四川省宜賓市一中高2015級(jí)2015—2016學(xué)年上期《牛頓運(yùn)動(dòng)定律第3節(jié)》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、第三節(jié) 牛頓第二定律目標(biāo)定位 1.知道牛頓第二定律的內(nèi)容、表達(dá)式的確切含義.2.知道國(guó)際單位制中力的單位“牛頓”是怎樣定義的.3.了解單位制的構(gòu)成及力學(xué)中三個(gè)基本物理量在國(guó)際單位制中的單位.4.能應(yīng)用牛頓第二定律解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題學(xué)習(xí)自主預(yù)習(xí)：?jiǎn)栴}設(shè)計(jì)1由上一節(jié)的探究我們已經(jīng)知道當(dāng)小車的質(zhì)量不變時(shí)，小車的加速度與它所受的力成什么關(guān)系？當(dāng)小車所受的力不變時(shí)，小車的加速度與它的質(zhì)量什么關(guān)系？如何用數(shù)學(xué)式子表示出來(lái)？答案 由于aF，a，所以a2學(xué)生看書，思考以下問(wèn)題：（1）如何將a轉(zhuǎn)化成等式？寫出轉(zhuǎn)化成的等式。（2）如何讓該等式變得最簡(jiǎn)單？如何讓比例系數(shù)取1？學(xué)生總結(jié)結(jié)論：1牛頓第二定律(1)內(nèi)容：

2、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方向相同(2)表達(dá)式Fma，式中各量都要用國(guó)際單位，F(xiàn)指物體所受的合外力老師引導(dǎo)學(xué)生理解：2對(duì)牛頓第二定律的理解(1)瞬時(shí)性：a與F同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)變化，同時(shí)消失，為瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系舉例：(2)矢量性：Fma是矢量表達(dá)式，任一時(shí)刻a的方向均與合外力F的方向一致，當(dāng)合外力方向變化時(shí)a的方向同時(shí)變化，即a與F的方向在任何時(shí)刻均相同舉例：(3)同體性：公式Fma中各物理量都是針對(duì)同一物體的舉例：(4)獨(dú)立性：當(dāng)物體同時(shí)受到幾個(gè)力作用時(shí)，各個(gè)力都滿足Fma，每個(gè)力都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)加速度，這些加速度的矢量和即為物體具有的合加速度，故牛頓第二定律

3、可表示為舉例：老師講解：3合外力、加速度、速度的關(guān)系(1)力與加速度為因果關(guān)系力是因，加速度是果只要物體受到的合外力不為零，就產(chǎn)生加速度加速度的方向與合外力方向總相同、大小與合外力成正比(2)力與速度無(wú)因果關(guān)系合外力方向與速度方向可以同向，可以反向；合外力方向與速度方向同向時(shí)，物體做加速運(yùn)動(dòng)，反向時(shí)物體做減速運(yùn)動(dòng)(3)兩個(gè)加速度公式的區(qū)別a是加速度的定義式，是比值定義法定義的物理量，a與v、v、t均無(wú)關(guān)；a是加速度的決定式，加速度由其受到的合外力和質(zhì)量決定討論：Fma中各個(gè)量的意義？思考：我們用一個(gè)較小的力為什么推不動(dòng)桌子？學(xué)生看教材上的例題，總結(jié)應(yīng)用牛頓定律解題的步驟：1解題步驟(1)確定研

4、究對(duì)象(2)進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)情況分析，作出受力和運(yùn)動(dòng)示意圖(3)求合力F或加速度a.(4)根據(jù)Fma列方程求解2解題方法(1)矢量合成法：若物體只受兩個(gè)力作用時(shí)，應(yīng)用平行四邊形定則求這兩個(gè)力的合力，加速度的方向與物體所受合外力的方向相同(2)正交分解法：當(dāng)物體受多個(gè)力作用時(shí)，常用正交分解法求物體的合外力建立坐標(biāo)系時(shí)，通常選取加速度的方向作為某一坐標(biāo)軸的正方向(也就是不分解加速度)，將物體所受的力正交分解后，列出方程Fxma，F(xiàn)y0.特殊情況下，若物體的受力都在兩個(gè)互相垂直的方向上，也可將坐標(biāo)軸建立在力的方向上，正交分解加速度a.根據(jù)牛頓第二定律列方程及F求合外力學(xué)生自己看書，了解國(guó)際單位制。

