牛頓第二定律_教（學(xué)）案

1、 第二節(jié) 牛頓第二定律物理學(xué)一班 黃達(dá)明第1課時(shí)從容說(shuō)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.牛頓第二定律文字表述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，加速度的方向跟合外力的方向一樣公式F合=ma單位F:N m:kg a: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)所必須掌握的容.所以，牛頓第二定律是本章的中心容，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

2、置，簡(jiǎn)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(chē)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)?？墒褂脷鈮|導(dǎo)軌、光電門(mén)進(jìn)行精確測(cè)量驗(yàn)證.2.通過(guò)定律的探求過(guò)程，滲透物理學(xué)研究方法，是整個(gè)物理教學(xué)的重要容和任務(wù).本節(jié)容即為一典型探求過(guò)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(lèi)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(guò)加速度將物體的運(yùn)動(dòng)和受力緊密聯(lián)

3、系，使前三章構(gòu)成一個(gè)整體，這是解決力學(xué)問(wèn)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涵和外延，避免重公式、輕文字的現(xiàn)象.數(shù)學(xué)語(yǔ)言可以簡(jiǎn)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)課完成講授與實(shí)驗(yàn).本節(jié)課設(shè)計(jì)時(shí)隱含了“假說(shuō)”“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

4、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s1至s6與即可算出a，根據(jù)a和F或1/M的值即可在圖象中描點(diǎn)連線(xiàn)）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(cè)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(guó)際單位制的組成并知道力學(xué)單位制中的基本單位與導(dǎo)出單位.過(guò)程與方法

5、1.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)量與所受外力的關(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?、概括能力和分析推理能?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(guò)共同探究，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)、實(shí)事的美德.2.在整個(gè)教學(xué)過(guò)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)容是做好演示實(shí)驗(yàn).讓學(xué)生觀

6、察并讀取數(shù)據(jù)，從而有說(shuō)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(mǎn)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(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.這一難點(diǎn)在本課中可通過(guò)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(guò)程中去體會(huì)和理解.教具準(zhǔn)備1.計(jì)算機(jī)與模擬實(shí)驗(yàn)軟件課時(shí)安排 1課時(shí)教學(xué)

7、過(guò)程活動(dòng)III探究實(shí)驗(yàn)1活動(dòng)IV探究實(shí)驗(yàn)2控制變量牛頓第二定律活動(dòng)V簡(jiǎn)單應(yīng)用活動(dòng)I設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2a與物體的m有關(guān)a與F的大小有關(guān)問(wèn)題設(shè)問(wèn)2活動(dòng)II設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)3情景繩子牽引小車(chē)。教學(xué)流程導(dǎo)入新課教師活動(dòng)我們先聽(tīng)英國(guó)詩(shī)人蒲柏的一段詩(shī):“自然和自然規(guī)律，隱藏在黑暗中.上帝說(shuō):讓牛頓出生吧！于是，一切顯現(xiàn)光明.”確實(shí)，有力就會(huì)運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力就不會(huì)運(yùn)動(dòng).這個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)千百年來(lái)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(shuō)力是產(chǎn)生加速度的原因.我們自然會(huì)問(wèn):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

8、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(chē)在粗糙的水平桌面上勻速運(yùn)動(dòng)，然后松開(kāi)手讓車(chē)自己運(yùn)動(dòng),然后停下來(lái).2.學(xué)生觀察現(xiàn)象后，老師提問(wèn)這樣兩個(gè)問(wèn)題:開(kāi)始時(shí)為什么小車(chē)能做勻速運(yùn)動(dòng)？松手后小車(chē)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(chē)快一點(diǎn)停下來(lái)可以采取什么樣的方案，回答并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).4.小車(chē)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(cè)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(cè)到加速度和力以與質(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

9、大，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變.)6.可以通過(guò)怎樣的方法來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題呢？實(shí)驗(yàn)與探究問(wèn)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(lái)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(lái)研究加速度跟力的關(guān)系.同樣可以用此方法來(lái)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(wèn)題2加速度如何來(lái)測(cè)量？能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)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(cè)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(cè)量的工具；加速度雖然不能直接測(cè)量，但可以利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出

10、的計(jì)數(shù)點(diǎn)，通過(guò)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(chē),小車(chē)的前端系上細(xì)繩，細(xì)繩的另一端跨過(guò)定滑輪并掛一個(gè)質(zhì)量很小的重物.小車(chē)的尾部掛上一條紙帶，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.為了消除摩擦力對(duì)小車(chē)運(yùn)動(dòng)的影響，必須將木板無(wú)滑輪的一端稍微墊高一些，用重力的分力來(lái)抵消摩擦力，直到小車(chē)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(chē)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(chē)所受的合外力的大小.將小車(chē)從某一位置釋放，小車(chē)在繩子的拉力作用下做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),利用紙帶上打出的點(diǎn)便可算出小車(chē)的加速度.圖6-2-1合作探究提問(wèn):如何測(cè)出小車(chē)的加速度？（

11、學(xué)生回答:可用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）再追問(wèn):測(cè)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(shū)：板書(shū):a=.(1)加速度與物體受力的關(guān)系 保持小車(chē)的質(zhì)量m不變,測(cè)出所掛物體的重力，掛上重物后將小車(chē)由靜止釋放，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)算出小車(chē)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(chē)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(chē)受力F/N123（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(cè)出小車(chē)的質(zhì)量，掛上重物后將小車(chē)由靜止釋放，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)算出小車(chē)的加速度.通過(guò)在小車(chē)上疊放砝碼的

12、方法改變小車(chē)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(chē)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(chē)受力F/N123 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(guò)a與1/m的圖象關(guān)系來(lái)驗(yàn)證.得出結(jié)論:當(dāng)m不變時(shí)，a與F的關(guān)系;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(guò)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

13、測(cè)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(xiàn)轉(zhuǎn)化為正比函數(shù)的直線(xiàn).因?yàn)樵谔幚頂?shù)據(jù)時(shí)，判斷正比圖象比判斷一條曲線(xiàn)是否為反比函數(shù)圖象要簡(jiǎn)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(shū)： 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aF/m Fma 若改寫(xiě)為等式，應(yīng)乘以系數(shù), F=kma 如果我們把1 N定義為:使質(zhì)量為1 kg的物體產(chǎn)生1 m/s2加速度的力為1 N.這時(shí)等式左側(cè)為1，等式右側(cè)為k.也就是說(shuō)我們采

14、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(shū)：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(chē)所受到的拉力，實(shí)際是小車(chē)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(shū)：(1)F為合外力其次我們可以注意到小車(chē)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(wú)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.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(jiǎn)單形式Fma.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