生实验探究了加速度与力的关系、加速度与质量的关系，取得数据，画出图象，寻找出规律性的认识之后，总结出牛顿第二定律的。这样做虽然与科学的历史过程不符，但会使学生感到具体而亲切，获得一种研究问题的体验，进而收获一种习惯，成为一种意识，养育一种能力。3重视科学知识的应用过程物理学是一门与自然、生活、技术进步和社会发展有着最为广泛联系的科学。让学生封闭在既不联系自然，也不

6、联系生产、生活，远离科学探究乐趣，甚至根本不可能存在的“思辨游戏”式的难题和怪题的牢笼之中，他们是不可能热爱物理课程的。但是，在另一方面，对于学生而言，一个好的习题就是一个科学问题，犹如一个科学问题对于科学家而言，就是一道习题一样。从地面上各种物体的运动到天体的运动；从自行车到火车、汽车、飞机等交通工具的运动；从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞船所有这些问题，都是与牛顿力学相联系的，牛顿第二定律在其中举足轻重。科学教育应该引导学生用获取的知识和研究方法去审视、发现和解决与这些问题相联系的习题，并且在解决习题时，重视过程而不重结果。例如，本章第6节和第7节以利用牛顿定律解决实际问题为目的，设

7、置了“从受力确定运动情况”“从运动情况确定受力”“共点力的平衡条件”“超重和失重”几个问题，并解决了几个比较具体的实际问题，从而使学生体验到科学知识的作用。另外，本教科书力图以这种广阔的科学技术为背景，在牛顿第三定律中增加了用传感器显示运动中的两个物体间作用力和反作用力；巨轮螺旋桨在水下向后推水；汽车驱动轮向后推动地面，车轮获得反作用力成为汽车的牵引力；瘦人与大力士掰腕子等等，教材中举出的这些学生常见的生活事例，来说明生活中物理无处不在。这些图景的展示开阔了学生的视野，促使学生不断地关注社会、关注生活、关注自己身边发生的事物。4注重渗透物理思想、物理方法理想实验作为一种科学的思维方法，在物理研

8、究中具有十分重要的地位和作用。教科书展示了伽利略斜面理想实验的猜想依据、设计思路、推断结果这一思维过程，使学生领悟理想实验在物理学发展中的重要地位和作用。惯性概念是学生学习运动和力的基础，因其抽象难懂而成为难点。本教科书在“惯性与质量”的阐述中，除说明惯性是保持物体运动状态或静止状态不变的固有性质外，还用了较形象的语言“抵抗运动状态变化的本领”来帮助学生进一步理解惯性的概念。并在如何比较惯性大小时，提供了一种方法，即物体质量不同，从静止达到某一速度的难易程度不同。质量的概念也是一个基本的物理概念，这一概念在中学阶段是逐步加深的，它已经从“质量是物体所含物质的多少”发展到了“质量是抗拒物体运动状

9、态改变的性质的量度”，即从大家熟知的存放在巴黎附近塞弗尔的国际计量局里的铂一铱合金圆柱体的认识，发展到了一个抽象的概念，明确了质量在动力学中的地位和意义。第1节 牛顿第一定律1教学目标(1)能大致叙述发现牛顿第一定律的历史过程，并能做出初步评述。(2)能清楚地描述伽利略关于力与运动的思想观念，以及对应设计出的理想实验和相应的推理结论。(3)能准确表述牛顿第一定律（惯性定律），并能对定律有较为深入地理解，体会定律深刻的思想性和认识问题的本质性。(4)能举例说明：物体的质量是其惯性大小的量度。2教材分析与教学建议在初中阶段的学习中，学生虽然对除“惯性与质量”这一问题没有专门学习外，关于本节其他的知

