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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(yùn)動定律的應(yīng)用是很好的素材，兼顧對牛頓運(yùn)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(dá)到以下三個目的： 1．學(xué)會應(yīng)用牛頓運(yùn)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(yùn)動的物理模型，充分應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律，尋找力和運(yùn)動之間的關(guān)系，圍繞動力學(xué)兩類基本問題：已知運(yùn)動求受力，已知受力求運(yùn)動，設(shè)計了5個問題，學(xué)會應(yīng)用牛頓運(yùn)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(yùn)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(qiáng)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(yùn)行距離，并會利用勻變速直線運(yùn)動規(guī)律求解汽車安全運(yùn)行距離，深化對牛頓運(yùn)動定律的理解和認(rèn)識。 2．會利用勻變速直線運(yùn)動規(guī)律結(jié)合牛頓運(yùn)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(yùn)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(jìn)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(qiáng)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(yùn)動定律在汽車安全運(yùn)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jì)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(yùn)動定律的應(yīng)用---------汽車的安全運(yùn)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(jī)并沒有減速而是向右側(cè)打輪駛進(jìn)應(yīng)急車道欲強(qiáng)行超車，駛?cè)霊?yīng)急車道后，司機(jī)突然發(fā)現(xiàn)前方不遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)行逐步分析 （1）畫出運(yùn)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(jī)發(fā)現(xiàn)情況時與故障車相距多遠(yuǎn)？ 已知：發(fā)現(xiàn)情況時小轎車車速約為120km/h，司機(jī)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(yùn)動 方法：加速度是連接力和運(yùn)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(yùn)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(jī)犯了什么錯？（超速，占用應(yīng)急車道超速），那么故障車司機(jī)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(jī)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(yùn)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(yùn)動？-------理想化抽象為：勻變速直線運(yùn)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(rèn)為影響汽車安全距離的因素有哪些？ 展示相關(guān)圖片，進(jìn)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(yùn)行了0.02s停止運(yùn)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(yùn)動學(xué)知識：Vt=0 V0=6０m/s a=(Vt- V0)/t=(0-17)/0.02= -850m/s2 負(fù)號表示加速度的方向與車的運(yùn)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(yùn)動定律都有體現(xiàn)。 （１）車停止運(yùn)動后人仍以17m/s的速度前進(jìn)——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(yùn)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(fù)號表示加速度的方向與車的運(yùn)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(dá)到了八米以上；身高達(dá)到四米上下體重，達(dá)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動的時間。 提問：大家知道車上那些裝置能延長人做減速運(yùn)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(rèn)發(fā)生碰撞的嚴(yán)重程度已經(jīng)超出安全帶的保護(hù)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(dá)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(jī)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(jī)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(yùn)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(yùn)動定律的應(yīng)用--------汽車安全運(yùn)行 汽車安全運(yùn)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(yùn)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(yùn)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