牛頓第二定律教案 (2)

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1、一、 教學(xué)目標(biāo) 1.物理知識方面的要求: (1)掌握牛頓第二定律的文字內(nèi)容和數(shù)學(xué)公式; (2)理解公式中各物理量的意義及相互關(guān)系; (3)知道在國際單位制中力的單位"牛頓"是怎樣定義的。 2.以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),通過觀察、測量、歸納得到物體的加速度跟它的質(zhì)量及所受外力的關(guān)系,進(jìn)而總結(jié)出牛頓第二定律。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、概括能力和分析推理能力? 3.滲透物理學(xué)研究方法的教育。實(shí)驗(yàn)采用控制變量的方法對物體的a、F、m三個物理量進(jìn)行研究;運(yùn)用列表法處理數(shù)據(jù),使學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的;認(rèn)識到由實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1.本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容是做好演示實(shí)驗(yàn)

2、。讓學(xué)生觀察并讀取數(shù)據(jù),從而有說服力地歸納出a與F和m的關(guān)系,即可順理成章地得出牛頓第二定律的基本關(guān)系式。因此,熟練且準(zhǔn)確地操作實(shí)驗(yàn)就是本課的關(guān)鍵點(diǎn)。同時,也只有講清實(shí)驗(yàn)裝置、原理和圓滿地完成實(shí)驗(yàn)才能使學(xué)生體會到物理學(xué)研究的方法,才能達(dá)到掌握方法、提高素質(zhì)的目標(biāo)。 2.牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式簡單完美,記住并不難。但要全面、深入理解該定律中各物理量的意義和相互關(guān)聯(lián);牢固掌握定律的物理意義和廣泛的應(yīng)用前景,對學(xué)生來說是較困難的。這一難點(diǎn)在本課中可通過定律的辨析和有針對性的鞏固練習(xí)加以深化和突破,另外,還有待在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用過程中去體會和理解。 三、教具 小車、木板、滑輪、鉤碼、投影儀

3、。 四、主要教學(xué)過程 (一)引入新課 由牛頓第一定律可知,力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。而物體運(yùn)動狀態(tài)的改變是物體運(yùn)動速度發(fā)生變化,即加速度不為零。因而力又是產(chǎn)生加速度的原因,加速度與力有關(guān)。 由牛頓第一定律還可知:一切物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài),這種性質(zhì)叫慣性。而質(zhì)量是物體慣性大小的量度,因而加速度跟質(zhì)量有關(guān)。 那么物體運(yùn)動的加速度跟物體質(zhì)量及受力之間存在什么樣的關(guān)系?我們通過實(shí)驗(yàn)來探求。 (二)教學(xué)過程設(shè)計(jì) 1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) (1)啟發(fā)學(xué)生按如下思路得出實(shí)驗(yàn)方法:對于一個物體(使m不變),不受力時加速度為零→受力后加速度不為零→受力越大則加速度越大。 用同樣的力(使F不變

4、)作用于不同物體→質(zhì)量小的易被拉動→質(zhì)量越小加速度越大。 就是說,在研究三個變量的關(guān)系時,要使其中一個量不變,即控制變量的方法。 (2)啟發(fā)學(xué)生按如下思路得出實(shí)驗(yàn)原理:測定物體加速度的方法有多種,如利用打點(diǎn)計(jì)時器、分析紙帶等,這些方法較精確但費(fèi)時→尋找一種用其它物理量直觀反應(yīng)加速度大小的辦法→由 我們的實(shí)驗(yàn)就是由兩個小車在相同時間內(nèi)的位移來反映加速度大小跟力和質(zhì)量的關(guān)系 (2)實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)采用必修本所述裝置稍加改進(jìn)。在圖1中a、b、c三個位置加裝光滑金屬環(huán)以控制線繩位置不使脫落;另外通過環(huán)a將兩繩合并在一起可直接用手操作,以避免鐵夾操作的困難。這樣雖然增大了阻力,但只需使木板稍前傾

5、平衡摩擦力即可。木板側(cè)面的刻度用以讀出位移大小。 3.實(shí)驗(yàn)過程 (1)加速度跟力的關(guān)系 使用兩個相同的小車,滿足m1=m2;在連小車前的繩端分別掛一個鉤碼和兩個鉤碼,使F1=F2。將二小車?yán)镣黄瘘c(diǎn)處,記下位置。放手后經(jīng)一段時間使二小車同時停止,滿足時間t相同。讀出二小車的位移填入表1:(投影) 表1 第一次 第二次 m/kg F1/N s/m F′/N s′/m 小車1 0.2 0.2 0.32 0.3 0.31 小車2 0.2 0.1 0.15 0.1 0.10 比較可得,在誤差允許的范圍內(nèi),a∝F。 (2)加速度跟質(zhì)量的關(guān)系 將小車1上加0.2kg砝碼,使m1=2

