1、人教版（2019）高中物理必修第一册第四章 运动和力的关系 单元教学设计运动和力的关系单元教学设计设计者团队信息序号姓名单位备注123456一、单元基本信息学科高中物理实施年级高一总设计者课程标准模块物理必修“1.2 相互作用与运动定律 ”使用教材人教版高中物理新教材必修第一册单元名称第四章运动和力的关系单元课时6 课时二、单元教学规划1.主题名称：运动和力的关系2.主题概述：2.1 新课标要求（1）通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。第 1 页 共 16 页通过实验，认识超重和失重现象。（2）知道
2、国际单位制中的力学单位。了解单位制在物理学中的重要意义。2.2 单元分析（1）运动和力的关系单元在 2019 年人教版物理教材中位于必修一第四章。这一章包括牛顿第一定律、实验：探究加速度与力、质量的关系、牛顿第二定律、 力学单位制、牛顿运动定律的应用、超重和失重共六节内容。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理位置、速度的变化，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，为方便学生学习，本章只限于物体做直线运动的问题。（2）本单元先阐述牛顿第一定律，分析、说明牛顿在前人，特别是在
3、伽利略 的研究基础上建立了牛顿第一定律，明确指出牛顿第一定律是牛顿力学的基石。 牛顿第一定律提出了两个重要的、基本的物理概念：力和惯性。本单元在阐述牛 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，在实验的基础上引导学生认识牛顿第二定律。牛顿第 二定律是定量的规律，教科书在介绍了力学单位制和国际单位制后，通过牛顿运 动定律讨论两类基本问题，深化学生对定律的理解。最后用牛顿第二定律研究了超重、失重问题。2.3 单元结构框架3.主题学情分析：（1）物理知识基础：前面已经较为深入地学习了有关力的概念，了解力的基 本性质。关于运动的描述，学生还学习了匀
4、变速直线运动的规律。上述这些都为 学生进一步学习牛顿运动定律，认识力与运动之间的定性与定量关系提供了知识上的准备。（2）科学思维层面：高中开始，学生在学习质点模型的过程中，认识了理想 对象模型的建立对物理学研究的重要性；在研究自由落体运动时，体验了构建理 想过程模型。因此学生已具备一定的选用恰当的模型解决问题的经验，且能从简 单的实际问题中抽象出物理模型，并应用推理论证、结合数学方法分析解决物理问题，并最终获得解释和结论。（3）科学探究层面：学生已初步掌握了理想实验的方法和思想，知道怎样进 行科学探究（提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、归纳总结得出结论、评估）。第
5、3 页 共 16 页4.开放性学习环境：伽利略理想斜面演示器、 加速度传感器、phyphox 软件、DisLab 数字实验室、信息化技术等等5.单元学习目标：5.1 物理观念层面（1）理解力和运动的关系，知道什么是理想实验，从“力 ”与“惯性 ”的概 念上理解牛顿第一定律，并能对该定律所揭示的运动和力的关系问题有较深刻的理解。并且能通过实例说明质量是物体惯性大小的量度。（2）掌握加速度与力、质量的定量关系。（3）通过分析探究实验的数据，能够得出牛顿第二定律的数学表达式 F=kma，并准确表述牛顿第二定律的内容，培养学生分析数据、从数据获取规律的能力。（4）能根据 1N 的定义，理解牛顿第二定律
6、的数学表达式是如何从 F=kma 变成 F=ma，体会单位的产生过程。（5）知道什么是单位制、基本单位和导出单位，知道国际单位制中的与力学有关的三个基本单位，了解国际单位制中 7 个基本单位。（6）通过体验和实验，认识超重和失重现象。5.2 科学思维层面（1）了解伽利略关于运动和力的关系的认识，了解他的理想实验和相应的推 理过程，领会实验加推理的科学研究方法，培养学生科学推理和想象能力。帮助学生养成研究问题要从不同的角度对比研究的习惯，培养学生逻辑推理的能力。（2）经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，会选择合理的实验方案进行探究实验。第 4 页 共 16 页（3）能够从合力与加速度的同时