5、問(wèn)題設(shè)計(jì)美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)在20世紀(jì)末曾發(fā)射過(guò)一個(gè)火星探測(cè)器，但它由于靠火星過(guò)近，結(jié)果因溫度過(guò)高而起火，并脫離軌道墜入火星的大氣層航空航天局調(diào)查事故原因時(shí)發(fā)現(xiàn)：原來(lái)探測(cè)器的制造商洛克希德·馬丁公司計(jì)算加速度時(shí)使用了英制單位，而噴氣推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的工程師理所當(dāng)然地認(rèn)為他們提供的數(shù)據(jù)是以國(guó)際單位制算出來(lái)的，并把這些數(shù)據(jù)直接輸入電腦從這次事故的原因上，你能得到什么啟示？答案 在國(guó)際上采用統(tǒng)一的單位制是非常重要的，也是非常必要的引導(dǎo)大家去總結(jié)：1單位制(1)基本單位：物理公式在確定物理量的數(shù)量關(guān)系的同時(shí)，也確定了物理量的單位關(guān)系在物理學(xué)中，選定幾個(gè)物理量的單位作為基本單位(2)導(dǎo)出單

6、位：根據(jù)物理公式中其他物理量和這幾個(gè)物理量的關(guān)系，導(dǎo)出來(lái)的單位叫導(dǎo)出單位(3)單位制：基本單位和導(dǎo)出單位一起組成了單位制2國(guó)際單位制中的力學(xué)單位(1)基本單位長(zhǎng)度l，單位：m；質(zhì)量m，單位：kg；時(shí)間t，單位：s.(2)常用的導(dǎo)出單位速度(v)，由公式v導(dǎo)出，單位：m/s.加速度(a)，由公式a導(dǎo)出，單位：m/s2.力(F)，由公式Fma導(dǎo)出，單位：N(或kg·m/s2)此外還有功、功率、壓強(qiáng)等3單位制在計(jì)算中的應(yīng)用(1)單位制可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程計(jì)算時(shí)首先將各物理量的單位統(tǒng)一到國(guó)際單位制中，這樣就可以省去計(jì)算過(guò)程中單位的代入，只在數(shù)字后面寫上相應(yīng)待求量的單位即可，從而使計(jì)算簡(jiǎn)便(2)單

7、位制可檢查物理量關(guān)系式的正誤根據(jù)物理量的單位，如果發(fā)現(xiàn)某公式在單位上有問(wèn)題，或者所求結(jié)果的單位與采用的單位制中該量的單位不一致，那么該公式或計(jì)算結(jié)果肯定是錯(cuò)誤的例題選講：一、對(duì)牛頓第二定律的理解例1 下列對(duì)牛頓第二定律的表達(dá)式Fma及其變形公式的理解，正確的是( )A由Fma可知，物體所受的合外力與物體的質(zhì)量成正比，與物體的加速度成反比B由m可知，物體的質(zhì)量與其所受合外力成正比，與其運(yùn)動(dòng)的加速度成反比C由a可知，物體的加速度與其所受合外力成正比，與其質(zhì)量成反比D由m可知，物體的質(zhì)量可以通過(guò)測(cè)量它的加速度和它所受到的合外力求出解析 a是加速度的決定式，a與F成正比，與m成反比；Fma說(shuō)明力是產(chǎn)生

8、加速度的原因，但不能說(shuō)F與m成正比，與a成正比；質(zhì)量是物體的固有屬性，與F、a皆無(wú)關(guān)，但可以通過(guò)測(cè)量它的加速度和它所受到的合外力求出答案 CD二、牛頓第二定律的應(yīng)用例2 如圖1所示，一質(zhì)量為8 kg的物體靜止在粗糙的水平地面上，物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，用一水平力F20 N拉物體由A點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)8 s后撤去拉力F，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間物體到達(dá)B點(diǎn)停止求：(g10 m/s2) 圖1(1)在拉力F作用下物體運(yùn)動(dòng)的加速度大小；(2)撤去拉力時(shí)物體的速度大小；(3)撤去拉力F后物體運(yùn)動(dòng)的距離解析 (1)對(duì)物體受力分析，如圖所示 豎直方向mgN水平方向，由牛頓第二定律得FNma1解得a10.5 m

9、/s2(2)撤去拉力時(shí)物體的速度va1t解得v4 m/s(3)撤去拉力F后由牛頓第二定律得mgma2解得a2g2 m/s2由0v22a2x解得x4 m答案 (1)0.5 m/s2 (2)4 m/s (3)4 m三、單位制在計(jì)算中的應(yīng)用例3 一質(zhì)量為103 t的列車，機(jī)車牽引力為3.5×105 N，運(yùn)動(dòng)中所受阻力為車重的0.01倍列車由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，速度變?yōu)?80 km/h需多長(zhǎng)時(shí)間？此過(guò)程中前進(jìn)了多遠(yuǎn)距離？(g取10 m/s2)解析 列車質(zhì)量m103 t106 kg，重力Gmg106×10 N107 N，運(yùn)動(dòng)中所受阻力f0.01G0.01×107 N1

