物理知識(shí)點(diǎn)高中物理第5章第2節(jié)牛頓第二定律教案2魯科版必修1【精品教案】

1、-1 - 牛頓第二定律 教學(xué)目標(biāo) 1. 經(jīng)歷探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的過(guò)程； 2. 感悟控制變量法、圖象法等科學(xué)研究方法的應(yīng)用； 3. 體驗(yàn)探究物理規(guī)律的樂(lè)趣； 4. 培養(yǎng)觀察能力、質(zhì)疑能力、分析問(wèn)題解決能力和交流合作能力， 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 引導(dǎo)學(xué)生探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的過(guò)程是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出圖 像，根據(jù)圖象導(dǎo)出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系式是本節(jié)的難點(diǎn)。 案例設(shè)計(jì) 復(fù)習(xí)導(dǎo)入 （教師）什么是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變？物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因是什么？ （學(xué)生）物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變就是指物體速度發(fā)生了改變，力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變 化的原因。 （教師）物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，也就是指物體產(chǎn)生

2、了加速度。加速度大，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 變化快；加速度小，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化慢。弄清物體的加速度是由哪些因素決定的，具有十 分重要的意義。那么物體的加速度大小是由哪些因素決定的呢？請(qǐng)同學(xué)們先根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn) 對(duì)這個(gè)問(wèn)題展開討論，讓學(xué)生嘗試從身邊實(shí)例中提出自己的觀點(diǎn)。討論中體會(huì)到 a跟力 F、物 體質(zhì)量 M 有關(guān)。 探究加速度a跟力 F、物體質(zhì)量 M 的關(guān)系 1、定性討論a、F、M 的關(guān)系 （學(xué)生）分小組討論。 （教師）在學(xué)生分組討論的基礎(chǔ)上，請(qǐng)各組派代表匯報(bào)討論結(jié)果。 請(qǐng)思考： 在這里為什么要組織學(xué)生開展這樣的討論? 引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出定性的結(jié)論： a與 F、M 有關(guān)系，當(dāng) M定時(shí) F 越大，a就越大；當(dāng)

3、F - 定時(shí)，M 越大，a就越小。 2、定量研究a、F、M 的關(guān)系 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 教師在肯定學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，提問(wèn)：如何定量地研究 a與 F、M 的關(guān)系呢？指出剛才大 家在定性討論a、F、M 三者關(guān)系時(shí)，就已經(jīng)采用了在研究 a與 F 關(guān)系時(shí)保持 M 定，在研究 a與 M 的關(guān)系時(shí)保持 F 一定的方法，這種方法叫做控制變量法，它是研究多變量問(wèn)題的一種 -2 - 重要方法。下面我們可應(yīng)用這種方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì) 教師進(jìn)一步引導(dǎo)，使學(xué)生明確要在實(shí)驗(yàn)中研究 a、F、M 的關(guān)系必須有辦法測(cè)出 a、F、M 教師在指出講臺(tái)上放有氣墊導(dǎo)軌、氣源、兩個(gè)光電門和與之配套的數(shù)字計(jì)時(shí)器，滑塊、 細(xì)線、砝碼、小桶、彈簧稱、

4、托盤天平、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、鉤碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、 紙帶、刻度尺，并說(shuō)明每個(gè)光電門與數(shù)字計(jì)時(shí)器一起能測(cè)出一定寬度的遮光板通過(guò)它的時(shí)間 進(jìn)而測(cè)出物體的瞬時(shí)速度后，讓學(xué)生根據(jù)給定的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并在小組討論基礎(chǔ)上， 全班交流。在大家互相啟發(fā)、補(bǔ)充的過(guò)程中形成較為完善的方案。 （學(xué)生）設(shè)計(jì)出如下實(shí)驗(yàn)方案 （方案一）以小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、長(zhǎng)木板、細(xì)線、小桶、鉤碼、砝碼、刻度尺、 天平為器材，研究小車的運(yùn)動(dòng)。用天平測(cè)出小車的質(zhì)量 M測(cè)出小桶的質(zhì)量 m，把小桶與小 桶中砝碼的總重力嗎當(dāng)作小車受到的拉力 F,從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上測(cè)出 $,由厶 S=a T2計(jì)算出小車的加速度 a。 （方案二

