《牛頓第二定律》教案

第2節(jié)牛頓第二定律第1課時(shí)從容說課

知識(shí)要點(diǎn)表解

力是使物體產(chǎn)生加速度的原因，物體受到力的作用，就會(huì)產(chǎn)生

加速度，而物體的加速度不僅與它所受力有關(guān)，還與物體質(zhì)量有關(guān)，

牛頓第二定律揭示了加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系.

物體的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速

文字表述

度的方向跟合外力的方向相同

牛頓第

二定律公式F=ma

合

單位F:Nm:kga:m/s2

教材分析

牛頓第二定律是動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律，動(dòng)力學(xué)又是經(jīng)典力學(xué)的基

礎(chǔ)，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)熱學(xué)、電學(xué)等其他部分知識(shí)所必須掌握的內(nèi)容.

所以，牛頓第二定律是本章的中心內(nèi)容，更是本章的教學(xué)重點(diǎn).

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.先確定兩小車距終點(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)?？?/p>

使用氣墊導(dǎo)軌、光電門進(jìn)行精確測量驗(yàn)證.

2.通過定律的探求過程，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)中研究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、輕文字的現(xiàn)象.數(shù)學(xué)語言可以簡明地表

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?

設(shè)計(jì)思路:本節(jié)課的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)在于更多地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與，使

其動(dòng)手動(dòng)腦，以提高其能力.本節(jié)課的關(guān)鍵在于電腦輔助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

處理，提高了課堂密度，有可能在一節(jié)課內(nèi)完成講授與實(shí)驗(yàn).本節(jié)

課設(shè)計(jì)時(shí)隱含了“假說”——“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的科學(xué)研究方法、電腦

輔助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，烘托了科學(xué)研究氣氛.

本節(jié)課學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材即學(xué)生分組驗(yàn)證牛頓第二定律器材，電腦

軟件系自制軟件:包括表格（輸入s至s及Ｔ即可算出a，根據(jù)a

16

和F或1/M的值即可在圖象中描點(diǎn)連線）和圖象，也可以用一些現(xiàn)

成的軟件如Excel等.

學(xué)生狀態(tài)分析

1.學(xué)生知道牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律.

2.知道加速度、速度、位移等概念，掌握加速度的測量方法.

3.會(huì)對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析.

三維目標(biāo)

知識(shí)與技能

1.學(xué)會(huì)用控制變量法探究加速度與力和質(zhì)量之間的關(guān)系.

2.能熟練地應(yīng)用圖象法分析處理數(shù)據(jù).

3.理解牛頓第二定律的內(nèi)涵和外延.

4.會(huì)應(yīng)用牛頓第二定律解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象，并能運(yùn)用牛頓第二

定律進(jìn)行定量計(jì)算.

5.了解國際單位制的組成并知道力學(xué)單位制中的基本單位及導(dǎo)出

單位.

過程與方法

1.以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過觀察、測量、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Α⒏爬芰头治鐾评砟芰?

2.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.

情感態(tài)度與價(jià)值觀

1.通過共同探究，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)、實(shí)事求是的美德.

2.在整個(gè)教學(xué)過程中，讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)、分析、研究等方法，

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力.

3.在課堂教學(xué)中，要經(jīng)常注意對(duì)學(xué)生進(jìn)行德育和美育的教育.

教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)重點(diǎn)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).

教學(xué)難點(diǎn)牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式簡單完美，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)生來說是較困難的.這一難

點(diǎn)在本課中可通過對(duì)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)用過程中去體會(huì)和理

解.

教具準(zhǔn)備1.學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)牛頓第二定律器材（木板、小車、打點(diǎn)

計(jì)時(shí)器、電源、小筒、細(xì)線、砝碼、天平、刻度尺、紙帶等）.

2.計(jì)算機(jī)及自編軟件，電視機(jī)（作顯示器）.

3.投影儀，投影片.

課時(shí)安排1課時(shí)

教學(xué)過程

導(dǎo)入新課

［教師活動(dòng)］我們先聽英國詩人蒲柏的一段詩:“自然和自然規(guī)律，

隱藏在黑暗中.上帝說:讓牛頓出生吧！于是，一切顯先光明.”確

實(shí)，有力就會(huì)運(yùn)動(dòng)，沒有力就不會(huì)運(yùn)動(dòng).這個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)千百年來

一直躲藏在黑暗中，一直到牛頓的出現(xiàn)，才使我們真正了解到:力

不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.也

就是說力是產(chǎn)生加速度的原因.我們自然會(huì)問:力、質(zhì)量、加速度到

底存在什么樣的定量關(guān)系？先請(qǐng)大家根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和你所掌握的

知識(shí)，猜想力、質(zhì)量、加速度到底存在什么樣的定量關(guān)系.

