人教版《第四章 运动和力的关系》编写说明

秦建云

摘 要：本文概括介绍普通高中新版人教版必修第一册第四章的编写说明，以使教师从核心素养的角度进行教学.

关键词：核心素养;编写说明

文章编号：1008-4134（2019）17-0006中图分类号：G633.7文献标识码：B

1 全章概述

这一章的主要内容是探究力和运动的关系.要研究这一规律，就必须先对直接观察到的现象及生活经验进行概括，做出判断，力对物体运动的哪些方面产生影响.再找到描述这些方面的物理量，通过具体实验定量研究这些物理量之间的关系，得到结论后，进一步在不同情境中加以验证，得到结论，再在生活中实现知识的迁移，考查学生是否存在问题.本章就是沿着这样一个线索展开学习的.牛顿第一定律及牛顿第二定律是动力学的核心内容，也是研究后续内容的主要手段，应打好扎实的基础.

本章共6节课文，其知识线索可分为三部分：第一是牛顿第一定律，了解牛顿第一次提出力的概念;知道力是物体运动状态发生改变的原因，任何物体都有保持静止或匀速直线运动状态的固有属性，这一属性称为惯性，惯性的大小取决于物体的质量.学习伽利略的理想实验（第1节）.第二是牛顿第二定律，利用控制变量法通过实验探究加速度与力、质量的关系;在实验的基础上通过广泛的验证及推理得出牛顿第二定律;学习1牛顿的定义，知道基本物理量与基本单位，了解物理量单位之间的关系;应用牛顿第二定律解决生活中的两类问题（第2节、第3节、第4节、第5节）.第三是超重与失重，从重力测量的角度认识超物理失重发生的原因及带来的后果（第6节）.

相对初中物理对运动和力的定性认识，高中物理在理性分析、逻辑思维、定量要求、数学计算、概念的严密性、实验的复杂性等方面都上了一个很大的台阶.在教学中要扎扎实实地培养学生的逻辑思维能力，实验方案的设计能力，应用科学语言的表达能力.在获得能力提高的同时又要兼顾学生的可接受性，做到循序渐进、逐步到位，让学生在学习中获得成功的愉悦，这是在本章学习中需要特别注意的问题.

在编写教材时，注意在学习概念、规律的同时，培养学生的核心素养，教师也应注意从核心素养的角度去进行教学.

（1）物理观念.这一章教材力图让学生清楚两个物理观念：其一，运动是物质的一种属性，物质维持其原有运动方式不变的属性称为惯性;其二，物质之间是相互联系的，物质之间存在着相互作用，这种作用称为力，他是导致物质运动方式发生改变的原因.

（2）科学思维.伽利略理想实验的本质是想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质.这种依据逻辑推理把实际实验进行理想化处理的思想是研究物理问题的思维方法之一.为小车施加恒定且便于测量的力时，让钩码质量远小于物体的质量，减小加速度，使得钩码的重力与钩码对物体的拉力近似相等，这也是一种抓住事物的主要方面，忽略次要方面，研究问题的思维方法.物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时，也确定了物理量的单位之间的关系，采用国际单位制后，我们通过单位间的关系可以确认某一关系是否合理，或猜测某种关系的存在，这种利用量纲之间的关系推断物理量之间的关系的思维方法也是十分重要的.

（3）科学探究.这一章的科学探究主要体现在两个方面：一是用启发性的语言、问题以及“做一做”等，推动学生逐步进行推理分析、发现问题、制定解决方案、訓练思维，形成主动探究的意识，养成探究的习惯;二是在牛顿第一定律的学习过程中，完整地了解科学家的探究过程，体会科学探究的基本方法，在加速度与力、质量的实验探究中，引导学生在问题提出、实验思路、物理量的测量、实验方案的制定、数据处理与分析等方面进行完整的探究，在实践中深刻认识科学探究的重要性，逐步培育学生科学探究的素养.

（4）科学态度与责任.教材在每一节开头都设计了一个问题，这些问题中，有一些问题在后续的学习中并没有进行讨论，教师应当引导学生主动思考问题、独立发表意见，展开小组讨论，培养学生主动、严谨、合作的学习态度，承担学习的责任.另外，第3节在小车加速度与力、质量关系实验探究结论的基础上，教材引领学生从一个实验到多个实验证实，进行分析并大胆推断，再到生活中进一步观察，最后得出牛顿第二定律，这一过程体现科学工作者对社会承担的责任与风险，秉持实事求是、严谨的科学态度.

课时安排建议

第1节 牛顿第一定律1课时

第2节 实验 探究加速度与力、质量之间的关系2课时

第3节 牛顿第二定律1课时

第4节 力学单位制 1课时

第5节 牛顿定律的应用 2课时

第6节 超重与失重 1课时

2 具体说明

（1）第1节核心内容为牛顿第一定律及力、惯性两个基本概念.关于牛顿第一定律教材承袭了以往从物理学史的角度引领学生沿着亚里士多德、笛卡尔、伽利略、牛顿等物理学家对力与运动关系的研究足迹学习、思考.通过这种方法想让学生深刻体会直观经验有时候会诱导我们做出错误的判断，只有在直观经验的基础上，经过科学的思维和严谨的实验才能做出正确的判断，揭示出真实的规律.充分领略伽利略理想实验的魅力以及牛顿过人的归纳及概括能力.