7、性、矢量性等方面理解牛顿第二定律，理解牛顿第二定律是连接运动与力之间关系的桥梁。（4）能根据物理量的定义式或者物理关系来推导其他物理量的单位，能在运 算过程中规范使用物理单位，会利用单位制判断一个物理量表达式的可能正误等有关问题。5.3 科学探究层面（1）能积极参与和体验实验探究的全过程，培养科学研究问题的态度，培养 学生积极思考并学以致用。培养学生分析问题的能力，要能透过现象看本质，不 能不加研究、分析而只凭经验，对物理问题决不能主观臆断。学会用实验探究解决实际生活中的实际问题。（2）认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法。（3）通过理论探究、分组讨论，恰当的引导，培养学生的分析
8、、归纳、推理的逻辑思维能力，和对物理知识的综合应用能力。（4）通过在电梯里观察体重计示数发现超重和失重现象产生的条件，并应用 牛顿运动定律分析超重和失重现象发生的动力学原因，理解超重和失重现象的本质，培养学生从实际情境中捕捉信息、发现问题并提出问题的能力。（5）经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律，培养学生收集信息、获取证据的能力。5.4 科学态度与责任层面（1）通过阅读或者查找资料等途径了解牛顿第一定律的发现过程，体会人类认识事物本质的曲折过程，培养学生严谨的科学态度。（2）经历实验操作和测量的过程，体会探究过程的科学性和严谨性，实事求第 5 页 共 16 页是的科学态度。（3）会
9、运用牛顿第二定律分析和处理实际生活中的简单问题，体会物理的实用价值，培养学生关注生活、关注实际的态度。（4）了解单位制在物理学中的重要意义，认识统一单位的重要性和必要性， 了解单位制能促进世界科技、文化的交流，通过课外探究中国古代单位制的发展，培养爱国主义情感。（5）通过查阅资料、分享和交流，了解超重和失重现象在各个领域中的应用， 解释生活中的超重和失重现象，培养学生用科学知识解释生活现象的能力，激发学生的学习热情和兴趣，形成良好的科学态度与责任。6.设计学习体验和教学学习过程设计核心任务：探讨和交流“力与运动 ”的本质关系以及对社会发展的应用。任务一：通过理想斜面实验探寻力 与运动的定性关系
10、。任务二：通过实验探究加速度与 力、质量之间的关系并推导出力与 运动的定量关系。任务三：能运用牛顿运动定律解释 生产生活中的有关现象、解决相关 问题。4.1 牛顿第一定律 1 课时4.2 实验：探究加速度与力、 质量之间的关系4.3 牛顿第二定律4.4 力学单位制 3 课时4.5 牛顿运动定律的应用4.6 超重和失重 2 课时. 任务一：通过理想斜面实验探寻力与运动的定性关系。子任务 1：思考力与运动的关系是怎样的？并举例反驳亚里士多德的观点。第 6 页 共 16 页 活动 1.观察黑板擦的运动，提出问题：力与运动的关系是怎样的？ 活动 2.了解亚里士多德的运动理论，学生举例反驳亚里士多德观点
11、。子任务 2：学生重做伽利略理想斜面实验，分析论证得出力与运动的关系。 活动 3.观看单摆运动特点，介绍伽利略理想斜面实验设计灵感。 活动 4.学生重做伽利略理想斜面实验，分析论证得到力与运动的关系子任务 3：理解牛顿运动定律的内容，明确惯性和力的概念， 寻找惯性的量度。 活动 5.观看空气炮实验，比赛抽纸片。 活动 6.解释交通事故中人飞出的现象，知道安全带的重 要性。 活动 7.通过吹乒乓球实验，归纳总结惯性大小与质量有 关。子任务 4：运用惯性解释生活中的相关现象，了解其在生产生活中的应用。 活动 8.解释战斗机抛掉副油箱的原因。 活动 9.解释风阻尼器的应用原理第 7 页 共 16 页
