高中物理 第5章 研究力和運動的關(guān)系 第2節(jié) 牛頓第二定律教案 滬科版必修1

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1、 牛頓第二定律 從容說課 經(jīng)過上一節(jié)課的實驗探究，學(xué)生已經(jīng)知道了加速度與受到的合外力成正比，和物體的質(zhì)量成反比的結(jié)論.這節(jié)通過對牛頓第二定律的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠站在更高的層次上理解物體的加速度和物體受力以及物體質(zhì)量的關(guān)系，使學(xué)生有了和科學(xué)巨匠相同的思維過程，充分調(diào)動他們學(xué)習(xí)物理的積極性.在教學(xué)中應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生如何把比例式變成等式，在進一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上理解牛頓第二定律中力和加速度的同向性、瞬時性、同體性和獨立性.會用牛頓運動定律解決簡單的題目，逐漸熟悉這一類問題的處理方法. 三維目標(biāo) 知識與技能 1.掌握牛頓第二定律的文

2、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. 4.會用牛頓第二定律的公式進行有關(guān)的計算. 過程與方法 1.通過對上節(jié)課實驗結(jié)論的總結(jié)，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，進而總結(jié)出牛頓第二定律，體會大師的做法與勇氣. 2.培養(yǎng)學(xué)生的概括能力和分析推理能力. 情感態(tài)度與價值觀 1.滲透物理學(xué)研究方法的教育. 2.認(rèn)識到由實驗歸納總結(jié)物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法. 3.通過牛頓第二定律的應(yīng)用能深切感受到科學(xué)源于生活并服務(wù)于生活，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣. 教學(xué)重點

3、 牛頓第二定律的特點. 教學(xué)難點 1.牛頓第二定律的理解. 2.理解k=1時，F(xiàn)=ma. 教具準(zhǔn)備 多媒體課件 課時安排 1課時 教學(xué)過程 ［新課導(dǎo)入］ 師：利用多媒體播放上節(jié)課做實驗的過程，引起學(xué)生的回憶，激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生再一次體會成功的喜悅，迅速把課堂氛圍變成研究討論影響物體加速度原因這一課題中去. 學(xué)生觀看，討論上節(jié)課的實驗過程和實驗結(jié)果. 師：通過上一節(jié)課的實驗，我們知道當(dāng)物體所受的力不變時物體的加速度與其所受的作用力之間存在什

4、么關(guān)系？ 生：當(dāng)物體所受的力不變時物體運動的加速度與物體所受的作用力成正比. 師：當(dāng)物體所受力不變時物體的加速度與其質(zhì)量之間存在什么關(guān)系？ 生：當(dāng)物體所受的力不變時物體的加速度與物體的質(zhì)量成反比. 師：當(dāng)物體所受的力和物體的質(zhì)量都發(fā)生變化時，物體的加速度與其所受的作用力、質(zhì)量之間存在怎樣的關(guān)系呢？ ［新課教學(xué)］ 一、牛頓第二定律 師：通過上一節(jié)課的實驗，我們再一次證明了：物體的加速度與物體的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比. 師：如何用數(shù)學(xué)式子把以上的結(jié)論表示出來？ 生：a∝ 師：如何把以上式子寫成等式? 生：需要引入比例常數(shù)k a=k 師：我們可以把上式再變形為F=

5、kma. 選取合適的單位，上式可以簡化.前面已經(jīng)學(xué)過，在國際單位制中力的單位是牛頓.其實，國際上牛頓這個單位是這樣定義的：質(zhì)量為1 kg的物體，獲得1 m/s2的加速度時，受到的合外力為1 N，即1 N=1 kgm/s2 可見，如果各量都采用國際單位，則k=1，F(xiàn)=ma 這就是牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達式. 師：牛頓第二定律不僅描述了F、m、a的數(shù)量關(guān)系，還描述了它們的方向關(guān)系，結(jié)合上節(jié)課實驗的探究，它們的方向關(guān)系如何？ 生：質(zhì)量m是標(biāo)量，沒有方向.合力的方向與加速度方向相同. 師：對，我們?nèi)绾斡谜Z言把牛頓第二定律表達出來呢？ 生：物體的加速度跟所受的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，

6、加速度的方向跟合力的方向相同. 師：加速度的方向與合外力的方向始終一致，我們說牛頓第二定律具有同向性. 【討論與交流】 （多媒體演示課件）一個物體靜止在光滑水平面上，從某一時刻開始受到一個方向向右、大小為5 N的恒定外力作用，若物體質(zhì)量為5 kg，求物體的加速度.若2 s后撤去外力，物體的加速度是多少？物體2 s后的運動情況如何？ 學(xué)生進行分組討論 師：請同學(xué)們踴躍回答這個問題. 生：根據(jù)牛頓第二定律F=ma，可得a=，代入數(shù)據(jù)可得a=1 m/s2，2 s后撤去外力，物體所受的力為零，所以加速度為零.由于物體此時已經(jīng)有了一個速度，所以2 s以后物體保持勻速直線運動狀態(tài). 師：剛