10、识都有了大致地了解。但是他们只知道亚里士多德的观点总是错的；只知道伽利略做了个理想实验就得出了牛顿第一定律；练的最多的是通过惯性性质去程式化地解答相关的实际问题。高中阶段的学习，首先应该在已有认识的基础上，纠正一些片面、不恰当的认识，进一步深化和提高对相关问题的认识。正如上面教学目标地设定，我们应该关注课程的三维目标。恩格斯称亚里士多德是最博学的人，亚里士多德的研究涉及生物、天文、气象、数学和物理等，成果十分丰富，是西方文化的奠基人。他追求以世界的本来面目来说明各种自然现象，比如说：他认为天上的运动应该是完美的匀速圆周运动。他认为物体的运动需要力来维持，是与大量的“事实”相一致的。因为当时研究

11、物理总是靠直觉和思维来进行。他的这一错误观点影响了人们两千多年。 伽利略实在是一个伟大的科学家，他第一个意识到了摩擦力 一个本质至今还没有被认识清楚的问题。有了这一点，加上他又具有丰富、发散而有严谨的科学思维能力，设计出其理想实验就显得比较自然了。理想实验首要的意义在于它摒弃了那种单纯依靠思辨来研究物理的行为方式，而确立了实验在物理研究中的基本地位。从物理史实上可以发现，这时伽利略认为的地面上的物体除静止外的另一本来面目是匀速圆周运动（而不是匀速直线运动），是笛卡尔第一个明确指出：除非物体受到外力作用，物体将永远保持静止或匀速直线运动状态。这确实是人类思想认识上的一次飞跃。因此，笛卡尔认为上述

12、论断应该作为一个原理加以确立，且是人类整个自然观的基础是十分合理的。 牛顿所做的工作不仅是进行了总结，更是从物理上赋予了明确的内涵，这其中包括惯性和力作为科学概念地提出，以及惯性参考系等，同时明确了力和物体运动及其变化之间的直接因果关系。第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系1教学目标 (1)理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。 (2)理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。(3)经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作办法。(4)体会整个探究过程的科学严谨和合理性。2

13、教材分析和教学建议这一节建议用两节课完成。通过初中物理二年的学习，科学探究思想必然对学生产生很深的影响，但学生受其影响较大的还是科学探究的几个环节（这在初中是很必要的）。在高中阶段，我们应该努力让学生体会探究的实质。牛顿第一定律告诉我们：物体的运动状态及其改变是由它所受的力决定的，而不是因为其他的因素；而运动状态改变的难易程度又与其自身的质量有关。我们知道加速度是描述物体运动状态变化基本物理量，那么，物体运动的加速度一定是由物体所受的力，以及自身的质量决定的。于是，探究加速度与力、质量的定量关系就是自然而又十分必要的。关于实验的基本思路，由于初中阶段的学习，学生应该很清楚，但让学生结合自身的生

14、活经验和一些常识，对加速度与力、加速度与质量间的定量关系进行合理的猜想还是必要的，因为这与实验数据地处理直接相关。因为正比、反比关系用图象进行数据处理比较直观，而且有利于减小误差的影响和进行误差分析，所以实验用图象方法处理数据。但a-m间的双曲线关系却不是能准确、直观看出的，这时用1M的数据作为横坐标，就能够使问题变得简单。这一处理方法将会对学生的思维和心理产生深刻得影响。有了这一转变，就是二次方或三次方关系也变得容易研究。基于简单、方便的原则，考虑到打点计时器（包括电火花计时器）成本不高、其配备和使用较普遍的实际，安排用打点计时器进行学生实验和测量加速度是较为可行的，这时要解决的问题就是如何

15、提供恒力和“消除”摩擦力（需要教师动手操作示范），我们感到通过教师的说明和示范操作，就能够为学生顺利完成实验打下基础。由于实验想探究的是加速度与力、质量间的比例关系，因此，教材上提出的另一实验设计也是很有启发性的，不过实验操作和数据处理对学生要求太高，实验前教师应该给予充分地帮助。第3节 牛顿第二定律1教学目标(1)能准确表述牛顿第二定律。(2)能根据对IN的定义，理解牛顿第二定律的数学关系式是如何从F=kma变成F=ma的。(3)知道牛顿第二定律是针对质点使用的，因此关系式中的F应是质点所受的合力。能从同时性、矢量性等各方面深入理解牛顿第二定律，理解为什么说牛顿第二定律是连接运动学和动力学的

