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1、4.3 牛頓第二定律 教案、素質(zhì)教育目標(biāo)(一)知識(shí)教學(xué)點(diǎn)1在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出牛頓第二定律2掌握公式、物理量的意義3學(xué)習(xí)、應(yīng)用牛頓第二定律應(yīng)注意的問題(二)能力訓(xùn)練點(diǎn)1演示實(shí)驗(yàn)總結(jié)牛頓第二定律,從定性到定量,對(duì)真理進(jìn)行再發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)學(xué)生 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究、總結(jié)規(guī)律,不斷創(chuàng)新的能力2掌握實(shí)驗(yàn)研究中的控制變量法(三)德育滲透點(diǎn)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差處理、控制變量的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí),實(shí)事求是的美德二、學(xué)法引導(dǎo)1以分組實(shí)驗(yàn)的方法,讓學(xué)生帶著問題去研究2歸納總結(jié),形成規(guī)律性認(rèn)識(shí)三、重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)及解決辦法1重點(diǎn)成功地完成演示實(shí)驗(yàn),總結(jié)出牛頓第二定律并掌握牛頓第二定律的初步應(yīng)用2難點(diǎn)物理公式在確定物理量的數(shù)量關(guān)系的同

2、時(shí)也確定了物理量的單位關(guān)系3疑點(diǎn)從牛頓第二定律可知, 無論怎么小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度, 可是當(dāng)用力推 一個(gè)停在地面上的較大的物體時(shí), 卻推不動(dòng), 這是什么原因呢 ?這與牛頓第二定律的 外延有無矛盾呢 ?4解決辦法學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)分析、剖析、講解例題及用學(xué)生討論等方式加以解決四、課時(shí)安排第 1 課時(shí) 基本知識(shí)點(diǎn)的講解第 2 課時(shí) 基本習(xí)題講解(學(xué)會(huì)基本思路)做基本練習(xí)題第 3 課時(shí) 中檔習(xí)題講解(作業(yè)有所加深)如連接體的問題五、教具學(xué)具準(zhǔn)備帶滑輪的長(zhǎng)木板若干、小車若干、細(xì)線、砝碼盤、砝碼、直尺等,用于演示實(shí)驗(yàn)(說明力質(zhì)量和加速度之間的關(guān)系).六、師生互動(dòng)活動(dòng)設(shè)計(jì)1. 教師由復(fù)習(xí)影響物體

3、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的因素,導(dǎo)入如何定量分析.2. 演示實(shí)驗(yàn),在控制變量的前提下找關(guān)系.3. 師生共同討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)歸納形成規(guī)律性認(rèn)識(shí).七、教學(xué)過程(一)明確目標(biāo)通過演示實(shí)驗(yàn),總結(jié)牛頓第二定律,講解學(xué)習(xí)牛頓第二定律應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng), 并掌握注意事項(xiàng),會(huì)應(yīng)用牛頓第二定律解題.(二)整體感知F= ma通過實(shí)驗(yàn),得出牛頓第二定律中axF,ax丄,講解后得出牛頓第二定律m在應(yīng)用牛頓第二定律時(shí)應(yīng)注意力與加速度同時(shí)性,三個(gè)物理量單位的統(tǒng)一性,加速 度與力的矢量性及公式適應(yīng)于慣性參照系.(三)重點(diǎn)、難點(diǎn)的學(xué)習(xí)及目標(biāo)完成過程物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用什么物理量來描述?物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變與什么因素有關(guān)?與外力和質(zhì)量有關(guān),怎

4、樣的關(guān)系呢?那 ?這節(jié)課,我們來研究力,加速度,質(zhì)量 之間有的關(guān)系.(教師)加速度與力和質(zhì)量有關(guān),如果力和質(zhì)量同時(shí)變化,我們無發(fā)判斷是誰影響加速度,它與加速度是怎樣的具體關(guān)系,怎么樣研究一個(gè)量和兩個(gè)量之間的關(guān)系?(學(xué)生)控制變量法(教師)我們可以先固定一個(gè)量,如固定質(zhì)量,研究物體加速度和所受力的關(guān)系1. 加速度和力的關(guān)系實(shí)驗(yàn),在研究加速度和力的關(guān)系時(shí),要先排除質(zhì)量對(duì)加速度的影響,為控制變量,同學(xué)們桌上的小車,兩輛車的質(zhì)量是相同的,請(qǐng)同學(xué)們按我在黑板上畫的圖(圖3-6)將實(shí)驗(yàn)器材裝配好,準(zhǔn)備做實(shí)驗(yàn).圖3-6實(shí)驗(yàn)1打幵夾子,讓兩輛小車同時(shí)從靜止幵始運(yùn)動(dòng),小車走過一段距離后關(guān)上夾子, 讓兩車停下,用