7、才這位同學(xué)說2 s后物體不再受力，那么他說的對不對呢？ 生：不對.因為此時物體仍然受到重力和水平地面對它的支持力. 師：那么在這種情況下的加速度又是多少呢？ 生：仍然是零，因為重力和支持力的合力為零，牛頓第二定律中物體所受的力是物體所受的合力，而不是某一個力. 師：非常好.以后我們在利用牛頓第二定律解題時一定要注意這個問題，即用物體所受的合力來進行處理. 【課堂訓(xùn)練】 討論a和F合的關(guān)系，并判斷下面哪些說法不對，為什么. A.只有物體受到力的作用，物體才具有加速度 B.力恒定不變，加速度也恒定不變 C.力隨著時間改變，加速度也隨著時間改變 D.力停止作用，加速度也隨即

8、消失 答案：ABCD 教師點評：牛頓第二定律是表示力的瞬時作用規(guī)律，描述的是力的瞬時作用效果是產(chǎn)生加速度.物體在某一時刻加速度的大小和方向，是由該物體在這一時刻所受到的合外力的大小和方向來決定的.當(dāng)物體所受到的合外力發(fā)生變化時，它的加速度隨即也要發(fā)生變化，F(xiàn)=ma對運動過程的每一瞬間成立，加速度與力是同一時刻的對應(yīng)量，即同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失.這就是牛頓第二定律的瞬時性. 師：根據(jù)牛頓第二定律，即使再小的力也可以產(chǎn)生加速度，那么我們用一個較小的力來水平推桌子，為什么沒有推動呢？這和牛頓第二定律是不是矛盾？ 生：不矛盾，因為牛頓第二定律中的力是合力. 師：如果物體受幾個力共同作用

9、，應(yīng)該怎樣求物體的加速度呢？ 生：先求物體幾個力的合力，再求合力產(chǎn)生的加速度. 師：好，我們看下面一個例題. 多媒體展示例題 【例1】 一物體在幾個力的共同作用下處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)使其中向東的一個力F的值逐漸減小到零，又逐漸使其恢復(fù)到原值（方向不變），則 A.物體始終向西運動 B.物體先向西運動后向東運動 C.物體的加速度先增大后減小 D.物體的速度先增大后減小 生1：物體向東的力逐漸減小，由于原來合力為零，當(dāng)向東的力逐漸減小時，合力應(yīng)該向西逐漸增大，物體的加速度增大，方向向西.當(dāng)物體向東的力恢復(fù)到原值時，物體的合力再次為零，加

10、速度減小.所以加速度的變化情況應(yīng)該先增大后減小. 生2：物體的加速度先增大后減小，所以速度也應(yīng)該先增大后減小. 生3：這種說法不對，雖然加速度是有一個減小的過程，但在整個過程中加速度的方向始終和速度的方向一致，所以速度應(yīng)該一直增大，直到加速度為零為止. 師：對.一定要注意速度的變化和加速度的變化并沒有直接的關(guān)系，只要加速度的方向和速度的方向一致，速度就一直增大. 多媒體展示例題 【例2】 某質(zhì)量為1 000 kg的汽車在平直路面上試車，當(dāng)達到72 km／h的速度時關(guān)閉發(fā)動機，經(jīng)過20 s停下來，汽車受到的阻力是多大？重新起步加速時牽引力為2 000 N，產(chǎn)生的加速度應(yīng)為多大？（假定試

11、車過程中汽車受到的阻力不變） 學(xué)生討論解答 生：物體在減速過程的初速度為72 km/h=20 m/s，末速度為零，根據(jù)a=得物體的加速度為a＝－1 m/s2，方向向后.物體受到的阻力f＝ma＝－1 000 N.當(dāng)物體重新啟動時牽引力為2 000 N，所以此時的加速度為a2=＝1 m/s2，方向向車運動的方向. 師：根據(jù)以上的學(xué)習(xí)，同學(xué)們討論總結(jié)一下牛頓第二定律應(yīng)用時的一般步驟. 生：1.確定研究對象. 2.分析物體的受力情況和運動情況，畫出研究對象的受力分析圖. 3.求出合力.注意用國際單位制統(tǒng)一各個物理量的單位. 4.根據(jù)牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律建立方程并求解. 師：牛頓第二

12、定律在高中物理的學(xué)習(xí)中占有很重要的地位，希望同學(xué)們能夠理解牛頓第二定律并且能夠熟練地應(yīng)用它解決問題. 【課堂訓(xùn)練】 如圖4－3－1所示，一物體以一定的初速度沿斜面向上滑動，滑到頂點后又返回斜面底端.試分析在物體運動的過程中加速度的變化情況. 圖4－3－1 解析：在物體向上滑動的過程中，物體運動受到重力和斜面的摩擦力作用，其沿斜面的合力平行于斜面向下，所以物體運動的加速度方向是平行斜面向下的，與物體運動的速度方向相反，物體做減速運動，直至速度減為零.在物體向下滑動的過程中，物體運動也是受到重力和斜面的摩擦力作用，但摩擦力的方向平行斜面向上，其沿斜面的合力仍然是平行于斜面向下，但合力

