4.3《牛顿第二定律》 (第 1 课时)
一、教学分析:
1.课标分析
《牛顿第二定律》是《普通高中物理课程标准 (2017 年版 2020 年修订)》必 修课程必修 1 模块中“相互作用与运动定律”主题的内容,课程标准要求为:理 解牛顿运动定律,能用运动定律解释生产生活中的有关现象,解决有关问题。《普 通高中物理课程标准(2017 年版 2020 年修订)解读》对课程标准的解释为:理解 牛顿运动第二定律,要重视让学生体会用牛顿运动定律解决问题的思路,逐步形 成运动与相互作用的观念,以牛顿运动定律为载体,提升物理核心素养水平。
2.内容分析
牛顿第二定律是在实验基础上建立起来的重要规律,是整个动力学理论的核 心规律。牛顿第二定律是牛顿第一定 律的延续,是本章的重点和中心内容。教 科书将牛顿第二定律的探究实验和其公式表达分成了两节内容,目的在于加强实 验探究方法的重要性,突出牛顿第二定律在力学中的重要地位。 牛顿第二定律 的首要价值是确立了力与运动之间的直接关系,即因果关系。本节内 容是在上 节实验的基础上,通过分析说明,提出了牛顿第二定律的具体文字表述,得到了 牛顿第二定律的数学表达式。在此基础上,教科书突出描述了力的单位“1 牛顿” 的物理意义,并总结牛顿第二定律的六大性质,为第 2 课时的《牛顿第二定律的 应用》学习奠定了理论基础。
3.学情分析
学生通过前面的学习已经掌握了力、质量、加速度、惯性等概念,经历了实 验探究、取得数据、画出图像,并总结得出加速度与质量和合力的定量规律。本 节课通过对实验结论的分析加工得出牛顿第二定律内容,结合实例分析并总结了 牛顿第二定律的六大性质。通过力的单位的教学,学生对“N”的理解更准确、 严谨,从更高的理论高度理解单位“牛顿”的含义。
二、教学目标:
1.学习目标
(1) 掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式 (物理观念)。
(2) 理解公式中各物理量的意义及相互关系 (物理观念)。
(
知
识回顾
) (
创设情景
导入新课
) (
课程教
学
) (
课
堂小结
拓展提高
)(3) 知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的 (科学思维)。
(4) 了解牛顿第二定律的六大性质 (科学探究、科学态度和责任)。 2.评价目标
(1) 以实验为基础,归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系, 进而总结出牛顿第二定律,培养学生的概括能力和分析推理能力。
(2) 渗透物理学研究方法的教育,使学生认识到由实验归纳总结物理规律 是物理学研究的重要方法。
(3) 通过牛顿第二定律的应用能深切感受到科学源于生活并服务于生活, 培养学生学习物理的兴趣,激发学生学习物理的热情。
三、教学策略:
1.策略与方法:讲授法、分组讨论法、启发式教学。
有了前一节课的实验基础,牛顿第二定律公式的得出,相对来说学生比 较容易理解,这节课的主要难点在于牛顿第二定律几种性质的深入理解,因此, 如何突破这个难点是这节课的核心。本教学设计中,采用实例分析的方法,让学 生通过讨论合作学习,发现牛顿定律的几种特性,也是解决具体问题时特别需要 注意的地方。
2.流程图
探究 a 与 F 、m 的关系
飞船返回舱、赛车起跑的例子
提出问题
牛顿第二定律的内容
牛顿第二定律的公式
牛顿第二定律的特性 (实例分析讨
(
作
业巩固
)
四、教学活动:
环节 情境创设 问题设计 教师活动 学生活动 设计意图 学生发展
新 课 导入: 情 境 创设 利用多媒 体播放汽 车启动、飞 机起飞等 视频资料。 问题 1:它 们的速度 的变化快 慢即加速 度由哪些 因素决 定? l、物体的 加 速 度 与 其 所 受 的 作 用 力 之 间 存 在 什 么关系? 2、物体的 加 速 度 与 其 质 量 之 间 存 在 什 么关系? 教师提出问 题,启发引导 学生讨论; 指 导 学 生 观 看的关键点, 讨 论 其 可 能 性。 通 过 实 际 问 题 及 现 象 分 析,激发学生 学习热情,培 养 学 生 发 现 问 题 的 能 力 并 回 答 以 下 问题。 学生回顾思 考并回答两 个问题 (集 体讨论后, 个别同学回 答): l、物体的加 速度与其所 受的作用力 的关系; 2、物体的加 速度与其质 量之间的关 系。 让学生初 步体会生 活中的加 速度与力 和质量的 关系,为 引出牛顿 第二定律 做铺垫。 培养学生 独立思考 的能力。 (科学思 维)
