牛頓第二定律高中物理教案
從容說課
經(jīng)過上一節(jié)課的實(shí)驗(yàn)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(duì)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(dòng)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(jìn)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(shí)性、同體性和獨(dú)立性.會(huì)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決簡(jiǎn)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(shí)與技能
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(guó)際單位制中力的單位“牛頓”是怎樣定義的.
4.會(huì)用牛頓第二定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算.
過程與方法
1.通過對(duì)上節(jié)課實(shí)驗(yàn)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(jìn)而總結(jié)出牛頓第二定律，體會(huì)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(jià)值觀
1.滲透物理學(xué)研究方法的教育.
2.認(rèn)識(shí)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.
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(diǎn)
牛頓第二定律的特點(diǎn).
教學(xué)難點(diǎn)
1.牛頓第二定律的理解.
2.理解k=1時(shí)，F(xiàn)=ma.
教具準(zhǔn)備
多媒體課件
課時(shí)安排
1課時(shí)
教學(xué)過程
［新課導(dǎo)入］
師：利用多媒體播放上節(jié)課做實(shí)驗(yàn)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(huì)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(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果.
師：通過上一節(jié)課的實(shí)驗(yàn)，我們知道當(dāng)物體所受的力不變時(shí)物體的加速度與其所受的作用力之間存在什么關(guān)系？
生：當(dāng)物體所受的力不變時(shí)物體運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)，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？
�。坌抡n教學(xué)］
一、牛頓第二定律
師：通過上一節(jié)課的實(shí)驗(yàn)，我們?cè)僖淮巫C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=kma.
選取合適的單位，上式可以簡(jiǎn)化.前面已經(jīng)學(xué)過，在國(guó)際單位制中力的單位是牛頓.其實(shí)，國(guó)際上牛頓這個(gè)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(shí)，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(guó)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(dá)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(shí)驗(yàn)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(duì)，我們?nèi)绾斡谜Z言把牛頓第二定律表達(dá)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，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】
�。ǘ嗝襟w演示課件）一個(gè)物體靜止在光滑水平面上，從某一時(shí)刻開始受到一個(gè)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(yùn)動(dòng)情況如何？
學(xué)生進(jìn)行分組討論
師：請(qǐng)同學(xué)們踴躍回答這個(gè)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(shí)已經(jīng)有了一個(gè)速度，所以2 s以后物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài).
師：剛才這位同學(xué)說2 s后物體不再受力，那么他說的對(duì)不對(duì)呢？
生：不對(duì).因?yàn)榇藭r(shí)物體仍然受到重力和水平地面對(duì)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?yàn)橹亓椭С至Φ暮狭榱�，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(gè)力.
師：非常好.以后我們?cè)诶门ｎD第二定律解題時(shí)一定要注意這個(gè)問題，即用物體所受的合力來進(jìn)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(duì)，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(shí)間改變，加速度也隨著時(shí)間改變
D.力停止作用，加速度也隨即消失
答案：ABCD
教師點(diǎn)評(píng)：牛頓第二定律是表示力的瞬時(shí)作用規(guī)律，描述的是力的瞬時(shí)作用效果是產(chǎn)生加速度.物體在某一時(shí)刻加速度的大小和方向，是由該物體在這一時(shí)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(shí)，它的加速度隨即也要發(fā)生變化，F(xiàn)=ma對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的每一瞬間成立，加速度與力是同一時(shí)刻的對(duì)應(yīng)量，即同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失.這就是牛頓第二定律的瞬時(shí)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(gè)較小的力來水平推桌子，為什么沒有推動(dòng)呢？這和牛頓第二定律是不是矛盾？
生：不矛盾，因?yàn)榕ｎD第二定律中的力是合力.
師：如果物體受幾個(gè)力共同作用，應(yīng)該怎樣求物體的加速度呢？
生：先求物體幾個(gè)力的合力，再求合力產(chǎn)生的加速度.
師：好，我們看下面一個(gè)例題.
多媒體展示例題
【例1】 一物體在幾個(gè)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(gè)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(yùn)動(dòng)
B.物體先向西運(yùn)動(dòng)后向東運(yùn)動(dòng)
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(shí)，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(shí)，物體的合力再次為零，加速度減小.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(duì)，雖然加速度是有一個(gè)減小的過程，但在整個(gè)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(duì).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(dá)到72 km／h的速度時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，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(shí)牽引力為2 000 N，產(chǎn)生的加速度應(yīng)為多大？（假定試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(dòng)時(shí)牽引力為2 000 N，所以此時(shí)的加速度為a2= ＝1 m/s2，方向向車運(yùn)動(dòng)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(shí)的一般步驟.
生：1.確定研究對(duì)象.
2.分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，畫出研究對(duì)象的受力分析圖.
3.求出合力.注意用國(guó)際單位制統(tǒng)一各個(gè)物理量的單位.
4.根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律建立方程并求解.
師：牛頓第二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(dòng)，滑到頂點(diǎn)后又返回斜面底端.試分析在物體運(yùn)動(dòng)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(dòng)的過程中，物體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的加速度方向是平行斜面向下的，與物體運(yùn)動(dòng)的速度方向相反，物體做減速運(yùn)動(dòng)，直至速度減為零.在物體向下滑動(dòng)的過程中，物體運(yùn)動(dòng)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，但合力的大小比上滑時(shí)小，所以物體將平行斜面向下做加速運(yùn)動(dòng)，加速度的大小要比上滑時(shí)小.由此可以看出，物體運(yùn)動(dòng)的加速度是由物體受到的外力決定的，而物體的運(yùn)動(dòng)速度不僅與受到的外力有關(guān)，而且還與物體開始運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)性、同體性、獨(dú)立性.
3.牛頓第二定律解決問題的一般方法.
�。鄄贾米鳂I(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(yùn)動(dòng)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 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
�。�.物體所受合外力越大，物體的加速度越大，速度也越大
�。�.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(gè)物體正以5 m/s的速度向東做勻速直線運(yùn)動(dòng)，從某一時(shí)刻開始受到一個(gè)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(gè)量程為20 N、完全相同的彈簧秤甲和乙系住一個(gè)質(zhì)量1 kg的物塊.在水平地面上當(dāng)小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩彈簧秤的示數(shù)均為10 N.當(dāng)小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧秤甲的示數(shù)變?yōu)? N.這時(shí)小車運(yùn)動(dòng)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(shí)雨滴的速度最大，以后雨滴做勻速運(yùn)動(dòng).
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(yùn)動(dòng).
由牛頓第二定律可知：a= = m/s2=0.6 m/s2
由勻減速直線運(yùn)動(dòng)公式可知：2 s末物體速度為
v2=v0－at=（5－0.6×2） 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(shí)，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)果相同.同學(xué)們可自行通過對(duì)兩種情況的假設(shè)加以驗(yàn)證.
板書設(shè)計(jì)
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(dá)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(shí)性：加速度與力是瞬間的對(duì)應(yīng)量，即同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失
（3）同體性：加速度和合外力（還有質(zhì)量）是同屬一個(gè)物體的
�。�4）獨(dú)立性：當(dāng)物體受到幾個(gè)力的作用時(shí)，各力將獨(dú)立地產(chǎn)生與其對(duì)應(yīng)的加速度，而物體表現(xiàn)出來的實(shí)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(dòng)與探究
探究活動(dòng)的主題:牛頓第二定律發(fā)現(xiàn)的過程.
探究過程：
步 驟 學(xué)生活動(dòng) 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(dòng)的感受 對(duì)優(yōu)秀文章進(jìn)行點(diǎn)評(píng)
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