推進(jìn)新課

1.實(shí)驗(yàn):用一根繩子牽引著一個(gè)小車在粗糙的水平桌面上勻速運(yùn)

動(dòng)，然后松開手讓車自己運(yùn)動(dòng),然后停下來.

2.學(xué)生觀察現(xiàn)象后，老師提問這樣兩個(gè)問題:①開始時(shí)為什么小車

能做勻速運(yùn)動(dòng)？②松手后小車為什么還能運(yùn)動(dòng)，做什么運(yùn)動(dòng)，為什

么？

3.如果要想讓小車快一點(diǎn)停下來可以采取什么樣的方案，回答并設(shè)

計(jì)實(shí)驗(yàn).

4.小車停下的快慢實(shí)際上就是它的加速度的表現(xiàn).

5.影響加速度的因素又會(huì)是哪些呢?學(xué)生猜測并給出相應(yīng)的理由.

(學(xué)生最終在老師的啟發(fā)下和同學(xué)們的相互討論下能夠猜測到

加速度和力以及質(zhì)量有關(guān)，因?yàn)榱κ俏矬w產(chǎn)生加速度的原因.而質(zhì)

量是物體慣性的量度，質(zhì)量越大慣性越大，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改

變.)

6.可以通過怎樣的方法來研究這個(gè)問題呢？

實(shí)驗(yàn)與探究

［問題1］加速度可能跟力有關(guān)系，同時(shí)也可能跟質(zhì)量有關(guān)系，那

么到底怎么來判斷加速度是不是跟力有關(guān)系呢？

學(xué)生回答:可以讓質(zhì)量不變，改變力來研究加速度跟力的關(guān)系.

同樣可以用此方法來研究加速度跟質(zhì)量之間的關(guān)系.

教師在此基礎(chǔ)上提出“控制變量法”的思想.

［問題2］加速度如何來測量？能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測量加速度并

研究加速度跟力和質(zhì)量的關(guān)系?學(xué)生可以討論并提出自己的設(shè)想.

教師介紹課本中的實(shí)驗(yàn):

在實(shí)驗(yàn)中必須能夠具體地測出加速度、力和質(zhì)量這三個(gè)量的數(shù)

值.其中質(zhì)量和力都有直接測量的工具；加速度雖然不能直接測量，

但可以利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的計(jì)數(shù)點(diǎn)，通過計(jì)算得出物體

的加速度.所以實(shí)驗(yàn)可以這樣設(shè)計(jì):

如圖6-2-1,在水平木板上放置一輛小車,小車的前端系上細(xì)

繩，細(xì)繩的另一端跨過定滑輪并掛一個(gè)質(zhì)量很小的重物.小車的尾

部掛上一條紙帶，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.為了消除摩擦力對(duì)小車運(yùn)

動(dòng)的影響，必須將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，用重力的分力

來抵消摩擦力，直到小車不掛重物時(shí)能勻速運(yùn)動(dòng)為止.當(dāng)掛上重物

時(shí)，只要重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，那么可近似地認(rèn)為重物所

受的重力大小等于小車所受的合外力的大小.將小車從某一位置釋

放，小車在繩子的拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),利用紙帶上打出

的點(diǎn)便可算出小車的加速度.

圖6-2-1

合作探究

提問:如何測出小車的加速度？（學(xué)生回答:可用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）再追

問:測加速度的公式是什么？（學(xué)生回答公式.若學(xué)生回答不清時(shí)，

可幫助其答出）

板書：

(ss)(ss)(ss)

板書:a=635241.

9T2

(1)加速度與物體受力的關(guān)系

保持小車的質(zhì)量m不變,測出所掛物體的重力，掛上重物后將

小車由靜止釋放，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)算出小車的加速度.改變所

掛重物的重力，重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)都要將小車從同一位置

釋放.將幾次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)填入表中.