5、直尺量出兩小車走過的位移®,S2,讀出砝碼盤中兩小車所受的力,從數(shù)據(jù)中精確感受力與位移的數(shù)量關(guān)系,啟發(fā)學(xué)生得出s = at2公式,從而推導(dǎo)出2在時(shí)間t相同情況下,力與加速度成正比(強(qiáng)調(diào)力只產(chǎn)生加速度,而a與s成正比,故借助比較小車位移來比較小車的加速度.)同學(xué)們研究表明,對(duì)質(zhì)量相同的物體來說物體的加速度跟作用在物體上的力成正比,由同學(xué)寫出a1 : a2 = F1 : F2或axF2. 加速度和質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)還用前面裝置,在砝碼盤上放上相同砝碼(提問:為什么這樣做?控制變量使力相等)在一小車上加上砝碼,使兩小車質(zhì)量不同,重做上面的實(shí)驗(yàn),測(cè)出 位移和質(zhì)量,得出小車通過位移與它們的質(zhì)量成反

6、比,再根據(jù)公式s = -at2,得出2加速度與質(zhì)量成反比,即a1 : a2 = m2 : m13. 牛頓第二定律總結(jié)上面的結(jié)果,得出牛頓第二定律,即物體的加速度跟作用力成正比,跟物體 的質(zhì)量成反比,加速度方向與力的方向相同.Ax -m上述比例式要改寫成等式,必須加上比例常數(shù),得F= kma選擇國(guó)際單位制,力的單位用牛頓,質(zhì)量的單位用千克,加速度單位用米/秒2,則k= 1,上式則簡(jiǎn)化為F=ma可見,物理公式在確定物理量數(shù)量關(guān)系的同時(shí),也確定了物理量間的 單位關(guān)系.牛頓這個(gè)單位就是通過牛頓第二定律來定義的:是質(zhì)量為1千克的物體 產(chǎn)生1米/秒2加速度的力,叫做1牛頓請(qǐng)同學(xué)們想想, 若把上述實(shí)驗(yàn)中的小

7、車, 改為滑塊, 則摩擦力的影響就不能忽略, 小車將受到拉力及摩擦力的作用,于是牛頓第二定律的另一種表述為:物體的加速 度跟物體所受的合力成正比, 跟物體的質(zhì)量成反比, 加速度方向跟合力的方向相同, 寫成數(shù)學(xué)表達(dá)式為F合=ma下面對(duì)牛頓第二定律進(jìn)一步討論(1)注意統(tǒng)一性: 定律中的三個(gè)物理量的單位必須統(tǒng)一用國(guó)際單位制中的單位,即力用N為單位,質(zhì)量用kg為單位,加速度用 吋s2為單位(2)注意矢量性:加速度方向始終和引起這個(gè)加速度的外力一致(3)注意同時(shí)性:加速度和合外力的關(guān)系具有同時(shí)性,是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的關(guān)系,有 外力,才有加速度,外力不變,加速度不變,外力隨時(shí)間改變,加速度也隨時(shí)間改 變,外力停止

8、作用,加速度隨即消失(4)注意參照系:牛頓第二定律適用于慣性參照系分組討論疑點(diǎn)并引導(dǎo)得出結(jié)論(四)總結(jié)、擴(kuò)展牛頓第一定律確定了力的涵義, 指出力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因, 牛頓第二定 律則描述出力是怎樣改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的即力與物體加速度成正比,物體加速度方 向與力的方向相同八、布置作業(yè)成才之路同步九、板書設(shè)計(jì)三、牛頓第二定律一、質(zhì)量一定時(shí),物體受到的力越大,物體運(yùn)動(dòng)的加速度越大;物體運(yùn)動(dòng)的加速 度與外力成正比, a1 : a2 = F1 : F2二、外力一定時(shí),物體的質(zhì)量越大,物體運(yùn)動(dòng)的加速度越小;物體加速度與質(zhì)量 成反比,a1 : a2 = m2 : m1三、牛頓第二定律1. 牛頓第二定律表

9、達(dá):物體加速度跟作用力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加 速度方向跟引起這個(gè)加速度的力的方向相同.數(shù)學(xué)表達(dá)式為a=(決定式)m2. 牛頓第二定律另一種表述: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,加速度方向跟合力的方向相同.數(shù)學(xué)表達(dá)式為a=F合3學(xué)習(xí)牛頓第二定律應(yīng)注意的問題:統(tǒng)一性、矢量性、同時(shí)性、獨(dú)立性及適用于慣性參照系十、背景知識(shí)與課外閱讀牛頓第二定律的拓展公式及運(yùn)用1拓展公式的推導(dǎo)設(shè)有兩個(gè)質(zhì)量為mi , m2的物體,分別受到外力 Fi、F2的作用,相互間的作用力 為F21和Fi2,加速度為ai、a2則: Fi + F2 + Fi2 + F2i mai + m?a2式中Fi +

