牛頓第二定律課件

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)水平、概括水平和分析推理水平。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)物理量實(shí)行研究;使用列表法處理數(shù)據(jù),使學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的;理解到由實(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

2、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。所以,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、提升素質(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。這個(gè)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

3、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,加速度與力相關(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)量相關(guān)。那么物體運(yùn)動(dòng)的加速度跟物體質(zhì)量及受力之間存有什么樣的關(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

4、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

5、;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),aF。(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

6、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,就能夠使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?？梢?如果都用國(guó)際單位制中的單位,就能夠使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),牛頓第二定律也是準(zhǔn)確的,不過(guò)

7、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

8、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(méi)有矛盾,由公式F=ma看,F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

9、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