實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s-2)小車受力F/N

1

2

3

（2）加速度與物體質(zhì)量之間的關(guān)系

保持合外力F不變，也就是保持所掛重物的重力不變.測出小

車的質(zhì)量，掛上重物后將小車由靜止釋放，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)算

出小車的加速度.通過在小車上疊放砝碼的方法改變小車的質(zhì)量，

重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)都要將小車從同一位置釋放.將幾次實(shí)

驗(yàn)的數(shù)據(jù)填入表中.

實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s-2)小車受力F/N

1

2

3

數(shù)據(jù)分析:為了便于得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，應(yīng)利用以上數(shù)據(jù)分

別作出m不變時(shí)的aF圖象和F不變時(shí)的am圖象.

圖6-2-2

在我們的猜想中，F(xiàn)不變時(shí)，m越大，a越小，有可能是成反

比關(guān)系,可以通過a與1/m的圖象關(guān)系來驗(yàn)證.

得出結(jié)論:

①當(dāng)m不變時(shí)，a與F的關(guān)系;

②當(dāng)F不變時(shí)，a與m的關(guān)系.

方法點(diǎn)撥

利用圖象處理數(shù)據(jù)是一種常用的重要方法.將實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)

據(jù)通過描點(diǎn)作出圖象，可以非常直觀地看出兩個(gè)物理量之間的關(guān)

系，也可以有效地減少實(shí)驗(yàn)誤差，確定并排除實(shí)驗(yàn)中測得的一些錯(cuò)

誤數(shù)據(jù).另外，在實(shí)驗(yàn)中如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)量x與另一個(gè)量y成反比，

那么，x就應(yīng)與1/y成正比.據(jù)此，我們可以將反比函數(shù)的曲線轉(zhuǎn)

化為正比函數(shù)的直線.因?yàn)樵谔幚頂?shù)據(jù)時(shí)，判斷正比圖象比判斷一

條曲線是否為反比函數(shù)圖象要簡單和直觀得多.

【牛頓第二定律】

根據(jù)實(shí)驗(yàn)我們證實(shí)了我們的猜想:物體的加速度跟作用力成正

比，跟物體質(zhì)量成反比.這就是著名的牛頓第二定律.

板書：

物體的加速度跟作用力成正比，跟物體質(zhì)量成反比.

用公式表示為a∝F/mF∝ma

若改寫為等式，應(yīng)乘以系數(shù),kF=kma

如果我們把1N定義為:使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速

度的力為1N.這時(shí)等式左側(cè)為1，等式右側(cè)為k.也就是說我們采

用這種定義方式可以使k=1，此時(shí)牛頓第二定律的表達(dá)式為

板書：

F=ma

講解:下面我們對(duì)牛頓第二定律進(jìn)行進(jìn)一步的討論:首先我們

可以注意剛才小車所受到的拉力，實(shí)際是小車所受到的合外力，所

以牛頓第二定律中的F應(yīng)為物體受到的合外力.

板書：

(1)F為合外力

其次我們可以注意到小車的加速度方向與拉力方向是一致的，這就

是牛頓第二定律的方向性.

(2)a的方向與F一致

另外，物體某一時(shí)刻的加速度，只由它此刻的受力決定，而與其他

時(shí)刻的受力無關(guān)，這就是牛頓第二定律的即時(shí)性.

(3)即時(shí)性

a與F是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系.

同生:一有力作用在物體上，這個(gè)力就要產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的加速度.

注意:整個(gè)物體是否有加速度，則取決于物體受的合外力是否為0.

同滅:力一消失，與之相應(yīng)的加速度就消失.

同變:力一變化，與之相應(yīng)的加速度就相應(yīng)變化.

［例題剖析1］一個(gè)靜止在水平面上的物體，質(zhì)量是2.0kg，在水

平方向上受到4.4N的拉力，物體跟平面間的滑動(dòng)摩擦力是2.2N.

（1）求物體在4.0s末的速度和4.0s內(nèi)發(fā)生的位移.

（2）如果在2.0s末將水平拉力撤去，求物體在4.0s內(nèi)的位移.

解題思路:研究對(duì)象為物體.已知受力，可得物體所受合外力.根據(jù)

牛頓第二定律可求出物體的加速度，再依據(jù)初始條件和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式

就可解出前一段運(yùn)動(dòng)的加速度.運(yùn)用同樣的思路也可解答后一段運(yùn)

動(dòng)的滑行距離.

分析:（投影燈片）

解:由于F=4.4N，f=2.2N，m=2.0kg

（1）又知t=4.0s.