16、桥梁。(4)能运用牛顿第二定律分析和处理简单的问题。初步体会牛顿第二定律在认识自然过程中的有效性和价值。2教材分析与教学建议本章教材将牛顿第二定律的探究实验和公式表达分成两节内容，目的在于加强实验探究和突出牛顿第二定律在力学中的重要地位。牛顿第二定律的首要价值应该是确立了力与运动之间的直接关系，即因果关系（知道了物体的受力情况，理论上物体的运动状态及其变化就完全确定了。这应该是人类在认识自然过程中取得的重要思想成就。）本节内容首先在上节课实验的基础上，并通过分析说明，提出了牛顿第二定律的具体内容表述，得出牛顿第二定律的数学表达式。从aF/m到Fma，到F= kma，再到最后得出F= ma，其中

17、蕴涵有丰富的知识与技能、过程与方法性目标；而对牛顿第二定律的深入理解，除了这两维目标外，更要注重对学生思想观念和心理的影响（即让学生感受到物理学在认识自然上的本质性、深刻性、有效性）。教材突出了力的单位1 N的物理意义，它是为后面学习单位制的内容作准备的，而本身又是学生普遍思考不明白的，老师应该引导学生进行必要的讨论。本节最后通过两个例题介绍牛顿第二定律应用的基本思路，它们也是学习、理解牛顿第二定律的基本组成部分。第4节 力学单位制1教学目标(1)知道力学中的几个基本量：质量(m)、长度(l)、时间(t)，及它们的基本单位：千克(kg)、米(m)、秒(s)。(2)知道除上述力学中的基本物理量的

18、基本单位外，力学中的其他物理量的单位都是导出单位。(3)知道单位制和国际单位制。能通过物理量的定义和推导过程掌握各物理量的国际制单位。(4)知道物理运算过程中单位的规范使用和表示方法。2教材分析和教学建议在初中阶段，物理量单位的学习是学生较为困惑的问题之一。前面关于1N的规定给学生的印象总好像是有些随意。尤其是牛顿、帕斯卡、安培、伏特、焦耳、瓦特等单位地规定，使得学生感到物理太过复杂。事实上，只有把单位制放在整个物理学框架中加以认识，并且知识有了一定的积累，经历了充分的学习过程后，才能体会出物理量单位的命名和使用规则，体会到其中对一些单位进行规定的合理性和方便特征。国际单位制的建立和使用，不仅

19、方便了国际间的交流，也逐渐成为科学研究中计算和运用的一种规范约束。中学生应该注意学习，逐步习惯，在记录、表达和计算中规范使用。物理学单位中，有很少几个基本物理量，它们的单位就是基本单位。在进行了这种选定之后，其他物理量的单位就是根据它的定义式，由所选择的其他物理量的单位共同确定的，这样一来许多物理量的单位就可以有多种形式，而且写作上太长，为了方便就人为地加以规定，如牛顿、帕斯卡等，但其实质已经由该物理量的定义决定了。第5节 牛顿第三定律1教学目标(1)知道两个物体间的相互作用力总是相互的，而且作用力和反作用力的说法也是相对的。(2)经历探究作用力与反作用力的关系的实验过程，观察（或体会）一对作

20、用力和反作用力间的大小、方向等关系。(3)能正确表述牛顿第三定律。并能运用定律定性分析说明相关具体实例。2教材分析与教学建议初中阶段，学生已经对物体间的相互作用问题有了定性地了解，也知道相互作用和一对平衡力是不同的，即一对平衡力是指同一物体所受的两个力互相平衡，而一对作用力和反作用力分别作用在两个物体上。但是，他们的这一知识只可能是定性地了解，基本上处在记忆的层次，他们体会不到明确提出作用力和反作用力这一问题的重要价值。要实现对牛顿第三定律的深入理解，还需要从力的性质、作用的同时性等进一步认识，并进行定量探究。作用力与反作用力这种对两个物体间相互作用力的认识方法具有理论价值和方法性意义。牛顿第

