人教版《第四章 運動和力的關系》編寫說明

秦建云

摘 要：本文概括介紹普通高中新版人教版必修第一冊第四章的編寫說明，以使教師從核心素養的角度進行教學.

關鍵詞：核心素養;編寫說明

文章編號：1008-4134（2019）17-0006中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

1 全章概述

這一章的主要內容是探究力和運動的關系.要研究這一規律，就必須先對直接觀察到的現象及生活經驗進行概括，做出判斷，力對物體運動的哪些方面產生影響.再找到描述這些方面的物理量，通過具體實驗定量研究這些物理量之間的關系，得到結論后，進一步在不同情境中加以驗證，得到結論，再在生活中實現知識的遷移，考查學生是否存在問題.本章就是沿著這樣一個線索展開學習的.牛頓第一定律及牛頓第二定律是動力學的核心內容，也是研究后續內容的主要手段，應打好扎實的基礎.

本章共6節課文，其知識線索可分為三部分：第一是牛頓第一定律，了解牛頓第一次提出力的概念;知道力是物體運動狀態發生改變的原因，任何物體都有保持靜止或勻速直線運動狀態的固有屬性，這一屬性稱為慣性，慣性的大小取決于物體的質量.學習伽利略的理想實驗（第1節）.第二是牛頓第二定律，利用控制變量法通過實驗探究加速度與力、質量的關系;在實驗的基礎上通過廣泛的驗證及推理得出牛頓第二定律;學習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系;應用牛頓第二定律解決生活中的兩類問題（第2節、第3節、第4節、第5節）.第三是超重與失重，從重力測量的角度認識超物理失重發生的原因及帶來的后果（第6節）.

相對初中物理對運動和力的定性認識，高中物理在理性分析、邏輯思維、定量要求、數學計算、概念的嚴密性、實驗的復雜性等方面都上了一個很大的臺階.在教學中要扎扎實實地培養學生的邏輯思維能力，實驗方案的設計能力，應用科學語言的表達能力.在獲得能力提高的同時又要兼顧學生的可接受性，做到循序漸進、逐步到位，讓學生在學習中獲得成功的愉悅，這是在本章學習中需要特別注意的問題.

在編寫教材時，注意在學習概念、規律的同時，培養學生的核心素養，教師也應注意從核心素養的角度去進行教學.

（1）物理觀念.這一章教材力圖讓學生清楚兩個物理觀念：其一，運動是物質的一種屬性，物質維持其原有運動方式不變的屬性稱為慣性;其二，物質之間是相互聯系的，物質之間存在著相互作用，這種作用稱為力，他是導致物質運動方式發生改變的原因.

（2）科學思維.伽利略理想實驗的本質是想象著把實際中存在、影響物體運動的摩擦力去掉，抓住事物的本質.這種依據邏輯推理把實際實驗進行理想化處理的思想是研究物理問題的思維方法之一.為小車施加恒定且便于測量的力時，讓鉤碼質量遠小于物體的質量，減小加速度，使得鉤碼的重力與鉤碼對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，研究問題的思維方法.物理學的關系式在確定了物理量之間的關系時，也確定了物理量的單位之間的關系，采用國際單位制后，我們通過單位間的關系可以確認某一關系是否合理，或猜測某種關系的存在，這種利用量綱之間的關系推斷物理量之間的關系的思維方法也是十分重要的.

（3）科學探究.這一章的科學探究主要體現在兩個方面：一是用啟發性的語言、問題以及“做一做”等，推動學生逐步進行推理分析、發現問題、制定解決方案、訓練思維，形成主動探究的意識，養成探究的習慣;二是在牛頓第一定律的學習過程中，完整地了解科學家的探究過程，體會科學探究的基本方法，在加速度與力、質量的實驗探究中，引導學生在問題提出、實驗思路、物理量的測量、實驗方案的制定、數據處理與分析等方面進行完整的探究，在實踐中深刻認識科學探究的重要性，逐步培育學生科學探究的素養.

（4）科學態度與責任.教材在每一節開頭都設計了一個問題，這些問題中，有一些問題在后續的學習中并沒有進行討論，教師應當引導學生主動思考問題、獨立發表意見，展開小組討論，培養學生主動、嚴謹、合作的學習態度，承擔學習的責任.另外，第3節在小車加速度與力、質量關系實驗探究結論的基礎上，教材引領學生從一個實驗到多個實驗證實，進行分析并大膽推斷，再到生活中進一步觀察，最后得出牛頓第二定律，這一過程體現科學工作者對社會承擔的責任與風險，秉持實事求是、嚴謹的科學態度.

課時安排建議

第1節 牛頓第一定律1課時

第2節 實驗 探究加速度與力、質量之間的關系2課時

第3節 牛頓第二定律1課時

第4節 力學單位制 1課時

第5節 牛頓定律的應用 2課時

第6節 超重與失重 1課時

2 具體說明

（1）第1節核心內容為牛頓第一定律及力、慣性兩個基本概念.關于牛頓第一定律教材承襲了以往從物理學史的角度引領學生沿著亞里士多德、笛卡爾、伽利略、牛頓等物理學家對力與運動關系的研究足跡學習、思考.通過這種方法想讓學生深刻體會直觀經驗有時候會誘導我們做出錯誤的判斷，只有在直觀經驗的基礎上，經過科學的思維和嚴謹的實驗才能做出正確的判斷，揭示出真實的規律.充分領略伽利略理想實驗的魅力以及牛頓過人的歸納及概括能力.

