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2019-2020年高中物理 牛頓定律與汽車安全教案 教科版必修1 【設(shè)計思想】本節(jié)內(nèi)容取自于《普高課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書 物理必修1》08版，但在09版必修1中，本節(jié)教材被刪除了。但作為牛頓運動定律的應(yīng)用是很好的素材，兼顧對牛頓運動定律的復(fù)習(xí)和定律內(nèi)容與實際應(yīng)用的結(jié)合，因此占有很重要的位置，對這章的學(xué)習(xí)是一種深化。選擇這節(jié)課想達到以下三個目的： 1．學(xué)會應(yīng)用牛頓運動定律解決兩類動力學(xué)基本問題，并學(xué)會這兩類基本問題的處理方法和基本步驟； 2．學(xué)會應(yīng)用物理知識解決實際問題的方法和思路，學(xué)會合理近似、理想化處理實際問題，體會物理來源于生活而服務(wù)于生活； 3．在物理教學(xué)中滲透德育教育：珍愛生命，遵守交通法規(guī)，安全出行，人人有責(zé)； 本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的基本特點： 從汽車行駛的生活情景中提煉出做勻減速運動的物理模型，充分應(yīng)用牛頓運動定律，尋找力和運動之間的關(guān)系，圍繞動力學(xué)兩類基本問題：已知運動求受力，已知受力求運動，設(shè)計了5個問題，學(xué)會應(yīng)用牛頓運動定律解決兩類動力學(xué)基本問題，并學(xué)會這兩類基本問題的處理方法和基本步驟。通過對問題的分析，學(xué)會合理近似、理想化處理實際問題，體會物理來源于生活而服務(wù)于生活，同時，引入汽車安全運行設(shè)施的一些知識，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識。 根據(jù)教學(xué)的總體目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生的情況和教學(xué)資源，本節(jié)課主要采取的教學(xué)方式：以學(xué)生為主體，老師為主導(dǎo)的引導(dǎo)加探究教學(xué)；教學(xué)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的處理方法：在應(yīng)用規(guī)律尋找物理量之間關(guān)系的時候，滲透控制變量法和理想化處理問題的方法，幫助學(xué)生獲得直觀感受；歸納出汽車安全行駛的要素。 【《課標(biāo)》研讀】 知識性行為動詞2個；技能性行為動詞1個；體驗性行為動詞2個。由此不難看出，新課程在重視知識的同時，更加強調(diào)學(xué)生的體驗過程。 【教學(xué)目標(biāo)】 （一）知識與技能 1．了解什么是汽車安全運行距離，并會利用勻變速直線運動規(guī)律求解汽車安全運行距離，深化對牛頓運動定律的理解和認識。 2．會利用勻變速直線運動規(guī)律結(jié)合牛頓運動定律求解交通事故中的受力問題。 3．從牛頓定律角度了解安全帶，氣囊等裝置能減小交通事故傷害的物理道理。 （二）過程與方法 1．在對問題的探究活動中體會用牛頓運動定律解決問題的一般過程和方法。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 1．通過創(chuàng)設(shè)真實的、富有震撼力的問題情境，激發(fā)學(xué)生探究問題的熱情。 2．在解決問題的過程中，使學(xué)生進一步體會生活中到處都有物理，到處都有物理規(guī)律在起作用。 3．通過一起交通事故的分析，領(lǐng)會安全行駛的要素，增強安全意識，更加珍愛生命，遵守交通規(guī)則。 【教學(xué)重點】 牛頓運動定律在汽車安全運行中的應(yīng)用 【教學(xué)難點】 根據(jù)情景選擇與其研究對象相適應(yīng)的物理模型。會根據(jù)情況忽略次要因素，利用物理知識分析生活中行車安全問題 【教學(xué)方法】 探究討論、分析講解 【教具】 多媒體 課件 【教學(xué)過程】 一、新課導(dǎo)入 上周我們進行xx年最有影響的10大新聞的評選，其中有這么一條新聞： 18 中國重判醉酒駕車肇事者 司機孫偉銘在成都無證、醉酒駕車肇事后試圖逃逸，造成4死1傷的慘禍。