21、三定律更加明晰了作用力和反作用力间的关系，使之成为牛顿运动定律整体的一个基本组成部分。仅从解答物理习题、定性地分析一些简单的实际问题，我们就能发现牛顿第三定律所发挥的关键作用（这些观念性的认识，建议教师作适当的说明，目的在于体现课程的情感、态度与价值观目标）。本节教材中“做一做”用传感器探究作用力与反作用力的关系能很形象、准确地呈现大小和方向之间（包括相互作用力不断变化的情况）的关系，包括运动中的两物体间的作用力与反作用力的关系的实验结果。牛顿第三定律的重要性会随着学习的进行逐步意识并形成感受。第6节 用牛顿定律解决问题（一）1教学目标(1)能运用牛顿定律解答一般的动力学问题。(2)理解运用牛

22、顿定律解题的基本方法，即首先对研究对象进行受力和其运动情况分析，然后用牛顿定律把二者联系起来。(3)在分析解题过程中学习体会可以采取一些具体有效的方法，比如如何建立恰当的坐标系进行解题等。2教材分析与教学建议教材是想通过两个简单的实例，向学生展示利用牛顿运动定律解决实际问题的一般方法，包括解题过程中的一些数学方法等。同时，通过运用牛顿定律解题，体会：对于学生而言，一个好的习题就是一个科学问题，犹如一个科学问题对于科学家而言，就是一道习题一样。相比来看，例1的情景和要求较为简单，但例2对于刚进入高中阶段的学生来说还存在一些思维障碍，比如：在垂直于斜面方向上，滑雪人为什么运动状态没有改变？尽管学生

23、能想明白物体在水平方向上运动时其竖直方向上运动状态不变，但弄清楚上述问题还需要一段时间才能逐渐习惯。第7节 用牛顿定律解题（二）1教学目标(1)能运用牛顿运动定律解答较复杂的问题。(2)知道什么是物体处于平衡状态。知道在共点力作用下物体的平衡条件，即合力为0。(3)知道物理学中超重和失重现象的含义，能通过牛顿定律对它们进行定量地分析，并能分析和说明一些简单的相关问题。(4)能解答以自由落体运动为基础的竖直方向的运动学问题（竖直上抛、竖直下抛等）。2教材分析与教学分析在过去的大纲教材中，物体的平衡和超重、失重问题是作为知识内容呈现的，现在以例题的形式出现反映出教材新的基本知识观，类似问题在其他方

24、面也有体现，如后面平抛运动的处理方式。但是，平衡问题应该是物理学研究的典型问题之一，超重和失重问题也具有一定的代表性。因此，本节内容安排是知识性与分析问题的过程与方法并重。初中阶段学生对平衡问题有一点初步的了解，但仅限于二力平衡，而且没有给出明确的定义。基于牛顿定律的认识，研究物体在受到多个力的共同作用下的平衡条件是必然的要求。然而这个问题仍然太过复杂，这里只限于对物体在共点力作用下平衡条件的探讨。在高中阶段，我们只能处理质点问题，于是共点力条件总是满足的，实际问题的处理本身也需要进行简化和抽象。超重和失重现在已经演化为生活语言，和物理中本来的意义有较大的不同，教材中通过定性和定量地处理，使学生对超重和失重的物理内涵有清晰的认识是很必要的。竖直上抛和竖直下抛运动是以自由落体运动为基础的，也是常见的运动问题，但物体的运动因存在往复现象，使得描述和计算过程因速度和加速度方向的表示而变得有些复杂。教材把这一内容呈现出来，一是想让学生能结合实际，体会自由落体运动的模型价值，同时通过竖直上抛运动的分析和处理，体会如何运用数学知识（建立方便的坐标系（或轴）等）分析和处理物理问题等。本节前两个例题更接近实际问题，已经较为复杂，需要综合运用牛顿第三定律。2012-03-23人教网