13、的大小比上滑時小，所以物體將平行斜面向下做加速運動，加速度的大小要比上滑時小.由此可以看出，物體運動的加速度是由物體受到的外力決定的，而物體的運動速度不僅與受到的外力有關(guān)，而且還與物體開始運動時所處的狀態(tài)有關(guān). ［小結(jié)］ 這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了 1.牛頓第二定律：F=ma. 2.牛頓第二定律具有同向性、瞬時性、同體性、獨立性. 3.牛頓第二定律解決問題的一般方法. ［布置作業(yè)］ 教材第85頁問題與練習(xí). ［課外訓(xùn)練］ 1.設(shè)雨滴從很高處豎直下落，所受空氣阻力f和其速度v成正比.則雨滴的運動情況是 A.先加速后減速，最后靜止 B.先加速后勻速 C.先加速后減速直至勻速

14、 D.加速度逐漸減小到零 2.下列說法中正確的是 Ａ.物體所受合外力為零，物體的速度必為零 Ｂ.物體所受合外力越大，物體的加速度越大，速度也越大 Ｃ.物體的速度方向一定與物體受到的合外力的方向一致 D.物體的加速度方向一定與物體所受到的合外力方向相同 3.一個物體正以5 m/s的速度向東做勻速直線運動，從某一時刻開始受到一個方向向西、大小為3 N的恒定外力作用，若物體質(zhì)量為5 kg，求：2 s末物體的速度. 4.如圖4－3－2所示，底板光滑的小車上用兩個量程為20 N、完全相同的彈簧秤甲和乙系住一個質(zhì)量1 kg的物塊.在水平地面上當(dāng)小車做勻速直線運動時，兩彈簧秤的示數(shù)均為10

15、 N.當(dāng)小車做勻加速直線運動時，彈簧秤甲的示數(shù)變?yōu)? N.這時小車運動的加速度大小是 圖4－3－2 A.2 m/s2 B.4 m/s2 C.6 m/s2 D.8 m/s2 參考答案 1.答案：B 解析：分析雨滴的受力情況，發(fā)現(xiàn)雨滴受豎直向下的重力和向上的空氣阻力，重力的大小方向不變，空氣阻力隨速度的增大而增大，所以物體的加速度a=應(yīng)該逐漸變小最終為零，此時雨滴的速度最大，以后雨滴做勻速運動. 2.答案：D 3.分析與解答：由于物體受到恒定外力是向西的，因此產(chǎn)生恒定加速度的方向也是向西的，與物體初速度方向相反，故物體應(yīng)做勻減速直線運動.

16、 由牛頓第二定律可知：a== m/s2=0.6 m/s2 由勻減速直線運動公式可知：2 s末物體速度為 v2=v0－at=（5－0.62） m/s=3.8 m/s 方向向東. 4.解析：因彈簧的彈力與其形變量成正比，當(dāng)彈簧秤甲的示數(shù)由10 N變?yōu)? N時，其形變量減少，則彈簧秤乙的形變量一定增大，且甲、乙兩彈簧秤形變量變化的大小相等，所以，彈簧秤乙的示數(shù)應(yīng)為12 N.物體在水平方向所受到的合外力為F=T乙－T甲=12 N－8 N=4 N. 根據(jù)牛頓第二定律，得物塊的加速度大小為a== m/s2=4 m/s2. 答案：B 說明：無論題中的彈簧秤原來處于拉伸狀態(tài)或壓縮狀態(tài)，其結(jié)果相

17、同.同學(xué)們可自行通過對兩種情況的假設(shè)加以驗證. 板書設(shè)計 3 牛頓第二定律 內(nèi) 容 物體的加速度跟所受的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同 表達式 F=ma 說 明 （1）同向性：加速度的方向與力的方向始終一致 （2）瞬時性：加速度與力是瞬間的對應(yīng)量，即同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失 （3）同體性：加速度和合外力（還有質(zhì)量）是同屬一個物體的 （4）獨立性：當(dāng)物體受到幾個力的作用時，各力將獨立地產(chǎn)生與其對應(yīng)的加速度，而物體表現(xiàn)出來的實際加速度是物體所受各力產(chǎn)生加速度疊加的結(jié)果 活動與探究 探究活動的主題:牛頓第二定律發(fā)現(xiàn)的過程. 探究過程

18、： 步 驟 學(xué)生活動 教師指導(dǎo) 目的 1 到圖書館、上網(wǎng)查閱有關(guān)牛頓發(fā)現(xiàn)牛頓第二定律的書籍 介紹相關(guān)書籍 1.讓學(xué)生更多地了解物理規(guī)律的來之不易 2.培養(yǎng)學(xué)生的思考能力 2 根據(jù)查閱的資料，確定文章主題和內(nèi)容 解答學(xué)生提出的具體問題 3 相互交流活動的感受 對優(yōu)秀文章進行點評 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375