10、F2是兩物體所受外力的矢量和, 記刀F.由牛頓第三定律:F2i = F12 .故 有:刀F= gai + m2a2,可以證明上式可以推廣到有多個(gè)物體的情形,于是我們得到 結(jié)論:刀F= miai m2a2 +這就是牛頓第二定律的拓展公式.2.拓展公式的運(yùn)用牛頓第二定律的拓展公式, 由于不涉及系統(tǒng)的內(nèi)力, 因而可以很方便地用來處理 不涉及內(nèi)力的連接體運(yùn)動(dòng)問題.1)求解物體的受力情況【例1】 如圖3- 7, A是電磁鐵,B是質(zhì)量為m的鐵片,C是膠木秤盤,A和C(包括支架)的總質(zhì)量為 M整個(gè)裝置用輕繩懸于 0點(diǎn),當(dāng)給電磁鐵通電,鐵片被 吸引上升的過程中,輕繩的拉力大小為()A. F= Mg B . M

11、g< Fv( M nr) gC. F=( M+ m g D . F>( M+ m) g圖 3- 7解析A B C組成的系統(tǒng),所受的外力是輕繩的拉力和它們的重力,當(dāng)鐵片被吸 引上升的過程中存在向上的加速度,故F(M+nr) g= ma F>( M+nr) g選 D.( 2)求解物體運(yùn)動(dòng)情況【例 2】 如圖 38 所示為一內(nèi)壁光滑的環(huán)形細(xì)圓管,位于豎直平面內(nèi)環(huán)的半徑為R (比細(xì)管的半徑大得多)在管中有兩個(gè)直徑與細(xì)管內(nèi)徑相同的小球(可視為 質(zhì)點(diǎn))A球的質(zhì)量為m, B球的質(zhì)量為m2,它們沿環(huán)形管順時(shí)針運(yùn)動(dòng),經(jīng)過最低點(diǎn) 時(shí)的速度都是V。,設(shè)A球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí) B球恰好運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn),若要

12、此時(shí)兩球作 用于圓管的合力為零,貝V m,m2,R, Vo之間應(yīng)滿足什么關(guān)系?解析設(shè)B球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)的速度為 V,則由機(jī)械能守恒定律,得1 2m2 Vo21 2m2v2+ m2g 它們所受的合外力等于它+ 5m2) gR.這就是要求的以兩球?yàn)檠芯繉?duì)象,當(dāng)兩球作用于圓管的合力為零時(shí),們的重力,故:2 2Vv 02m2mi( mi + m2) g 得(m2 mi ) v° =( miR R關(guān)系式.1. 由牛頓第二定律的變形公式作F可知物體的質(zhì)量aA. 跟合外力成正比B .跟物體加速度成反比C. 跟物體所受合外力與加速度無關(guān)D. 可通過測(cè)量它的合外力和它的加速度求得2. 對(duì)于牛頓第二定律

13、的敘述正確的是()A. 物體的加速度與其所受合外力成正比B. 物體的加速度與其質(zhì)量成反比C. 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. 以上說法均正確3. 如圖3-9所示,彈簧左端固定,右端自由伸長(zhǎng)到0點(diǎn)并系住物體 m現(xiàn)將彈簧壓縮至A點(diǎn),然后釋放,物體一直可以運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),如果物體受到的摩擦力大小恒定則 ()A. 物體從A到0點(diǎn)先加速后減速B. 物體從A至0加速,從0至B減速C. 物體在A、0間某點(diǎn)所受合力為零D. 物體運(yùn)動(dòng)至0點(diǎn)時(shí)所受合力為零圖 3- 94. 在光滑水平面上,某物體在恒力F作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度達(dá)到v0后 將作用力逐漸減小至零,則物體的運(yùn)動(dòng)速度將()A. 由v

14、o逐漸減小到零B. 由vo逐漸增加至最大值C. 由vo先逐漸減小再逐漸增大至最大值D. 由V。先增至最大值再逐漸減小至零5 .力Fi單獨(dú)作用在物體上時(shí)產(chǎn)生的加速度為3吋s2,力F2單獨(dú)作用在此物體上時(shí)產(chǎn)生的加速度為4m/ s2,兩力 同時(shí)作用在此物體上產(chǎn)生的加速度可能為( )A 1m/ s2B . 5m/ s2 C . 4m/ s2 D . 8m/ s2思考題答案:1 . C D 2 . C 3 . AC 4 . B 5 . ABC環(huán)形細(xì)圓管,位于豎直平面內(nèi)環(huán)的半徑為 R (比細(xì)管的半徑大得多)在管中有兩 個(gè)直徑與細(xì)管內(nèi)徑相同的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))A球的質(zhì)量為g , B球的質(zhì)量為m2,它們沿環(huán)形管順時(shí)針運(yùn)動(dòng),經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速度都是

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