12、. 任务二：通过实验探究加速度与力、质量之间的关系并推导出力与 运动的定量关系。子任务 1：观察实验引发学生思考。 活动 1.相同拉力条件下，小车质量越轻，小车的速度改变越快。提出问题：小车获得的加速度与什么有关？ 活动 2.学生猜想：与物体的质量以及力 有关。子任务 2：引领学生设计能便于测量力和加速度的实验方案。 活动 3.通过设计问题串引发学生思考并设计方案：问题 1.采用什么方法研究加速度与力、质量两个物理量之间的关系？ 问题 2.如何测物体的质量？问题 3.如何测物体的加速度？问题 4.如何测量物体受到的合外力？子任务 3：选取最优方案进行实验探究，记录实验数据。 活动 4.教师用气
13、垫导轨、无线加速度传感器、无线力传感器来演示完成实验，可以准确测出小车在运动过程中的受到的拉力和加速度，并记录实验数据。第 8 页 共 16 页子任务 4：数据分析，获得结论。 活动 5.引导学生采用图像法对数据进行分析。通过描点作图发现，如果这些 点在一条过原点的直线附近，说明两个物理量成正比例关系。当两个物理量可 能为反比例关系时，需要对一个量取倒数作为新的变量来寻找所画的图线是否 是直线，从而来判断两者是否是正比例或者一次函数的关系。子任务 5：通过分析探究实验的数据并根据力的单位的定义，推出牛顿第二定律 的表达式 F=ma。 活动 6.依据实验结果以及画出来的图像可以推出 a ，进而得
14、出 F = kma 的表达式。 活动 7.根据力的单位的定义，推出牛顿第二定律的表达式 F = ma。第 9 页 共 16 页. 任务三：能运用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决相 关问题。子任务 1：高铁为何能精准定位停车？ 活动 1：通过受力情况判断运动情况 活动 2：通过受力情况判断运动情况子任务 2：学生在体重秤上面上下蹲，让学生观察体重秤示数变化情况，并引发思考。 活动 2. 问题 1：体重计的示数为什么会发生变化？问题 2：物体的重力怎样测量？问题 3：体重计的示数代表了什么？ 活动 3. 引出视重的概念。子任务 2：分组实验：学生利用弹簧秤和钩码探究不同状态下弹簧秤的示数
15、变化。 活动 4.提出问题：是不是所有情况下所有情况下体重计的示数都等于物体的 重力？ 活动 5.学生分组实验并完成表格。 活动 6.归纳得出超重和失重的概念。子任务 3：人在运动的电梯里站在体重秤上称重的视频探究超重和失重的特点及 本质。 活动 7.提出问题：发生超重和失重现象与什么因素有关？ 活动 8.观看视频，记录表格。 活动 9.分析表格，归纳总结得出超重和失重的特点。 活动 10.进一步带领学生推导出发生超重和失重现象的本质原因。子任务 4：用力传感器和加速度传感器来模拟人站在体重秤上起立和下蹲的两个 过程，解决刚开始提出的问题。 活动 11.用传感器悬挂重物，演示物体从静止上升到某
16、一位置停下和从静止下 降到某一位置停下的过程，同时学生观察图像变化情况。带领学生一起分析加 速度和力随时间变化的图像为什么是这样的？ 活动 12.利用本节学习内容揭秘生活中和太空中的超重和失重现象。第 10 页 共 16 页7.评价建议：（1）本单元教学能充分揭示运动和力各知识点间的纵横关系，优化学科的知识结构，有利于在结构化的知识体系中提升学生的物理核心素养。（2）本单元活动任务设计指向学习目标，体现系列化、自主性、进阶性，呈现教师引导、指导、阐述与学生做想讲练的结合。8.反思性教学改进：如果能让学生更多参与实验设计，会更有利于学生科学思维和科学探究能力的提高。第四章 运动和力的关系 测试卷
17、全卷满分 100 分 考试用时 75 分钟一、单选题(本题共 7 小题，每小题 6 分，共 42 分。在每小题绐出的四个选项中，只有一 项符合题目要求）1科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用，下列说法符合历史事实的是( )A伽利略通过“理想实验 ”得出结论：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动 下去B亚里士多德指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停 下也不偏离原来的方向C亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变D笛卡儿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质第 11 页 共 16