10、05 N.設(shè)列車勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度為a.由牛頓第二定律得F牽fma，則列車的加速度為a m/s20.25 m/s2.列車由靜止加速到v180 km/h50 m/s所用時(shí)間為t s200 s.此過(guò)程中列車的位移為x0 m5×103 m5 km.答案 200 s 5 km學(xué)生總結(jié)：1牛頓第二定律和力的單位(1)內(nèi)容(2)表達(dá)式：Fma(3)國(guó)際單位制中力的單位：N,1 N1 kg·m/s22牛頓第二定律的特點(diǎn)(1)瞬時(shí)性；(2)矢量性；(3)同體性；(4)獨(dú)立性3應(yīng)用牛頓第二定律解題的一般步驟和基本方法一般步驟：(1)確定研究對(duì)象；(2)進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)情況分析；(3)求出合

11、外力或加速度；(4)根據(jù)牛頓第二定律Fma列方程求解基本方法：(1)兩個(gè)力作用時(shí)可用矢量合成法，也可用正交分解法；(2)多個(gè)力作用時(shí)可用正交分解法4力學(xué)單位制(1)單位制基本單位：基本物理量的單位導(dǎo)出單位：由基本物理量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來(lái)的其他物理量的單位(2)國(guó)際單位制中的力學(xué)單位有：長(zhǎng)度的單位米(m)，時(shí)間的單位秒(s)，質(zhì)量的單位千克(kg)課堂練習(xí)：1(牛頓第二定律的理解)從勻速上升的氣球上釋放一物體，在釋放的瞬間，物體相對(duì)地面將具有( )A向上的速度 B向下的速度C向上的加速度 D向下的加速度答案 AD解析 由牛頓第二定律a可知，a與F同向，在釋放的瞬間，物體只受重力，方向豎直向下，

12、C錯(cuò)誤，D正確；在釋放的瞬間，物體和氣球具有相同的速度，A正確，B錯(cuò)誤2(單位制的應(yīng)用)一物體在2 N的外力作用下，產(chǎn)生10 cm/s2的加速度，求該物體的質(zhì)量下面有幾種不同的求法，其中單位運(yùn)用正確、簡(jiǎn)潔而又規(guī)范的是( )Am kg0.2 kgBm2020 kgCm20 kgDm kg20 kg答案 D解析 帶單位運(yùn)算時(shí)，每一個(gè)數(shù)據(jù)均要帶上單位，且單位換算要準(zhǔn)確，也可以把題中的已知量的單位都用國(guó)際單位表示，計(jì)算所得結(jié)果的單位就是國(guó)際單位，這樣在統(tǒng)一已知量的單位后，就不必再一一寫出各個(gè)量的單位，只在數(shù)字后面寫出正確單位即可在備選的四個(gè)選項(xiàng)中A、C均錯(cuò)，B項(xiàng)解題過(guò)程正確，但不簡(jiǎn)潔，只有D項(xiàng)單位運(yùn)用

13、正確，且簡(jiǎn)潔而又規(guī)范3(牛頓第二定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用)如圖2所示，沿水平方向做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的車廂中，懸掛小球的懸線偏離豎直方向37°角，小球和車廂相對(duì)靜止，小球的質(zhì)量為1 kg.(g取10 m/s2，sin 37°0.6，cos 37°0.8) 圖2(1)求車廂運(yùn)動(dòng)的加速度并說(shuō)明車廂的運(yùn)動(dòng)情況；(2)求懸線對(duì)球的拉力大小答案 (1)7.5 m/s2，方向水平向右 車廂可能向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)或向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)(2)12.5 N解析 解法一(合成法)(1)小球和車廂相對(duì)靜止，它們的加速度相同以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)小球進(jìn)行受力分析如圖所示，小球所受合力為F合mgtan

14、37°. 由牛頓第二定律得小球的加速度為agtan 37°g7.5 m/s2，加速度方向水平向右車廂的加速度與小球相同，車廂做的是向右的勻加速直線運(yùn)動(dòng)或向左的勻減速直線運(yùn)動(dòng)(2)由圖可知，懸線對(duì)小球的拉力大小為T12.5 N.解法二(正交分解法)(1)建立直角坐標(biāo)系如圖所示，正交分解各力，根據(jù)牛頓第二定律列方程得x方向：Txma y方向：Tymg0即Tsin 37°maTcos 37°mg0解得ag7.5 m/s2加速度方向水平向右車廂的加速度與小球相同，車廂做的是向右的勻加速直線運(yùn)動(dòng)或向左的勻減速直線運(yùn)動(dòng)(2)由(1)中所列方程解得懸線對(duì)小球的拉力大小

