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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。
  

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