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2019-2020年高中物理《牛頓第二定律》教案59 新人教版必修1 一、教學(xué)目標(biāo) 1．物理知識(shí)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(guó)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(guò)觀察、測(cè)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(duì)物體的a、F、m三個(gè)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(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。 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)。讓學(xué)生觀察并讀取數(shù)據(jù)，從而有說(shuō)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(shí)，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(huì)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(jiǎn)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(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是較困難的。這一難點(diǎn)在本課中可通過(guò)定律的辨析和有針對(duì)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(guò)程中去體會(huì)和理解。 三、教具 小車、木板、滑輪、鉤碼、投影儀。 四、主要教學(xué)過(guò)程 (一)引入新課 由牛頓第一定律可知，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。而物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變是物體運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探求。 (二)教學(xué)過(guò)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(duì)于一個(gè)物體(使m不變)，不受力時(shí)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)作用于不同物體→質(zhì)量小的易被拉動(dòng)→質(zhì)量越小加速度越大。 就是說(shuō)，在研究三個(gè)變量的關(guān)系時(shí)，要使其中一個(gè)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(cè)定物體加速度的方法有多種，如利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、分析紙帶等，這些方法較精確但費(fèi)時(shí)→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(gè)小車在相同時(shí)間內(nèi)的位移來(lái)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(gè)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(guò)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(guò)程 (1)加速度跟力的關(guān)系 使用兩個(gè)相同的小車，滿足m1=m2；在連小車前的繩端分別掛一個(gè)鉤碼和兩個(gè)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(shí)間使二小車同時(shí)停止，滿足時(shí)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=2m2；二小車前面繩端都掛一個(gè)鉤碼，使F1=F2。將二小車?yán)镣黄瘘c(diǎn)處放開經(jīng)一段時(shí)間使其同時(shí)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(jiǎn)單。 在國(guó)際單位制中，力的單位是牛頓。牛頓這個(gè)單位就是根據(jù)牛頓第二定律來(lái)定義的：使質(zhì)量是1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力為1N，即1N=1kgm/s2。 可見，如果都用國(guó)際單位制中的單位，就可以使k=1，那么公式則簡(jiǎn)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(gè)力的作用時(shí)，牛頓第二定律也是正確的，不過(guò)這時(shí)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(dòng)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(gè)力作用的情況，以及應(yīng)用于變力作用的某一瞬時(shí)。還應(yīng)注意到定律表述的最后一句話，即加速度與合外力的方向關(guān)系，就是說(shuō)，定律具有矢量性、瞬時(shí)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(duì)象)所受的合外力，m是研究對(duì)象的質(zhì)量，如果研究對(duì)象是幾個(gè)物體，則m為幾個(gè)物體的質(zhì)量和。a為研究對(duì)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(shí)，加速度也恒定不變，物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)；合外力隨時(shí)間改變時(shí)，加速度也隨時(shí)間改變；合外力為零時(shí)，加速度也為零，物體就處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 牛頓第二定律以簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)形式表明了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。 6．鞏固練習(xí) (1)從牛頓第二定律知道，無(wú)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€(gè)很重的物體時(shí)卻提不動(dòng)它，這跟牛頓第二定律有無(wú)矛盾？為什么？ 答：沒有矛盾，由公式F=ma看，F(xiàn)合為合外力，無(wú)論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度，這個(gè)力應(yīng)是合外力。現(xiàn)用力提一很重的物體時(shí)，物體仍靜止，說(shuō)明合外力為零。由受力分析可知F+N-mg=0。 (2)對(duì)一個(gè)靜止的物體施加一個(gè)力，物體一定做加速運(yùn)動(dòng)，對(duì)嗎？ 答：略。理由同上。 (3)下面哪些說(shuō)法不對(duì)？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(dòng)，當(dāng)合外力逐漸減小時(shí)，物體的速度逐漸減小。 D．物體的加速度大小不變一定受恒力作用。 答；B、C、D說(shuō)法不對(duì)。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(wú)關(guān)。所以，B說(shuō)法錯(cuò)誤。物體做勻加速運(yùn)動(dòng)說(shuō)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(shí)，加速度減小但方向也不變，所以物體仍然做加速運(yùn)動(dòng)，速度增加。C說(shuō)法錯(cuò)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(shí)，合外力方向必然變化。D說(shuō)法錯(cuò)。 (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(shí)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(jiǎn)單形式F=ma。使用簡(jiǎn)捷的數(shù)學(xué)語(yǔ)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(duì)應(yīng)的文字內(nèi)容和意義。 3．牛頓第二定律概括了運(yùn)動(dòng)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(dòng)情況。因此，牛頓第二定律是把前兩章力和物體的運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一個(gè)整體，其中的紐帶就是加速度。 五、說(shuō)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(jiǎn)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(huì)出現(xiàn)誤差較大的情形。重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，也可逆向操作驗(yàn)證。先確定二小車距終點(diǎn)位移，然后放手由同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)驗(yàn)證，操作較容易。有條件的學(xué)?？墒褂脷鈮|導(dǎo)軌、光電門進(jìn)行精確測(cè)量驗(yàn)證。 2．通過(guò)定律的探求過(guò)程，滲透物理學(xué)研究方法，是整個(gè)物理教學(xué)的重要內(nèi)容和任務(wù)。本節(jié)內(nèi)容即為一典型探求過(guò)程：運(yùn)用控制變量、實(shí)驗(yàn)歸納的方法研究三個(gè)變量的關(guān)系。這種方法在熱學(xué)中研究p、V、T三量關(guān)系，在電學(xué)中U、d、E的關(guān)系等都要用到。這是人類認(rèn)識(shí)世界的常用方法。所以本節(jié)課不只是讓學(xué)生掌握牛頓第二定律，更應(yīng)知道定律是如何得出的。 3．牛頓第二定律通過(guò)加速度將物體的運(yùn)動(dòng)和受力緊密聯(lián)系，使前三章構(gòu)成一個(gè)整體，這是解決力學(xué)問(wèn)題的重要工具。應(yīng)使學(xué)生明確對(duì)于牛頓第二定律應(yīng)深入理解、全面掌握，即理解各物理量和公式的內(nèi)涵和外延，避免重公式、轉(zhuǎn)文字的現(xiàn)象。數(shù)學(xué)語(yǔ)言可以簡(jiǎn)明地表達(dá)物理規(guī)律，使其形式完善、便于記憶，但它不能替代文字表述，更不能涵蓋與它關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)和力的復(fù)雜多變的情況。否則就會(huì)將活的規(guī)律變?yōu)樗赖墓健? gkxx 來(lái)源：高考學(xué)習(xí)網(wǎng)