9月8日，四川省高院二審以“危險方法危害社會公共安全罪”判處無期徒刑，該案引起社會的廣泛關(guān)注，有法律界人士建議在《刑法》中增加“飲酒、醉酒駕駛機動車罪”，以明確適用法律，增加對酒駕者的懲治力度。 大家有何看法？ 汽車已經(jīng)成為了現(xiàn)代社會的主要交通工具，它給人們的日常生活帶來了很大的便捷，但同時我們也都知道，隨著汽車數(shù)量的增加，每年因交通事故而死亡的人數(shù)及經(jīng)濟損失都是十分驚人的，xx年，全國共發(fā)生道路交通事故265204起，造成73484人死亡、304919人受傷，直接財產(chǎn)損失10.1億元。 反思：這個話題很沉重，今天我們利用所學(xué)知識來分析這起交通事故，希望它能夠給我們帶來一些啟示?。ò鍟n題）牛頓運動定律的應(yīng)用---------汽車的安全運行 二、新課教學(xué) 下面我們來看一起交通事故，事件回放： xx年某某駕駛別克小轎車與三位同事共四人一同前往山西游玩，在高速公路最外側(cè)車道行駛途中發(fā)現(xiàn)前面有一輛大貨車，當(dāng)時車速很快（120km/h)，但司機并沒有減速而是向右側(cè)打輪駛進應(yīng)急車道欲強行超車，駛?cè)霊?yīng)急車道后，司機突然發(fā)現(xiàn)前方不遠處有一輛故障車正在維修，雖采取緊急制動，但還是以60km/h的速度與故障車相撞，造成一人重傷，三人輕傷，小轎車完全報廢的重大交通事故。 這個事故與我們所學(xué)的知識有什么聯(lián)系？你會從哪些方面進行關(guān)注？（學(xué)生回答：初速度、加速度、安全距離）如何研究？需要做什么？ （一）引導(dǎo)學(xué)生建立物理情景，對汽車制動過程進行逐步分析 （1）畫出運動草圖。標(biāo)出速度、加速度、時間 （2）汽車制動過程受什么力？畫出受力示意圖。 （二）求安全距離 問題1：請大家根據(jù)所學(xué)的知識，計算小轎車司機發(fā)現(xiàn)情況時與故障車相距多遠？ 已知：發(fā)現(xiàn)情況時小轎車車速約為120km/h，司機反應(yīng)時間約0.5s，剎車時汽車受到的制動阻力的大小約為汽車重力的0.7倍。(學(xué)生活動) 教師小結(jié)： 題型：已知受力求運動 方法：加速度是連接力和運動的橋梁，根據(jù)受力分析求出合力，應(yīng)用牛頓第二定律求加速度，選擇運動學(xué)公式求解相應(yīng)物理量。 問題2：本事故中，小轎車司機犯了什么錯？（超速，占用應(yīng)急車道超速），那么故障車司機有錯嗎？（學(xué)生不一定會回答） 若要避免車禍的發(fā)生，故障車應(yīng)把警告標(biāo)志放置在距離來車方向至少多少米處？(學(xué)生活動) 教師小結(jié)：根據(jù)交通安全法第六十八條規(guī)定：機動車在高速公路上行駛發(fā)生故障時，警告標(biāo)志應(yīng)當(dāng)設(shè)置在故障車來車方向150m以外 板書1．反應(yīng)時間：駕駛員接收到停車信號直至做出相應(yīng)操作所用時間，這段時間里的車行駛距離為反應(yīng)距離。 問：這段時間里汽車做什么運動？速度還來不及變化----勻速直線（理想化） 2．制動距離：車制動開始到停止所駛過的距離 ----------勻變速直線（理想化） 問：這段時間里汽車做什么運動？-------理想化抽象為：勻變速直線運動 3．安全距離是反應(yīng)距離和制動距離之和。 問題3：根據(jù)你的計算，你認為影響汽車安全距離的因素有哪些？ 展示相關(guān)圖片，進一步討論在駕駛過程中超速、天氣情況惡劣、酒后駕車，疲勞駕駛等對安全距離的影響 問題4：（討論與交流）如果該駕駛員是酒后駕車，對駕駛員有什么影響？那么安全距離又會怎么樣？ 提示：血液中的酒精會使人的反應(yīng)時間至少增加3倍以上。 請大家計算 學(xué)生計算回答結(jié)果： 所以，酒后駕車是非常危險的，它是發(fā)生交通事故的主要因素之一。 過渡：那么在事故中車和人受到到得沖擊力多大？ （三）事故中車與人的受力分析教學(xué) 問題5：若兩輛車相撞后一起運行了0.02s停止運動，請大家估算汽車和駕駛員受到多大的沖擊力（其它力忽略不計）？已知：小轎車車身質(zhì)量（不含乘坐人員）約為1400kg，人的質(zhì)量約為70 kg，與故障車相撞時車速大約60km/h（約17m/s ）。 分析：對車做受力分析，和撞擊力相比，車受到的摩擦力，空氣阻力等都可以忽略不計（合理近似）。所以車受到的合外力就等于車受到的撞擊力。 由運動學(xué)知識：Vt=0 V0=6０m/s a=(Vt- V0)/t=(0-17)/0.02= -850m/s2 負號表示加速度的方向與車的運行方向相反。 