《牛顿第二定律》教案-2021-2022学年人教版高中物理必修 第一册（2019版）

《牛顿第二定律》教案
教学目标
一、知识与技能
1．理解加速度与力和质量的关系。
2．理解牛顿第二定律的内容，知道定律的确切含义。
3．知道得到牛顿第二定律的实验过程。
二、过程与方法
培养学生的实验能力、分析能力和解决问题的能力。
三、情感、态度与价值观
使学生知道物理中的一种研究问题的方法——控制变量法。
教学重点、难点
教学重点
1．牛顿第二定律的实验过程。
2．牛顿第二定律。
教学难点
牛顿第二定律的意义。
教学准备
两辆质量相同的小车、光滑的水平板（一端带有定滑轮）、砝码（一盒）、细绳、夹子。
教学过程
一、导入新课
我们已知道：物体运动状态改变时产生加速度，而产生的加速度又和物体的质量及所受力的大小有关，那么加速度跟物体所受力的大小和物体的质量之间有什么关系呢？本节课我们就来研究这个问题。
二、进行新课
（一）牛顿第二定律的内容及表达式
教师引导：通过上一节的研究，我们可以看到，小车的加速度可能与它所受的力成正比，与它的质量成反比。总结大量的事实，可得出牛顿第二定律：
1.牛顿第二定律：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度方向跟作用力的方向相同。
2.表达式：牛顿第二定律可以用比例式来表示，这就是
或者 。
上述比例式要改写成等式，必须加上比例系数，得 ，其中k是比例系数。
如果各物理量均选择国际单位制，力的单位用N，质量的单位用kg，加速度单位用m/s2，此时k＝1，上式则简化为 。
可见，物理公式在确定物理量数量关系的同时，也确定了物理量间的单位关系。牛顿这个单位就是通过牛顿第二定律来定义的：使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力，叫做1N。
3.牛顿第二定律的理解：
（1）注意统一性：定律中的三个物理量的单位必须统一用国际单位制中的单位，即力用N为单位，质量用kg为单位，加速度用m/ 为单位。
（2）注意矢量性：加速度方向始终和引起这个加速度的外力一致。
（3）注意同时性：加速度和合外力的关系具有同时性，是瞬时对应的关系，有外力，才有加速度，外力不变，加速度不变，外力随时间改变，加速度也随时间改变，外力停止作用，加速度随即消失。
（4）注意参照系：牛顿第二定律适用于惯性参照系。
分组讨论疑点并引导得出结论。
（二）实例探究
例1．某质量为1000kg的汽车在平直路面上试车，当达到72km／h的速度时关闭发动机，经过20s停下来，汽车受到的阻力是多大？重新起步加速时牵引力为2000 N，产生的加速度应为多大？假定试车过程中汽车受到的阻力不变。
解：物体在减速过程的初速度为72km／h＝20 m／s，末速度为零，根据a＝（v-vo）/t得物体的加速度为a＝-1 m／s2，方向向后．物体受到的阻力f＝ma＝-l 000 N．当物体重新启动时牵引力为2000N，所以此时的加速度为a2=（F+f）/m＝1 m／s2，方向向车运动的方向。
例2．一个物体，质量是2 kg，受到互成120°角的两个力F1和F2的作用。这两个力的大小都是10N，这两个力产生的加速度是多大？
分析：
要求物体的加速度→质量m已知→必须先求F1和F2的合力，而合力的大小可以用作图法求解，也可以用计算法求解。
例3．粗糙水平面上的物体在水平拉力F作用下做匀加速直线运动，现使F不断减小，则在滑动过程中（）。
A．物体的加速度不断减小，速度不断增大
B．物体的加速度不断增大，速度不断减小
C．物体的加速度先变大再变小，速度先变小再增大
D．物体的加速度先变小再变大，速度先变大再减小图4-3-5
解析：合外力决定加速度的大小，此处合外力是拉力F和地面摩擦力f的合力，因为F逐渐减小，所以合外力先减小后反向增大。而速度是增大还是减小与加速度的大小无关，而是要看加速度与速度的方向是否相同，开始一阶段加速度与速度方向同向，所以速度增大，后一阶段加速度与速度方向相反，所以后来速度减小。
答案为D。
根据以上的学习，同学们讨论总结一下牛顿第二定律应用时的一般步骤：
1．确定研究对象。
2．分析物体的受力情况和运动情况，画出研究对象的受力分析图。
3．求出合力，注意用国际单位制统一各个物理量的单位。
4．根据牛顿运动定律和运动学规律建立方程并求解。
三、课堂小结
牛顿第二定律概括了运动和力的关系。物体所受合外力恒定，其加速度恒定；合外力为零，加速度为零。即合外力决定了加速度，而加速度影响着物体的运动情况。因此，牛顿第二定律把前几章力和物体的运动构成一个整体，其中的纽带就是加速度。
四、布置作业
教材P78问题与练习3、4、5题。