5、）以氣墊導(dǎo)軌、氣源、兩個(gè)光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器、滑塊、刻度尺、細(xì)線、小桶、 砝碼、鉤碼、天平為器材研究滑塊的運(yùn)動(dòng)。用天平測(cè)出滑塊的質(zhì)量 M測(cè)出小桶的質(zhì)量 m , 把小桶與小桶中砝碼的總重力嗎當(dāng)作滑塊受到的拉力 F,用導(dǎo)軌旁邊的刻度尺測(cè)出兩光電門的 距離 So,用刻度尺測(cè)出固定在滑塊上的遮光片的寬度厶 s,根據(jù)數(shù)字計(jì)時(shí)器給出的遮光片分別 通過(guò)前后兩個(gè)光電門所經(jīng)歷的時(shí)間 、 t2,由于 Sso因此可以根據(jù) Vi= S/ ti和 V2= S/ t2計(jì)算出滑塊在兩光電門間運(yùn)動(dòng)時(shí)的初、末速度，再由 V22 - V2=2a So計(jì)算出滑塊的加 速度a。 教師引導(dǎo)學(xué)生討論兩種方案的可行性，讓學(xué)生踴躍發(fā)表自己見解

6、。 （教師）上述兩種方案都是可行的。但前一種方案中小車受到的摩擦力較大，實(shí)驗(yàn)誤差 較大，因此就得想辦法消除摩擦力的影響，那么如何消除摩擦力呢？ 我建議有興趣的同學(xué)自己利用課余的時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室用前一種方案或其它方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探 索。本節(jié)課我們采用上述后一種方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。 教師交代：不論采用上述哪種方案，我們把小桶與小桶中砝碼的總重力嗎當(dāng)作小車（包 括上面的鉤碼）或滑塊（包括上面的鉤碼）受到的拉力，這是有條件的，這條件就是 mM（ M 為小車與鉤碼或滑塊與鉤碼的總質(zhì)量） 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究 （教師）引導(dǎo)學(xué)生在氣墊導(dǎo)軌上研究 a、F、M 三者關(guān)系，為了讓學(xué)生能有條不紊地進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)，用電子幻燈片打出研究?jī)?nèi)容

7、、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄表格如下： 【研究?jī)?nèi)容 1】研究 M定時(shí)，a與 F 的關(guān)系 【研究步驟】用天平分別測(cè)出單個(gè)滑塊的質(zhì)量 M=（克），小桶質(zhì)量 m （克）， 則滑塊總質(zhì)量 M 等于 M+放在它上面的鉤碼的質(zhì)量 M。 在桶中放置質(zhì)量為 m 的砝碼，貝U m=m + m 當(dāng) mM 時(shí)，認(rèn)為 F=mg（ g 取 9.8 m/S） a、 F、M 的關(guān)系進(jìn)行定量研究。 -3 - 用刻度尺測(cè)出遮光片的寬度厶 S= _ （ M）,用軌道邊上的標(biāo)尺測(cè)出兩光電門之間的距 離 So= （ M 實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持 So不變，把各次滑塊運(yùn)動(dòng)中遮光片經(jīng)過(guò)前后光電門的時(shí)間厶 t 1、 t2代 入公式a =（竺）2 _（竺）2l

8、2S計(jì)算出各次滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度，并把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下 .吆 心tl 表： 【表 1】研究 M定時(shí)，滑塊加速度 a與其受力 F 的關(guān)系 單個(gè)滑塊質(zhì)量 M= 克 滑塊總質(zhì)量 M= 克 小桶質(zhì)量 m = 克 遮光片寬度 S= （m） 兩光電門間距 SD= ） 實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 砝碼質(zhì)量 m （克） 小桶與砝碼總 質(zhì)量 m （克） t1 (S) t2 (S) 滑塊加速度 2 a （m/S ） 滑塊受的 拉 1 2 3 4 【實(shí)驗(yàn)的結(jié)論】 _ 【研究?jī)?nèi)容二】研究 a與 M 的關(guān)系（F 定） 【研究步驟】用天平分別測(cè)出單個(gè)滑塊的質(zhì)量 _ （克），小桶質(zhì)量 m= （克），則各次實(shí)驗(yàn)中滑塊總質(zhì)量 M 等于 M 十放在

9、它上面的鉤碼的質(zhì)量 M。 在小桶中放置質(zhì)量 m 的砝碼，則 m=m + m,當(dāng) nM 時(shí)，認(rèn)為 F=mg （g 取 9.8 m/S2）, 并保持 m 不變。 用刻度尺測(cè)出遮光片的寬度厶 S= （m）用軌道邊上的標(biāo)尺測(cè)出兩光電門之間的距離 SD=_ ） 實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持 So不變，把各次滑塊運(yùn)動(dòng)中遮光片經(jīng)過(guò)光電門的時(shí)間 、 t2代入公式a . S . S =:亠）2 （亠）2 +2S。計(jì)算出各次滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度，把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表。 亠2 譏1 一 【表 2】研究滑塊加速度a與滑塊質(zhì)量 M 的關(guān)系（拉力 F 定） 單個(gè)滑塊質(zhì)量 M0= 克 滑塊總質(zhì)量 M= 克 實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 滑塊與鉤碼的 質(zhì)量 M （