当然，在实际教学中也可以引领学生回顾运动状态及运动状态的改变，思考为什么运动状态会发生改变？通过归纳与推理去发现物体间的作用导致物体运动状态的改变，进而提出如果物体不受力将会怎样？做出判断后，再设计实验，在设计过程中感受不受力的物体是不存在的，我们只能在实验的基础上进行推论才能发现结论.在此基础上再阅读教材，了解历史上对这一问题的研究.

关于力、惯性两个概念，教材的处理思路如下：

①通过对牛顿第一定律表述的理解，让学生体会到，力是外部对物体的作用，而惯性是任何物体自身都具有的一种属性;②明确力的概念是牛顿首次提出的，力的提出奠定了从导致原因上定量研究运动状态改变的基础;③通过体验物体运动状态改变的难易程度，体会物体惯性的大小，从而将物体的两个属性，质量和惯性联系起来，理解运动状态的改变不仅与力还与物体质量有关，为进一步探究牛顿第二定律打下基础.

（2）第2节重点在物理思维及实验数据分析与处理能力的培养.

教材的基本思维线索是：①为什么要探究加速度与力、质量的关系;②从实验的角度，同时研究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系是非常困难的，如何进行加速度与力、质量的关系研究;③如何测定加速度;④在运动中，怎样给物体施加一个恒定的力;⑤由于物体运动状态在改变，钩码的重力与钩码对物体的拉力不等，怎么办？⑥摩擦是不可避免的，如何抵消或减弱摩擦对物体运动改变的影响;⑦数据如何处理可以确认加速度与质量成反比.

教材在上述问题中给出以下处理方法：①利用重力补偿摩擦力，教材中通过倾斜木板实现，教学中也可以加挂钩码实现;②让钩码质量远小于物体的质量，减小加速度，使得钩码的重力与鉤码对物体的拉力近似相等，教学中也可以通过力传感器直接测量拉力;③通过打点计时器及位移比较测量加速度，教学中也可以通过位移传感器或频闪照相进行测量.

（3）第3节有三部分内容：第一，在第二节探究的基础上，通过分析、概括得到牛顿第二定律的内容，用代数语言表述牛顿第二定律.这部分内容从一个实验结论到更多的实验验证，做出大胆的预测再到生活中广泛的应用，直至得到定律，这一过程有助于培养学生的科学态度，体会科学家追求真理的勇气及科学精神.第二，从1“牛顿”的定义到牛顿第二定律代数表述的简化表达式.通过学习使学生了解力的单位“牛顿”是从力的作用效果定义的，合理地选取单位可以简化对问题的处理.第三，应用牛顿第二定律解决生活中的具体问题.在问题的解决过程中，给学生示范了利用运动过程中受力分析结合牛顿第二定律分析物体的运动特点，如何用代数表示力、加速度的大小和方向，如何严谨地阐述对问题的解决过程，物体受多个力时，如何进行受力分析.

（4）第4节通过对具体规律代数表达式的研讨，引导学生理解，物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时，也确定了物理量的单位之间的关系，在物理学中，只要选定几个物理量的单位，就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位.了解物理学中七个基本量及对应的基本单位，理解如果采用不同的物理量作为基本量，或者虽然采用相同的基本量，但采用的基本单位不同，导出单位自然随之不同，从而产生不同的单位制.不同的地区使用不同的单位制，不方便交流.有必要建立国际统一的方案.通过讨论明白，采用国际单位制后，我们通过单位间的关系可以确认某一关系是否合理，或猜测某种关系的存在.

（5）第5节通过两个事例的分析，引导学生应用牛顿第二定律及匀变速直线运动的相关规律综合分析问题，通过应用加深学生对相关规律的认识.通过学习了解应用规律预测受力物体的运动结果，根据运动的需求，合理控制受力，完成对运动的控制.练习使用科学语言准确表达分析、推理、判断及结论表述.

（6）第6节首先让学生观察站在体重计上的人在下蹲过程中，体重计示数的变化，引发关于超重与失重的思考，然后总结重力测量的两种方法，使学生明白通过观测重力的作用效果来测量重力，体重计是利用重力导致体重计内部测量器件形变实现的，为后面的分析奠定基础.

在分析超重、失重时引导学生建立示数与重力之间的逻辑关系，从而发现造成超重、失重的原因就是重力与对体重计的压力不相等，而不是重力的增加或减少.用牛顿第二定律进行分析，发现二者是否相等取决于在竖直方向上是否存在加速度，加速度的方向导致发生超重还是失重，加速度的大小决定超重、失重的量值.通过“做一做”，让学生明白造成超重、失重的加速度是相对于地面的而不是相对于体重计，考虑到各地生活环境的差异，将这一问题的认识以例题的方式呈现.最后，引导学生了解火箭发射升空过程及卫星在运行过程中的超重与失重现象，为今后的学习产生联系，留下伏笔.