由牛頓第二定律: F=ma=1680（-850）= -1.４１０6N 相當(dāng)于質(zhì)量為140噸的重物豎直壓汽車的撞擊部位上，車的結(jié)果如何？ 對人做受力分析 注意提示：對人的分析中三個牛頓運動定律都有體現(xiàn)。 （１）車停止運動后人仍以17m/s的速度前進——第一定律（慣性定律） （２）人停是由于（擋風(fēng)玻璃或安全氣囊的）阻力作用的結(jié)果——第二定律（力是改變物體運動狀態(tài)的原因） （３）人與擋風(fēng)玻璃安全氣囊之間的作用是相互的——第三定律 Vt=0 V0=6０m/s a=(Vt- V0)/t=(0-17)/0.02= -850m/s2 負號表示加速度的方向與車的運行方向相反。 由牛頓第二定律: F=ma=70（-850）= -6１０4N 這又相當(dāng)于質(zhì)量多大的重物的擠壓？6噸（相當(dāng)于一頭非洲雄性大象，長到十五歲左右的時候，它的身長就達到了八米以上；身高達到四米上下體重，達到七至八噸，即一萬四千斤至一萬六千斤），人會如何？事故回放，事故造成一人重傷，三人輕傷，這又是為什么？ （四）汽車安全運行設(shè)施簡介 提問：若不幸發(fā)生了撞車事故而希望人盡量不受傷怎么辦？ 回答：減少人受到的作用力即減少人減速運動時的加速度的大小。但初，末速度一定，減小加速度只能延長人做減速運動的時間。 提問：大家知道車上那些裝置能延長人做減速運動的時間從而減少人受到的損傷的嗎？（圖片展示汽車內(nèi)的安全設(shè)施，引導(dǎo)學(xué)生尋找） 回答： 1．安全帶(課件展示安全帶的作用) 2．安全氣囊。 安全氣囊的工作原理是,當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時,控制模塊快速對信號作出處理,確認發(fā)生碰撞的嚴重程度已經(jīng)超出安全帶的保護功能,便迅速釋放氣囊,使乘員的頭胸部直接與較為柔軟有彈力的氣囊接觸,從而通過氣囊的緩沖作用減輕乘員的傷害. 3．汽車上帶有一種叫做“ABS”的安全裝置，能夠減小汽車的制動距離。 防抱死系統(tǒng)的工作原理： 汽車上安裝的液壓或氣壓制動器稱之為常規(guī)制動裝置，這種裝置在緊急剎車時，往往將車輪完全抱死，雖然能起到制動的作用，卻伴隨跑偏和失去方向控制等安全隱患。ABS系統(tǒng)能克服常規(guī)制動系統(tǒng)的缺點。即當(dāng)駕駛員緊急制動時，如果某一輪子由于某種原因被抱死，ABS傳感器會在千分之一秒內(nèi)通知ABS調(diào)節(jié)器，脈沖調(diào)節(jié)對這一輪子的閘壓----減少制動力。之后,輪子繼續(xù)轉(zhuǎn)動,反復(fù)脈動調(diào)節(jié)達到每秒30次,使之不被鎖死.這樣,車可以沿行駛的方向沿直線制動,保證駕駛員仍靈活控制車輛,而且有效制動。 三、小結(jié) 反思： 1．在這次事故中，兩輛車的駕駛員都違反了哪些規(guī)則呢？ 《中華人民共和國道路交通安全法》第四十五條規(guī)定：機動車遇有前方車輛緩慢行駛時不得借道超車 第六十八條規(guī)定：機動車在高速公路上行駛發(fā)生故障時，警告標(biāo)志應(yīng)當(dāng)設(shè)置在故障車來車方向150m以外 2．每個人都應(yīng)做到 珍愛生命，安全出行，人人有責(zé)！請遵守交通規(guī)則！ 3．課堂小結(jié) 通過學(xué)習(xí)，我們今天了解了哪些汽車安全運行方面的知識？ 在學(xué)習(xí)中都用到了哪些物理學(xué)知識？ 我們能把這些用到的公式再總結(jié)出來嗎？ 四、作業(yè) 朝陽目標(biāo)：78頁：10 73頁：3、4 附：板書設(shè)計 牛頓運動定律的應(yīng)用--------汽車安全運行 汽車安全運行距離=反應(yīng)距離 +制動距離 汽車和人受力分析 汽車安全運行設(shè)施簡介 流程圖 【教學(xué)流程】 教學(xué)環(huán)節(jié) 教學(xué)活動 情景引入 有關(guān)交通事故的時事新聞回放，引出課題 視頻資料 討論〖問題1〗 創(chuàng)設(shè)問題平臺 一起交通事故為背景，展開問題討論 經(jīng)歷探究過程 探究〖問題1-5〗通過交流討論發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、體會動力學(xué)兩類基本問題的解決方法 解決新問題 汽車安全運行設(shè)施簡介 歸納小結(jié) 歸納研究方法 體驗成功喜悅 明確安全責(zé)任