人教版高中物理必修一教案：4.3 牛頓第二定律

/第三節(jié)牛頓第二定律教學(xué)目標：〔一〕知識與技能：1.理解牛頓第二定律的內(nèi)容；知道牛頓第二定律表達式確實切含義。2．知道國際單位制中力的單位是怎樣定義的3．知道量度式a=與決定式a=的區(qū)別。4．能運用牛頓第二定律解決實際問題,并在解決問題的過程中掌握一定的解題方法?！捕尺^程與方法：培養(yǎng)學(xué)生分析能力,解決問題的能力。〔三〕情感態(tài)度與價值觀：通過實驗總結(jié)出自然規(guī)律；在討論中認識自然規(guī)律；在解決實際問題過程中應(yīng)用自然規(guī)律；在認識、應(yīng)用自然規(guī)律的過程中感受自然的微妙。教學(xué)重點：牛頓第二定律的理解。教學(xué)難點：牛頓第二定律的應(yīng)用。教學(xué)方法：分析歸納法、講授法、討論法教學(xué)用具：多媒體軟件教學(xué)過程：〔一〕導(dǎo)入新課：師：上一節(jié)我們用實驗研究了加速度跟外力和質(zhì)量的定量關(guān)系。我們是如何研究這三個量之間的關(guān)系的呢？生：先保持物體的質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系,再保持物體的受力相同,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。師：在實驗后得出什么結(jié)論？生：質(zhì)量不變,加速度與力成正比,物體的受力相同,加速度與質(zhì)量成反比。投影：當m不變時,a∝F；當F不變時,a∝師：這個實驗中,我們使用了一種研究問題常用的方法,同學(xué)們知道是什么方法嗎？生：控制變量法師：其實在研究多個物理量之間的關(guān)系時,我們常使用控制變量法。投影：控制變量法在研究多個物理量之間的關(guān)系時,常使用的一種研究方法?！捕承抡n教學(xué)1．牛頓第二定律師：從上一節(jié)實驗我們已經(jīng)得到a∝F、a∝的結(jié)論,其實這一個結(jié)論也同樣符合大量的實驗和觀察到的事實。由此可知這是一條一般性的規(guī)律,如果用文字表述我們就可以寫成：投影：物體的加速度跟作用力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,這就是牛頓第二定律。師：如果用比例式來表示,應(yīng)該如何表達？生：a∝或F∝ma投影：a∝或F∝ma師：上式是一條比例式,如果寫成等式又如何表達？生：F=kma投影：F=kma師：式中K是比例系數(shù),F指的是物體所受的合力。2．力的單位：師：同學(xué)們在初中道力的單位是牛頓,但同學(xué)們知道一牛頓的力有多大嗎？投影：由F=kma當k=1時,F=ma取m=1kga=1m/s2那么:F=ma=1kg×1m/s2=1kg·m/s2kg·m/s2就是力的單位。我們規(guī)定1kg·m/s2為一個單位的力,為了紀念牛頓,我們就把一個單位力的稱為1牛頓,所以1N=1kg·m/s2,意思就是一牛頓的力相當于把質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度所需的力。所以當m,a取國際單位時,K=1,牛頓第二定律就表述為：a=問:1N=kg·cm/s23．關(guān)于牛頓第二定律特征的幾個討論：例題：如右圖所示,質(zhì)量為m的物體置于光滑水平面上,如果受到向右水平力的作用。討論1：〔1〕向右的水平力F產(chǎn)生的加速度方向向哪里？〔2〕當向右的水平力F改為向左時產(chǎn)生的加速度方向向哪里？由此可以得出什么結(jié)論？總結(jié)：加速度的方向跟產(chǎn)生加速度的力的方向相同,由于加速度和力都是矢量,我們把這個特點叫做牛頓第二定律的矢量性特征。討論2：結(jié)合上面例子,討論下面問題：〔1〕物體受拉力F前做什么運動？〔2〕物體受到拉力作用后做什么運動？〔3〕撤去拉力后物體做什么運動？由此得出什么結(jié)論？總結(jié)：物體運動的加速度隨合力的變化而變化,存在著瞬時對應(yīng)的關(guān)系,這是牛頓第二定律的瞬時性特征。討論3：在上例中如果水平面不光滑,物體水平向右加速運動：〔1〕水平方向受哪些力作用？〔2〕這些力會產(chǎn)生加速度嗎？〔3〕這些力可以合成嗎？加速度呢？合力跟合加速度有何關(guān)系？由此得出什么結(jié)論？