15、為T12.5 N.課后作業(yè)設(shè)計(jì)：題組一 對(duì)牛頓第二定律的理解及其簡(jiǎn)單應(yīng)用1關(guān)于速度、加速度、合外力的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是( )A物體的速度越大則加速度越大，所受合外力也越大B物體的速度為零則加速度為零，所受合外力也為零C物體的速度為零而加速度可能很大，所受合外力也可能很大D物體的速度很大而加速度可能為零，所受合外力也可能為零答案 CD2由牛頓第二定律Fma可知，無(wú)論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度，可是當(dāng)用很小的力去推很重的桌子時(shí)，卻推不動(dòng)，這是因?yàn)? )A牛頓第二定律不適用于靜止的物體B桌子加速度很小，速度增量也很小，眼睛觀察不到C推力小于桌子所受到的靜摩擦力，加速度為負(fù)值D桌子所受的合力

16、為零，加速度為零答案 D解析 牛頓第二定律的表達(dá)式Fma中的力F是指合力，用很小的力推很重的桌子時(shí)，桌子不動(dòng)，是因?yàn)樽雷优c地面間的最大靜摩擦力大于推力，推力與桌子受到的靜摩擦力的合力為零，所以桌子所受的合力為零，仍然靜止不動(dòng)，牛頓第二定律同樣適用于靜止的物體，所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確3對(duì)靜止在光滑水平面上的物體施加一水平拉力F，當(dāng)力剛開(kāi)始作用的瞬間( )A物體立即獲得速度B物體立即獲得加速度C物體同時(shí)獲得速度和加速度D由于物體沒(méi)有來(lái)得及運(yùn)動(dòng)，所以速度和加速度都為零答案 B解析 物體受重力、支持力和水平拉力F三個(gè)力的作用，重力和支持力的合力為零，因此物體所受的合力即水平拉力F.由牛頓第二定律可

17、知，力F作用的同時(shí)物體立即獲得了加速度，但是速度還是零，因?yàn)楹狭與速度無(wú)關(guān)而且速度只能漸變不能突變因此B正確，A、C、D錯(cuò)誤4初始時(shí)靜止在光滑水平面上的物體，受到一個(gè)逐漸減小的水平力的作用，則這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)情況為( )A速度不斷增大，但增大得越來(lái)越慢B加速度不斷增大，速度不斷減小C加速度不斷減小，速度不斷增大D加速度不變，速度先減小后增大答案 AC解析 水平面光滑，說(shuō)明物體不受摩擦力作用，物體所受到的水平力即為其合外力力逐漸減小，合外力也逐漸減小，由公式Fma可知：當(dāng)F逐漸減小時(shí)，a也逐漸減小，但速度逐漸增大5如圖1所示，在沿平直軌道行駛的車廂內(nèi)，有一輕繩的上端固定在車廂的頂部，下端拴一小球，

18、當(dāng)小球相對(duì)車廂靜止時(shí)，懸線與豎直方向的夾角為，則下列關(guān)于車廂的運(yùn)動(dòng)情況正確的是( ) 圖1A車廂加速度大小為gtan ，方向沿水平向左B車廂加速度大小為gtan ，方向沿水平向右C車廂加速度大小為gsin ，方向沿水平向左D車廂加速度大小為gsin ，方向沿水平向右答案 A解析 設(shè)小球質(zhì)量為m，車廂加速度為a，對(duì)小球進(jìn)行受力分析可知，小球受繩的拉力和重力，其中繩的拉力F在豎直方向上的分力為Fcos ，有Fcos mg，水平方向有Fsin ma，解得agtan ，方向水平向左題組二 對(duì)單位制的理解及其應(yīng)用6關(guān)于國(guó)際單位制，下列說(shuō)法正確的是( )A國(guó)際單位制是世界各國(guó)統(tǒng)一使用的一種通用的單位制B各