18、 页（学业质量水平 1）2如图是甲、乙、丙、丁四个物体的物理量与时间的关系图像，下列说法不正确的是( )A 甲物体受到的合力为零 B乙物体受到的合力越来越大C丙物体受到不为零且大小恒定的合力 D丁物体的加速度越来越大（学业质量水平 1）a =3现在的物理学中加速度的定义式为vt - v0 t ，而历史上有些科学家曾把相等位移内速度变化相等的单向A = 直线运动称为“匀变速直线运动 ”（现称“另类匀变速直线运动 ”），该运动中的“另类加速度 ”定义为vt - v0x,其中 v0和 vt分别表示某段位移 x内的初速度和末速度A 0 表示物体做加速运动，A 0 表示物体做减速运动根据力学单位制，“另
19、类加速度 ”A的国际基本单位应为： ( )Am/s2 Bm2/s2 Cm-1 Ds-1（学业质量水平 1）4如图所示，天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的质量相同的小球，两小球均保持静止。重力加速度为 g。当突然剪断细绳时，上面小球 A与下面小球 B的加速度分别为( )Ag，gC2g，gB2g，0D0，g（学业质量水平 2）5如图甲所示，木箱里固定有压力传感器，用弹簧将物块压在压力传感器上，传感器的示数为 F1。若将箱 子如图乙所示放置，传感器的示数为 F2，现使图乙的箱子向上做匀加速运动，传感器的示数刚好为零，重力加速度为 g，则加速度的大小为( )A g B g C g D g（学业质量水
20、平 2）第 12 页 共 16 页6如图所示，带支架的平板小车沿水平面向左做直线运动，小球 A用细线悬挂于支架前端，质量为 m的物 块 B始终相对于小车静止在小车右端。B与小车平板间的动摩擦因数为 。若某时刻观察到细线偏离竖直方向角，则此刻小车对物块 B产生的作用力的大小和方向为（重力加速度为 g） ( )Amg，竖直向上Cmgtan , 水平向右Bmg 1+ 2 ，斜向左上方Dmg 1+ tan2 , 斜向右上方（学业质量水平 3）7图甲中的塔吊是现代工地必不可少的建筑设备，图乙为150kg 的建筑材料被吊车从也面竖直向上提升过程的v - t 图像， g 取10m/s2 ，下列判断正确的是(
21、 )A前10s钢索的拉力恒为 1500N B46s 末建筑材料离地面的距离为 22mC 0 10s建筑材料处于失重状态 D在30 36s钢索最容易发生断裂（学业质量水平 4）二、多选题（本题共 3 小题，每小题 6 分，共 18 分。在每小题给出的四个选项中，至少有 多项符合题目要求，漏选得 3 分，错选得 0 分。）8如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验的情景，风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起 ”， 此过程中( )第 13 页 共 16 页A地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等B人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力C人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小D人被
22、加速向上“托起 ”时处于超重状态（学业质量水平 3）9高铁已成为重要的“ 中国名片 ”，领跑世界。一辆由 8 节车厢编组的列车，从车头开始的第 2、3、6 和 7 共四节为动力车厢，其余为非动力车厢。列车在平直轨道上匀加速启动时，若每节动力车厢牵引力大小为F，每节车厢质量都为 m，每节车厢所受阻力为车厢重力的 k倍。重力加速度为 g。则( )A启动时车厢对乘客作用力的方向竖直向上B整列车的加速度大小为C第 2 节车厢对第 1 节车厢的作用力大小为D第 2 节车厢对第 3 节车厢的作用力大小为（学业质量水平 4）10如图甲所示，A、B 两物体叠放在光滑水平面上，对 B 物体施加一水平变力 F，F