6、m2;二小車前面繩端都掛一個鉤碼,使F1=F2。將二小車?yán)镣黄瘘c(diǎn)處放開經(jīng)一段時間使其同時停止,讀出各小車位移記入表2:(投影) 表2 第一次 第二次 F/N m/kg s/m m/kg s/m 小車1 0.1 0.4 0.15 小車2 0.1 0.2 0.31 4.定律導(dǎo)出 成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,即牛頓第二定律的基本關(guān)系。寫成數(shù)學(xué) (2)上式可寫為等式F=kma,式中k為比例常數(shù)。如果公式中的物理量選擇合適的單位,就可以使k=1,則公式更為簡單。 在國際單位制中,力的單位是牛頓。牛頓這個單位就是根據(jù)牛頓第二定律來定義的:使質(zhì)量是1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度

7、的力為1N,即1N=1kg·m/s2。 可見,如果都用國際單位制中的單位,就可以使k=1,那么公式則簡化為F=ma,這就是牛頓第二定律的數(shù)學(xué)公式。 (3)當(dāng)物體受到幾個力的作用時,牛頓第二定律也是正確的,不過這時F代表的是物體所受外力的合力。牛頓第二定律更一般的表述是: 物體的加速度跟所受的外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。 數(shù)學(xué)公式是:F合=ma。 5.定律的理解 牛頓第二定律是由物體在恒力作用下做勻加速直線運(yùn)動的情形下導(dǎo)出的,但由力的獨(dú)立作用原理可推廣到幾個力作用的情況,以及應(yīng)用于變力作用的某一瞬時。還應(yīng)注意到定律表述的最后一句話,即加速度與

8、合外力的方向關(guān)系,就是說,定律具有矢量性、瞬時性和獨(dú)立性,所以掌握牛頓第二定律還要注意以下幾點(diǎn): (1)定律中各物理量的意義及關(guān)系 F合是物體(研究對象)所受的合外力,m是研究對象的質(zhì)量,如果研究對象是幾個物體,則m為幾個物體的質(zhì)量和。a為研究對象在合力F合作用下產(chǎn)生的加速度;a與F合的方向一致。 (2)定律的物理意義 從定律可看到:一物體所受合外力恒定時,加速度也恒定不變,物體做勻變速直線運(yùn)動;合外力隨時間改變時,加速度也隨時間改變;合外力為零時,加速度也為零,物體就處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。 牛頓第二定律以簡單的數(shù)學(xué)形式表明了運(yùn)動和力的關(guān)系。 6.鞏固練習(xí) (1)從牛頓第二

9、定律知道,無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度?？墒俏覀冇昧μ嵋粋€很重的物體時卻提不動它,這跟牛頓第二定律有無矛盾?為什么? 答:沒有矛盾,由公式F=ma看,F合為合外力,無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度,這個力應(yīng)是合外力?，F(xiàn)用力提一很重的物體時,物體仍靜止,說明合外力為零。由受力分析可知F+N-mg=0。 (2)對一個靜止的物體施加一個力,物體一定做加速運(yùn)動,對嗎? 答:略。理由同上。 (3)下面哪些說法不對?為什么? A.物體所受合外力越大,加速度越大。 B.物體所受合外力越大,速度越大。 C.物體在外力作用下做勻加速直線運(yùn)動,當(dāng)合外力逐漸減小時,物體的速度逐漸減小。

10、D.物體的加速度大小不變一定受恒力作用。 答;B、C、D說法不對。根據(jù)牛頓第二定律,物體受的合外力決定了物體的加速度。而加速度大小和速度大小無關(guān)。所以,B說法錯誤。物體做勻加速運(yùn)動說明加速度方向與速度方向一致。當(dāng)合外力減小但方向不變時,加速度減小但方向也不變,所以物體仍然做加速運(yùn)動,速度增加。C說法錯誤。 加速度是矢量,其方向與合外力方向一致。加速度大小不變,若方向發(fā)生變化時,合外力方向必然變化。D說法錯。 (三)課堂小結(jié)(可引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)) 1.這節(jié)課以實(shí)驗(yàn)為依據(jù),采用控制變量的方法進(jìn)行研究。這一方法今后在電學(xué)、熱學(xué)的研究中還要用到。我們根據(jù)已掌握的知識設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、探索規(guī)律是物體研究的重要方法。 2.定義力的單位"牛頓"使得k=1,得到牛頓第二定律的簡單形式F=ma。使用簡捷的數(shù)學(xué)語言表達(dá)物理規(guī)律是物理學(xué)的特征之一,但應(yīng)知道它所對應(yīng)的文字內(nèi)容和意義。 3.牛頓第二定律概括了運(yùn)動和力的關(guān)系。物體所受合外力恒定,其加速度恒定;合外力為零,加速度為零。即合外力決定了加速度,而加速度影響著物體的運(yùn)動情況。因此,牛頓第二定律是把前兩章力和物體的運(yùn)動構(gòu)成一個整體,其中的紐帶就是加速度。 五、說明 1.本課以必修教材為依據(jù)。實(shí)驗(yàn)采用課文所述裝置,簡單直觀,易得出結(jié)論。缺點(diǎn)是不夠精確,操作亦須謹(jǐn)慎,否則會出現(xiàn)誤差較大的情形。