19、國(guó)均有不同的單位制，國(guó)際單位制是為了方便交流而采用的一種單位制C國(guó)際單位制是一種基本的單位制，只要在物理運(yùn)算中各物理量均采用國(guó)際單位制中的單位，則最后得出的結(jié)果的單位必然是國(guó)際單位制中的單位D國(guó)際單位制中的基本單位所對(duì)應(yīng)的物理量是長(zhǎng)度、能量、時(shí)間答案 ABC解析 國(guó)際單位制中，規(guī)定了七種基本量與基本單位，即長(zhǎng)度(m)、質(zhì)量(kg)、時(shí)間(s)、電流(A)、熱力學(xué)溫度(K)、物質(zhì)的量(mol)、發(fā)光強(qiáng)度(cd)國(guó)際單位制就是各國(guó)都要統(tǒng)一采用的通用單位制，故A選項(xiàng)正確國(guó)際單位制的重要作用之一，就是便于在世界各國(guó)的政治、經(jīng)濟(jì)、科技、文化等領(lǐng)域中的交流，故B選項(xiàng)正確為了物理運(yùn)算的簡(jiǎn)捷、方便，才有了國(guó)際

20、單位制的統(tǒng)一規(guī)定只要運(yùn)算過(guò)程中各量均采用國(guó)際單位制中的單位，最終得到的結(jié)果的單位也必然是國(guó)際單位制中的單位這是國(guó)際單位制的又一重要作用，故C選項(xiàng)正確國(guó)際單位制中規(guī)定的基本單位物理量中沒(méi)有“能量”，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤7下列各組屬于國(guó)際單位制的基本單位的是( )A質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間 B力、時(shí)間、位移C千克、米、秒 D牛頓、克、米答案 C解析 A、B選項(xiàng)中所給的都是物理量，不是單位，故A、B與題意不符，A、B錯(cuò)千克、米、秒分別為質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間三個(gè)基本量的單位，C正確D項(xiàng)中牛頓是導(dǎo)出單位，克不屬于國(guó)際單位，D錯(cuò)誤8關(guān)于力學(xué)單位制，下列說(shuō)法正確的是( )Akg、m/s、N是導(dǎo)出單位Bkg、m、s是基本單位C在

21、國(guó)際單位制中，質(zhì)量的單位可以是kg，也可以是gD只有在國(guó)際單位制中，牛頓第二定律的表達(dá)式才是Fma答案 BD解析 所謂導(dǎo)出單位，是利用物理公式和基本單位推導(dǎo)出來(lái)的，力學(xué)中的基本單位只有三個(gè)，即kg、m、s，其他單位都是由這三個(gè)基本單位推導(dǎo)出來(lái)的，如“牛頓”(N)是導(dǎo)出單位，即1 N1 kg·m/s2(即Fma)，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；在國(guó)際單位制中，質(zhì)量的單位只能是kg，C項(xiàng)錯(cuò)誤；在牛頓第二定律的表達(dá)式中，F(xiàn)ma(k1)只有在所有物理量都采用國(guó)際單位制時(shí)才能成立，D項(xiàng)正確9在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，取計(jì)數(shù)時(shí)間間隔為0.1 s，測(cè)得相鄰相等時(shí)間間隔的位移差的平均值x1.2 cm，

22、若還測(cè)出小車的質(zhì)量為500 g，則關(guān)于加速度、合外力大小及單位，既正確又符合一般運(yùn)算要求的是( )Aa m/s2120 m/s2Ba m/s21.2 m/s2CFma500×1.2 N600 NDFma0.5×1.2 N0.6 N答案 BD解析 在應(yīng)用公式進(jìn)行數(shù)量運(yùn)算的同時(shí)，也要把單位代入運(yùn)算帶著單位運(yùn)算時(shí)，單位換算要準(zhǔn)確可以把題中已知量的單位都用國(guó)際單位表示，計(jì)算結(jié)果的單位就是用國(guó)際單位表示的這樣在統(tǒng)一已知量的單位后，就不必一一寫出各個(gè)量的單位，只在數(shù)字后面寫出正確單位即可選項(xiàng)A中x1.2 cm沒(méi)變成國(guó)際單位，C項(xiàng)中的小車質(zhì)量m500 g沒(méi)變成國(guó)際單位，所以A、C均錯(cuò)誤，B、D正確題組三 綜合應(yīng)用10質(zhì)量為m的木塊放在粗糙水平桌面上，若用大小為F的水平恒力拉木塊，其加速度為a.當(dāng)拉力方向不變，大小變?yōu)?F時(shí)，木塊的加速度為a，則( )Aaa Ba<2aCa>2a Da2a答案 C解析 設(shè)木塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，由牛頓第二定律得Fmgma2Fmgma×2得2F2mg2ma，與式比較有2Fmg>2F2mg所以有ma>2ma，即a>2a，則C正確11如圖2