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牛顿第二定律教学中注意的几个问题
姜军 2023/9/16 18:41:08
（南京市玄武中等专业学校 江苏南京 210042）
牛顿第二定律是力学知识的核心内容，是动力学的核心规律，是牛顿运动定律的重点和中心内容，在力学教学中占有很重要的地位。这节课是要让学生在领悟实验、分析、推理、综合归纳的科学研究方法的基础上，掌握牛顿第二定律，而不是简单地让学生知道牛顿第二定律的内容。牛顿第二定律这一节内容上的好坏，很可能会影响以后物理中其它内容的学习。针对我上课的情况，想谈谈自己的一些体会。
一、实验方法和原理要讲透
牛顿第二定律是研究加速度a、力F和质量m的定量关系，本节课的目标是通过实验来得出牛顿第二定律，因此实验的方法和原理很重要。
1、实验方法
研究两个量之间的关系，很简单：使一个量变化，观察另一个量如何变化，再根据实验结果分析这两个量之间是成正比、反比还是二次函数关系等。但现在研究的是三个量(a、F、m)之间的关系。如果F在变、m也在变，那么a的变化是由谁的变化引起的呢？不清楚；那么更不能研究它们之间是何关系了。这一点要引起学生的注意，并让学生开动脑筋思考解决问题的办法。可以给学生一点提示：初中学过的欧姆定律： ，研究电流与电压、电阻的关系。同样是研究三个量之间的关系，回忆一下以前研究的方法，学生自己就能想出解决刚才问题的方法了。最后老师归纳提出“控制变量法”。
2、实验原理
要研究加速度a、力F和质量m的定量关系，必须要有准确的实验数据，也就是要测出加速度a、力F和质量m。质量m可用天平测量，力F可认为是小桶的重量，也可用天平测量出小桶的质量来算重量，而加速度a如何测量？学生可能会想到用第二章直线运动中学过的利用打点计时器来测量，可以，但是利用打点计时器打出纸带，然后运用匀变速直线运动规律来得出加速度a，这种方法比较麻烦。测加速度复杂，但测位移很简单，引导学生思考能不能用测位移来代替测加速度呢？列出初速为零的匀加速直线运动位移公式 ，发现如果两个物体运动时间t相等，那么加速度a和位移s之间存在着正比的关系： 。从而可以把测加速度转换为测量位移。这就是本节课演示实验的原理：用两个运动进行比较的方法――比较法。这个原理讲透后，学生也自然而然地明白待会演示实验为什么要有两辆小车，两轨道上的刻度有何用？
二、实验规律的研究不可一步登天
教材中的实验是两辆小车放在光滑的水平桌面上，在一个绳子拉力的作用下做匀加速直线运动。水平方向上，小车只受到一个力的作用。而实际做实验时，水平方向上小车除了受到绳子拉力，一定还受到摩擦力。这里就有两个问题：（1）在这堂课中要不要讲平衡摩擦力？讲的程度如何？（2）绳子等不等于小桶的重力。
一开始我备课时，花了好多时间制作课件，详详细细地分析这两个问题。后来一试讲，发现如果在这堂新课上，详细讨论这两个问题，反而冲谈这堂课的主题，同时也增加了难度，因为牛顿第二定律还没理解，就要分析多个力作用的情况，这对大多数学生来说是有难度；还有时间也不允许，往往会因此而拖课。
我认为对一个规律的研究还是先易后难，层层深入比较容易被大多数学生接受。因此对于这两个问题可以稍微提一下，或者在这课堂的最后以课后思考题的形式出现，等以后对牛顿第二定律进一步研究时再详细讨论。
三、实验装置的介绍和改进
教材中的每一个实验装置的结构设计都是有一定道理的，在给学生介绍时可以适当引导学生思考如何设计出满意的实验装置，这样有助于对实验的理解和探索物理规律方法的渗透。
本实验目的是研究加速度与力(对小车的拉力)、质量的关系。
设计思路：首先要有物体做匀加速直线运动。一般会想到，手拉着一辆小车上做匀加速直线运动（图1）。但是手拉不能保证力的大小和方向一定。为了保证力的方向，想到加一个定滑轮，（图2）；同时为了保证拉力的大小不变，用挂小桶来代替手拉，小桶的重力来代替绳的拉力，最就是教材中的演示实验装置了（图3）。
教材中处理是把绳子拉力约等于小桶的重力来处理，而实际上绳子的拉力要小于小桶的重力，这也是引起实验误差的一个重要原因，特别是当小车的质量不远大于小桶的质量时，误差更明显；而且，对以后的连接体的问题的学习造成很影响，因为学生从这个实验中看到，用小桶的重力来代替绳子的拉力，以后碰到这样的连接体问题时，总认为绳子的拉力就等于所挂物体的重力。因此，要克服以上缺点，最好是直接把绳对小车的拉力测出来。
测力用弹簧称，把弹簧称接在绳子上（图4）。这样可以测出绳子对小车的拉力。但是又有新的问题出现：弹簧称是在运动的，很难准确读数。
 （未完，下一页）
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