則可由牛頓第二定律求得:

物體運(yùn)動(dòng)的加速度為a=（F-f）/m=（4.4-2.2）/2.0m/s2=1.1m/s2

根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可求得:

物體在4.0s末的速度為v=at=1.1×4.0m/s=4.4m/s

物體在4.0s內(nèi)的位移為s=at2/2=1.1×4.02/2m=8.8m.

（2）又知t=2.0s，t=4.0s

12

物體在2s末速度為v=at=1.1×1.0m/s=1.1m/s

1

物體在2.0s后運(yùn)動(dòng)的加速度為a′=-ｆ/ｍ＝-2.2/2.0m/s2=-1.1

m/s2

物體在4.0s末的速度為v-t=v+a′(t-t)=(1.1-1.1×2.0)

21

m/s=-1.1m/s

v-t<0，說明物體在4.0s時(shí)已停下,則4.0s末物體的位移為

s=v2/2a+（0-v2）/2a′=1.21/2.2m+1.21/2.2m=1.1m.

小結(jié):解決這一類型問題的基本思路是——對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分

析、運(yùn)動(dòng)情況分析，先由牛頓定律求出加速度，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式

求出要求的量.（板書）

重要意義:具有預(yù)見性.

引申:這一類題目是運(yùn)用已知的力學(xué)規(guī)律，作出明確的分段.它是物

理學(xué)和技術(shù)上進(jìn)行正確分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，如發(fā)射人造地球衛(wèi)星進(jìn)

入預(yù)定軌道，帶電粒子在電場中加速后獲得速度等都屬這一類題

目.

【力學(xué)單位制】

前面我們應(yīng)用F=ma定義了1N＝1kg·m/s2，我們?cè)谶@之前也

學(xué)習(xí)了很多物理量的單位.

教師提問:請(qǐng)學(xué)生列舉一些前面學(xué)習(xí)的物理量（力、長度、時(shí)

間、質(zhì)量、速度、加速度的單位）

教師提出國際單位制.

板書：

國際單位制是由基本單位和導(dǎo)出單位組成的.

強(qiáng)調(diào)指出三個(gè)力學(xué)基本單位,順便介紹其他四個(gè)基本單位.

板書：

m（長度單位）、kg（質(zhì)量單位）、s（時(shí)間單位）、A(電流單位)、

cd（光強(qiáng)度單位）、K（溫度單位）、mol（物質(zhì)的量的單位）.

請(qǐng)學(xué)生列舉學(xué)過的物理公式，通過公式教師講解并指出:如果

已知量的單位是國際單位，那么在計(jì)算過程中不必帶單位計(jì)算，只

要在結(jié)果中寫出待求量的單位即可.

［例題剖析2］一木箱質(zhì)量為m，與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)

為μ，現(xiàn)用斜向右下方與水平方向成θ角的力F推木箱，求經(jīng)過t

秒時(shí)木箱的速度.

圖6-2-3

解:畫圖分析:木箱受4個(gè)力，

將力F沿運(yùn)動(dòng)方向和垂直運(yùn)動(dòng)方向分解:

水平分力為Fcosθ

豎直分力為Fsinθ

據(jù)牛頓第二定律列方程

豎直方向N-Fsinθ-G=0

①

水平方向Fcosθ-f=ma

②

二者聯(lián)系f=μN(yùn)

③

由①式得N=Fsinθ+mg,代入③式有f=μ(Fsinθ+mg),

Fcos(mgFsin)

代入②式有ma=Fcosθ-μ(Fsinθ+mg)得a=.

m

可見解題方法與受水平力作用時(shí)相同.

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)律是物理研究的重要方法.

2.定義力的單位“牛頓”使得k=1，得到牛頓第二定律的簡單形式

F＝ma.使用簡捷的數(shù)學(xué)語言表達(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.

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P第1、2、3題.

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板書設(shè)計(jì)

牛頓第二定律

1.研究方案:利用實(shí)驗(yàn).

2.m一定時(shí)，a與F的關(guān)系:a∝F.

3.F一定時(shí)，a與m的關(guān)系:a∝1/m.

4.牛頓第二定律

（1）內(nèi)容:

A.文字表述:

B.數(shù)學(xué)公式:a∝F/m.F=ma

C.力的單位N的定義:1N=1kg·m/s2

（2）理解:矢量性瞬時(shí)性

（3）應(yīng)用:多個(gè)力作用下的牛頓第二