牛頓第二定律-【新教材】人教版高中物理必修教案

第四章第三節(jié)牛頓第二定律【教學(xué)目標(biāo)】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?！竞诵乃仞B(yǎng)發(fā)展】核心知識(shí)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。核心能力1、以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，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。2、培養(yǎng)學(xué)生的概括能力和分析推理能力?？茖W(xué)品質(zhì)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【教學(xué)難點(diǎn)】牛頓第二定律的意義【教學(xué)方法】教師啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生思考，討論、交流學(xué)習(xí)成果。探究法、討論法、實(shí)驗(yàn)法。（一）新課導(dǎo)入利用多媒體播放汽車啟動(dòng)、飛機(jī)起飛等錄像資料。教師提出問題，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生討論它們的速度的變化快慢即加速度由哪些因素決定？指導(dǎo)學(xué)生觀看的關(guān)鍵點(diǎn)，討論其可能性。通過實(shí)際問題及現(xiàn)象分析，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力并回答以下問題：l、物體的加速度與其所受的作用力之間存在什么關(guān)系？2、物體的加速度與其質(zhì)量之間存在什么關(guān)系？學(xué)生回顧思考討論。提問學(xué)生回答。（進(jìn)一步提出問題，完成牛頓第二定律探究任務(wù)的引入）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？（二）新課內(nèi)容一、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∝F/m師：如何把以上式子寫成等式?生：需要引入比例常數(shù)ka＝kF/m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，簡化。前面已經(jīng)學(xué)過，在國際單位制中力的單位是牛頓．其實(shí)，國際上牛頓這個(gè)單位是這樣定義的：質(zhì)量為1kg的物體，獲得1m／s2的加速度時(shí)，受到的合外力為1N，即1N=1kg·m／s2．可見，如果各量都采用國際單位，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](多媒體演示課件)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5N的恒定外力作用，若物體質(zhì)量為5kg，求物體的加速度．若2s后撤去外力，物體的加速度是多少?物體2s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=F/m，代入數(shù)據(jù)可得a＝lm／s2，2s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2s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2s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．例題：關(guān)于a和F合的關(guān)系，以下說法正確的是：（AD）A.物體所受合外力越大，加速度就越大B.一旦物體受到合外力的作用，物體就具有了加速度和速度C.合力消失，物體還將繼續(xù)加速一段D.物體的加速度方向一定與所受合力方向相同理解要點(diǎn)：（1）因果關(guān)系：有合力就有加速度，即力是產(chǎn)生加速度的原因。（2）瞬時(shí)性：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，同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失。（3）矢量性：F=ma是一個(gè)矢量式，加速度a與合外力F都是矢量，物體加速度的方向總與合外力的方向相同。二、對(duì)牛頓第二定律的理解(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)果三、應(yīng)用牛頓第二定律的步驟與實(shí)例應(yīng)用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． 用牛頓第二定律解題例題：如圖所示，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，球和車廂相對(duì)靜止，球的質(zhì)量為1kg。(g取10m/s2，sin37°＝，cos37°＝(1)求車廂運(yùn)動(dòng)的加速度并說明車廂的運(yùn)動(dòng)情況；(2)求懸線對(duì)球的拉力。[思路點(diǎn)撥]eq\x(\a\al(確定研,究對(duì)象))→eq\x(\a\al(受力,分析))→eq\x(\a\al(求合力))→eq\x(\a\al(利用F＝,ma列方程))→eq\x(\a\al(求加,速度))解析：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F合＝mgtan37°，由牛頓第二定律得小球的加速度為a＝eq\f(F合,m)＝gtan37°＝eq\f(3,4)g＝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運(yùn)動(dòng)或向左的勻減速運(yùn)動(dòng)。(2)由圖可知，懸線對(duì)球的拉力大小為F＝eq\f(mg,cos37°)＝N。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Fx＝may方向Fy－mg＝0即Fsin37°＝ma,Fcos37°－mg＝0化簡解得a＝eq\f(3,4)g＝m/s2，加速度方向水平向右。(2)F＝eq\f(mg,cos37°)＝N。答案：(1)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)N四、課堂小練1.下列對(duì)牛頓第二定律的表達(dá)式F＝ma及其變形公式的理解，正確的是（）A.由F＝ma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＝F／a可知，物體的質(zhì)量與其所受的合外力成正比，與其運(yùn)動(dòng)的加速度成反比C.由a＝F／m可知，物體的加速度與其所受的合外力成正比，與其質(zhì)量成反比；D.由m＝F／a可知，物體的質(zhì)量可以通過測(cè)量它的加速度和它所受到的合外力而求得2.在牛頓第二定律公式F＝kma中，有關(guān)比例常數(shù)k的說法正確的是（）A.在任何情況下都等于1值是由質(zhì)量、加速度和力的大小決定的值是由質(zhì)量、加速度和力的單位決定的D.在國際單位制中，k的數(shù)值一定等于13.關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力，正確的說法是（）A.物體速度為零時(shí)，合外力一定為零B.物體作曲線運(yùn)動(dòng)，合外力一定是變力C.物體作直線運(yùn)動(dòng)，合外力一定是恒力D.物體作勻速運(yùn)動(dòng)，合外力一定為零4.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.加速度逐漸減小到零5.地面上放一木箱，質(zhì)量為40kg，用100N的力與水平方向成37°角推木箱，如圖所示，恰好使木箱勻速前進(jìn)。若用此力與水平方向成37°角向斜上方拉木箱，木箱的加速度多大？（取g=10m/s2，sin37°=，cos37°=）五、板書設(shè)計(jì)1.內(nèi)容:物體的加速度跟所受的臺(tái)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2.表達(dá)式：F=ma3.理解(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