當然，在實際教學中也可以引領學生回顧運動狀態及運動狀態的改變，思考為什么運動狀態會發生改變？通過歸納與推理去發現物體間的作用導致物體運動狀態的改變，進而提出如果物體不受力將會怎樣？做出判斷后，再設計實驗，在設計過程中感受不受力的物體是不存在的，我們只能在實驗的基礎上進行推論才能發現結論.在此基礎上再閱讀教材，了解歷史上對這一問題的研究.

關于力、慣性兩個概念，教材的處理思路如下：

①通過對牛頓第一定律表述的理解，讓學生體會到，力是外部對物體的作用，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致原因上定量研究運動狀態改變的基礎;③通過體驗物體運動狀態改變的難易程度，體會物體慣性的大小，從而將物體的兩個屬性，質量和慣性聯系起來，理解運動狀態的改變不僅與力還與物體質量有關，為進一步探究牛頓第二定律打下基礎.

（2）第2節重點在物理思維及實驗數據分析與處理能力的培養.

教材的基本思維線索是：①為什么要探究加速度與力、質量的關系;②從實驗的角度，同時研究某個物理量與另外兩個或多個物理量之間的定量關系是非常困難的，如何進行加速度與力、質量的關系研究;③如何測定加速度;④在運動中，怎樣給物體施加一個恒定的力;⑤由于物體運動狀態在改變，鉤碼的重力與鉤碼對物體的拉力不等，怎么辦？⑥摩擦是不可避免的，如何抵消或減弱摩擦對物體運動改變的影響;⑦數據如何處理可以確認加速度與質量成反比.

教材在上述問題中給出以下處理方法：①利用重力補償摩擦力，教材中通過傾斜木板實現，教學中也可以加掛鉤碼實現;②讓鉤碼質量遠小于物體的質量，減小加速度，使得鉤碼的重力與鉤碼對物體的拉力近似相等，教學中也可以通過力傳感器直接測量拉力;③通過打點計時器及位移比較測量加速度，教學中也可以通過位移傳感器或頻閃照相進行測量.

（3）第3節有三部分內容：第一，在第二節探究的基礎上，通過分析、概括得到牛頓第二定律的內容，用代數語言表述牛頓第二定律.這部分內容從一個實驗結論到更多的實驗驗證，做出大膽的預測再到生活中廣泛的應用，直至得到定律，這一過程有助于培養學生的科學態度，體會科學家追求真理的勇氣及科學精神.第二，從1“牛頓”的定義到牛頓第二定律代數表述的簡化表達式.通過學習使學生了解力的單位“牛頓”是從力的作用效果定義的，合理地選取單位可以簡化對問題的處理.第三，應用牛頓第二定律解決生活中的具體問題.在問題的解決過程中，給學生示范了利用運動過程中受力分析結合牛頓第二定律分析物體的運動特點，如何用代數表示力、加速度的大小和方向，如何嚴謹地闡述對問題的解決過程，物體受多個力時，如何進行受力分析.

（4）第4節通過對具體規律代數表達式的研討，引導學生理解，物理學的關系式在確定了物理量之間的關系時，也確定了物理量的單位之間的關系，在物理學中，只要選定幾個物理量的單位，就能夠利用物理量之間的關系推導出其他物理量的單位.了解物理學中七個基本量及對應的基本單位，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，導出單位自然隨之不同，從而產生不同的單位制.不同的地區使用不同的單位制，不方便交流.有必要建立國際統一的方案.通過討論明白，采用國際單位制后，我們通過單位間的關系可以確認某一關系是否合理，或猜測某種關系的存在.

（5）第5節通過兩個事例的分析，引導學生應用牛頓第二定律及勻變速直線運動的相關規律綜合分析問題，通過應用加深學生對相關規律的認識.通過學習了解應用規律預測受力物體的運動結果，根據運動的需求，合理控制受力，完成對運動的控制.練習使用科學語言準確表達分析、推理、判斷及結論表述.

（6）第6節首先讓學生觀察站在體重計上的人在下蹲過程中，體重計示數的變化，引發關于超重與失重的思考，然后總結重力測量的兩種方法，使學生明白通過觀測重力的作用效果來測量重力，體重計是利用重力導致體重計內部測量器件形變實現的，為后面的分析奠定基礎.

在分析超重、失重時引導學生建立示數與重力之間的邏輯關系，從而發現造成超重、失重的原因就是重力與對體重計的壓力不相等，而不是重力的增加或減少.用牛頓第二定律進行分析，發現二者是否相等取決于在豎直方向上是否存在加速度，加速度的方向導致發生超重還是失重，加速度的大小決定超重、失重的量值.通過“做一做”，讓學生明白造成超重、失重的加速度是相對于地面的而不是相對于體重計，考慮到各地生活環境的差異，將這一問題的認識以例題的方式呈現.最后，引導學生了解火箭發射升空過程及衛星在運行過程中的超重與失重現象，為今后的學習產生聯系，留下伏筆.