〔分析如右圖〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕所示〕總結(jié)：物體受幾個力作用時,分力產(chǎn)生分加速度,合力產(chǎn)生合加速度。這是牛頓第二定律的獨立性特征。從以上討論可以知道牛頓第二定律具有矢量性,瞬時性,獨立性特征。4、關(guān)于例1的教學(xué)。例題1：某質(zhì)量為1100kg的汽車在平直的公路面試車,當?shù)竭_100km/h的速度時關(guān)閉發(fā)動機,經(jīng)過70s停下來,汽車受到的阻力是多大？重新起步加速時牽引力為2019N,產(chǎn)生的加速度應(yīng)為多大？假設(shè)試車過程中汽車受到的阻力不變。〔1〕分析：第一階段：第二階段：〔2〕解：在試車的第一階段,加速度為a==-汽車受到的阻力為F阻=ma=-=-N=-437N負號表示阻力的方向與速度的方向相反。在重新起步并加速后,汽車除了受到上述阻力外,還受到牽引力F,汽車所受到的合力為F合=2019N–437N=1563N由牛頓第二定律可得汽車的加速度a==m/s2=1.42m/s2加速度的方向與速度的方向相同。〔3〕點評：在第一階段,加速度與阻力都為負值,方向相同。表達了牛頓第二定律的矢量性特征。在第一階段阻力對應(yīng)于阻力產(chǎn)生的加速度。第二階段,合力對應(yīng)于合力產(chǎn)生的合力加速度,表達了牛頓第二定律的獨立性特征。討論4：公式a=和a=都可以用來計算加速度,這兩條式子哪一條是量度式？哪一條是決定式？力、加速度、速度和速度變化量之間有什么關(guān)系？總結(jié)：〔1〕a=為量度式,可以通過計算速度的變化率來計算加速度?！?〕a=為決定式,可以用產(chǎn)生加速度的力跟質(zhì)量的比值來計算。〔3〕由a=、vt=v0+at可以知道,加速度的大小取決于合力,而當加速度一定時,速度的大小除了取決于初速度還取決于加速時間。例如：汽車起動時,要用較大的牽引力,這時加速度很大,但速度并不大,而起動之后,開車人就要換擋,減小牽引力,這時加速度減小,而速度很大。5．關(guān)于例題2的教學(xué)：例題2:一個物體,質(zhì)量是2kg,受到互成1200角的兩個力F1和F2的作用,這兩個力的大小都是10N,這個物體產(chǎn)生的加速度是多大？通過下面簡單的解法設(shè)疑。如圖,因為F1=F2=10N,F1、F2的夾角1200,根據(jù)平行四邊形定那么有：F合=F1=F2=10Na===5m/s2〔2〕引導(dǎo)學(xué)生參考課本例題解法〔用動畫演示如何運用正交分解法,把F1F2〔3〕①問：為什么例題中,比擬復(fù)雜地先把F1、F2沿x軸,y軸分解再合成求合力呢？②通過下面的例題,說明正交分解法的重要例：一個質(zhì)量為m的物體,受到一個與水平方向成α角的F1一個與水平方向成β角F2作用,如圖,并且F1不等于F2,求物體在水平方向產(chǎn)生的加速度為多大？解：用正交分解法把F1,F2分解,如圖：③指出：這一種沿x軸,y軸分解合成的方法,我們叫做正交分解法,在解決力的分解合成時,正交分解法非常重要。④[問]：如何選擇坐標軸的方向呢？根本的原那么是能夠使問題簡化：如：〔4〕回到課本例題：討論5：例題2還有什么解法？根據(jù)牛頓第二定律的獨立性特點：6．“說一說〞質(zhì)量不同的物體,所受的重力不一樣,它們自由下落時加速度卻是一樣的,你怎樣解釋？根據(jù)牛頓第二定律:a==g與物體的質(zhì)量無關(guān).7．科學(xué)漫步：用動力學(xué)方法測質(zhì)量。示意圖如右所示那么a=①a=②∴m2=-m18．練習(xí)：〔1〕一個物體受到F1=4N的力,產(chǎn)生a1=2m/s2的加速度,要使它產(chǎn)生a2=6m/s2的加速度,需要施加多大的力？(參考答案:12N)〔2〕甲、乙兩輛實驗小車,在相同的力作用下,甲車產(chǎn)生的加速度為1.5m/s2,乙車產(chǎn)生的加速度為4.5m/s2,甲車的質(zhì)量是乙車的幾倍?(參考答案:3倍)〔3〕小車里懸掛一小球,如下圖,當小車以加速度a運動時,懸線與豎直線有一固定角度。小球質(zhì)量為50g,a=5.0m/s2.求懸線對小球的拉力T及與豎直面夾角θ。(參考答案:T=m,tanθ=)9.小結(jié)：1、文字表述：物體的加速度跟作用力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比。