10、克） 11 (S) t2 (S) 滑塊加速度 a （m/S2） 滑塊總質(zhì) 量（M） 1 -4 - 小桶質(zhì)量 m = 克 小桶與砝碼的總 2 質(zhì)量 m= 克 遮光片寬度 S= （m） 兩光電門間距 So= （m） 3 4 【實(shí)驗(yàn)的結(jié)論】 _ 說(shuō)明：在簡(jiǎn)要說(shuō)明數(shù)字計(jì)時(shí)器的使用方法，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程應(yīng)使氣墊導(dǎo)軌保持水平、兩光 電門間距要盡可能大些，盡可能使 M 遠(yuǎn)大于 m （如果M 20m,則可認(rèn)為 M） m）等注意事項(xiàng)后， 請(qǐng)兩位學(xué)生上臺(tái)操作并報(bào)告測(cè)量數(shù)據(jù)， 其他學(xué)生邊觀察邊在課前印發(fā)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 （表 1、 表 2 ）上填上實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)。 （教師）把全班學(xué)生分成 8 個(gè)小組，第 1第 4 組學(xué)生

11、分別完成（表 1）中從實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 4 各項(xiàng)目的計(jì)算與填寫，第 5第 8 組學(xué)生分別完成（表 2）中從實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 4 各項(xiàng)目的計(jì)算與填寫。 （教師）讓學(xué)生反饋計(jì)算結(jié)果，并填入電子幻燈片（表 1）、（表 2）的對(duì)應(yīng)欄目中。 （教師）引導(dǎo)學(xué)生對(duì)表 1 的數(shù)據(jù)通過(guò)直接觀察；通過(guò)在坐標(biāo)紙上畫出 a F 圖象進(jìn) 行分析，得出a % F （ M 定時(shí)）的結(jié)論。 在描點(diǎn)畫圖時(shí)，讓學(xué)生體會(huì)為什么要讓描出的點(diǎn)盡可能多地分布在某一直線的兩側(cè)， 嘗試 說(shuō)出實(shí)驗(yàn)誤差的原因。 （教師）引導(dǎo)學(xué)生對(duì)表 2 的數(shù)據(jù)通過(guò)直接觀察。通過(guò)在坐標(biāo)紙上畫出 a M 圖象進(jìn) 行分析，只能得出當(dāng) F 定時(shí)，M 越大a

12、就越小的結(jié)論。 （教師）能不能就此馬上斷言 a與 M 成反比？讓學(xué)生展開討論。 （教師）在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行全班交流的基礎(chǔ)上，問(wèn)學(xué)生能不能猜想 a與 M 成反比？ 如何證明這種猜想是否正確？請(qǐng)思考討論。 （學(xué)生）可以畫出 a與 1/M 圖象，看它是否為過(guò)原點(diǎn)的直線。 （學(xué)生）還可以通過(guò)計(jì)算 a與 M 的比值來(lái)判斷。 （教師）讓學(xué)生分組計(jì)算出對(duì)應(yīng)各次實(shí)驗(yàn)的 1/M，并在全班反饋填入表 2 后，在坐標(biāo)紙上 作出a1/M 圖象。 （學(xué)生）確實(shí)實(shí)驗(yàn)得到的直線接近過(guò)原點(diǎn)的，實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi) a與 M 是成反比（F 一定時(shí)）的。 說(shuō)明：這里開展一系列討論的目的是為了讓學(xué)生體會(huì)從 a M 圖象轉(zhuǎn)化a 1/M 圖象的意義，認(rèn)識(shí)圖像法描述物理規(guī)律的作用。 （教師）本實(shí)驗(yàn)只是讓我們對(duì)于自然規(guī)律的探究有所體驗(yàn)，實(shí)際上一個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可 能是幾次簡(jiǎn)單的測(cè)量實(shí)驗(yàn)就得出。還需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)論證。3、牛頓第二定律 - 5 - 通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)探究得到加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系是： 當(dāng)物體的質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度跟所受的作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，這 就是牛頓第二定律。 加速度和力都是矢量，它們都有方向，牛頓第二定律不但確定了加速度和力的大小之間 的關(guān)系，還確定了它們的方向之間的關(guān)系：加速度的方向跟引起這個(gè)加速度的力的方向相同。 牛頓第二定律也可用數(shù)學(xué)公式來(lái)表