23、t关系图象如图乙所示两物体在变力 F作用下由静止开始运动，且始终相对静止，则( )At0时刻，两物体之间的摩擦力为零Bt0时刻，两物体的速度方向开始改变Ct02t0时间内，两物体之间的摩擦力逐渐减小Dt02t0时间内，物体 A 所受的摩擦力方向始终与变力 F的方向相同（学业质量水平 5）三、实验题（本大题共 2 小题，共 16 分）11某同学设计了如图甲所示的装置来探究小车的加速度与所受合力的关系将装有力传感器的小车放置于 水平长木板上，缓慢向小桶中加入细砂，直到小车刚开始运动为止，记下传感器的最大示数 F0，以此表示小 车所受摩擦力的大小再将小车放回原处并按住，继续向小桶中加入细砂，记下传感
24、器的示数 F1.第 14 页 共 16 页（1）接通频率为 50Hz 的交流电源，释放小车，打出如图乙所示的纸带从比较清晰的点起，每 5 个点取一 个计数点，量出相邻计数点之间的距离，则小车加速度 a= m/s2 （3 分） (保留两位有效数字）（2）改变小桶中砂的重力，多次重复实验，记下小车加速运动时传感器的示数 F2 ，获得多组数据，描绘小 车加速度 a与合力 F（F=F2F0）的关系图象，不计纸带与计时器间的摩擦，下列图象中正确的是 （3 分）（3）同一次实验中，小车加速运动时传感器示数 F2与小车释放前传感器示数 F1 的关系是 F2 F1（2 分） （选填“ ”、“= ”或“ ”）（
25、4）关于该实验，下列说法中正确的是 （2 分）A小车和传感器的总质量应远大于小桶和砂的总质量B实验中需要将长木板右端垫高C实验中需要测出小车和传感器的总质量D用加砂的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，可更方便地获取多组实验数据（学业质量水平 2）12.图所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一砝码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉 力的大小变化情况。从图中可知道该砝码的重力约为 N（2 分），A 、B 、C 、D四段图线中砝码处于 超重状态的有 （2 分），处于失重状态的有 （2 分）。（学业质量水平 3）第 15 页 共 16 页四、计算题（本大题共 2 小题，13 题 6 分
26、，14 题 9 分，15 题 9 分，共 24 分）13如图所示，将两相同平直轨道上下双层排列，两相同小车分别位于两轨道上。某时刻两小车从轨道最右端同时开始做匀加速直线运动，一段时间后，刹车系统（图中未画出）同时控制两小车尾部的刹车线，使二者同时立即停下来。此过程中小车甲的位移 x1=30cm，小车乙的位移 x2=45cm。(1)求出两小车所受合力之比；(2)有同学认为“小车甲的惯性大 ”，你认为他的观点是否正确，并说明理由。（学业质量水平 3）14如图甲所示，质量 m=1kg 的物块在平行斜面向上的拉力 F作用下从静止开始沿斜面向上运动，t=0.5s时撤去拉力，利用速度传感器得到其速度随时间
27、变化的关系图像（v-t图像）如图乙所示，g取 10m/s2，求：（1）2s 内物块的位移大小 x和通过的路程 L；（2）拉力 F的大小；（3）斜面对物块的滑动摩擦力 Ff 的大小。（学业质量水平 4）15“平安北京，绿色出行 ”，地铁已成为北京的主要绿色交通工具之一。图为地铁安检场景，图是安检时 传送带运行的示意图。某乘客把一书包放在水平传送带的入口 A处，书包随传送带匀速运动到出口 B处。由 于书包与传送带间的动摩擦因数很大，传送带的运行速度很小，可忽略书包的加速时间。已知传送带始终以 v = 0.20m/s 的速度匀速运行，A、B两处之间的距离L = 1.6m 。(1)求书包从 A处运动到 B处的时间 t；(2)有同学认为，书包随传送带匀速运动过程中，始终受到传送带施加的摩擦力作用。你认为这种说法是否 正确，请说明理由；(3)若书包与传送带间的动摩擦因数为 0.02，试分析书包到达右端时的速度与传送带速度的关系，并用试着画出书包到达右端时的速度与传送带速度关系的图像（g = 10m/s2 ）。（学业质量水平 5）第 16 页 共 16 页