新 课 教学: 知 识 回顾 引用上节 实验数据: 回顾: 问题:在探 究加速度 与力、质量 的关系的 实验中,如 通过上一节 课 的 实 验 分 析,我们能得 出 什 么 结 论? 在误差允许 的范围内, 我们归纳总 结了:物体 的加速度与 物体所受的 通过上节 探究的a 与 F、m 关 系,运用 实验数据 总结规 归纳得出 物体的加 速度跟它 的质量及 所受作用 力之间的
果考虑到 实验有一 定误差,实 验能够得 到怎样的 结论? 合外力成正 比,与物体 的质量成反 比。 律,为接 下来牛顿 第二定律 的推导做 铺垫。 关系,培 养学生尊 重物理事 实的精 神。(科学 思维、科 学探究、 科学态度 和责任)
新课 教学: 公式 推导 问题 1:如 何 用 数 学 式 子 把 以 上 的 结 论 表示出来 问题 2:如 何 把 以 上 式 子 写 成 等式 引导学生推 导公式。 我 们 可 以 把 上 式 再 变 形 为 F=kma. 生: a 生:需要引 入比例常数 k , 则 a = k 通过回顾 探究实验 数据,从 定性的发 现规律向 定量的得 出规律过 渡。 培养学生 独立思考 能力,学 会归纳总 结 (科学 探究、科 学思维)。
新课 教学: 得出 规律 问题:k 的 大小取决 于什么? 前面已经学 过,在国际 单位制中力 的单位是牛 顿.其实, 国际上牛顿 这个单位是 这样定义的: 质量 为 1 kg 思考并回 答:k 取决 于 F 、m 、a 三者的单位 关系 (若学 生答不出 来,由教师 引导得出) 构建物理 思 维 模 型 ,通过 建立各物 理量之间 单位的关 系 ,得到 自然界的 客 观 规 通过探究 的方式得 出物理规 律,体会 “牛顿” 的物理意 义 (物理 观念、科 学探究、
的物体,获得 1 m/s2 的加 速度时,受到 的合外力为 1 N , 即 1 N=1 kg ·m/s2 可见,如果各 量 都 采 用 国 际 单 位 , 则 k=1, F=ma 这就是 牛 顿 第 二 定 律 的 数 学 表 达式. 律 ,通过 对 “ 1N” 的定义 , 让学生感 悟物理学 科建立的 科 学 历 程。 科学态度 和责任)
新课 教学: 六大 特性 对 该 定 律 的 特 性 进 行说明,这 样 学 生 对 牛 顿 第 二 定 律 才 会 有 进 一 步 认识。 六 大 特 性 ① 因 果 性 (F 是产生 a 的 原 因) , ②矢 量性 (a、F ppt 展示实 例 (思考与 讨论) 问题 1:在 光 滑 水 平 面上,有质 量分别为m 和M 的小物 块 放 在 小 车上,现用 恒力F 拉小 物块,使小 物 块 和 小 车 运 动但 1、牛顿第二 定 律 的 意 义 在 于 揭 示 了 力 与 加 速 度 的因果关系; 因果性:只要 物 体 所 受 合 力 不 为 0( 无 论 合 力多 么 小),物体就 获得加速度, 即 力 是 产 生 加 速 度 的 原 因。 1、思考与讨 论 (合作学 习、展示成 果) 生 1 (预设 可能有此种 答 案 ) : a = F m 生 2 : 我认 为生 1 的答 案 并 不 正 确,牛顿第 二定律中的 力指的是合 牛顿第二 定律的六 大特性, 是学生学 习过程的 重点,也 是难点, 更是各种 测验考试 的“常 客”,因 此,对于 六个特性 的理解, 在对牛顿 第二定律 几个特性 进行分析 的过程 中,对明 确的研究 物体进行 了受力分 析,对各 个力进行 矢量合成 与分解, 考虑了各
(
物
体)
。
④
瞬
时性
(
a
与
F
相
对
于
同
一
瞬
间
,F
消失,
即
a
消
失
)
。
⑤独
立
性(物体
的
各
个
F
都
能
产生
独立的
a
。
⑥
相
对
性
(
牛
顿
第
二
定
律
只
适
用于
惯
性系)。
)都是矢量, a 的方向由 力 F 决定, F 的分解和 合 成 遵 循 平 行 四 边 形法则) , ③ 同 体 性 (a 与 F 相 对 于 同 一 始 终 相对 静止,二者 之 间 静 摩 擦力为 f, 小 物 块 的 加 速 度 大 小 为 多 少? (
m
)F M ppt 展示实 例 (两人一 个 小 组 进 行 分 析 讨 论) 问题 2:如 图,轻质弹 簧 上 放 一 质量为 2kg 的 物 体 且 不拴接,现 用 手 施 加 5N 的 力 将 物 体 下 压 到 某 一 位 置 且 保 持 静止。突然 将手撤去, 2、牛顿第二 定 律 不 只 显 示 了 力 与 加 速 度 之 间 的 大小关系,同 时 也 显 示 了 力 与 加 速 度 之 间 的 方 向 关系; 矢量性:加速 度的方向与 力的方向始 终一致。(前 面实验也研 究过这个问 题) 3、通过刚才 的分析,我们 发现,注意合 外 力 和 质量 的 研 究 对 象 是否一致,不 可混淆。 同体性:加速 度和合外力 (还有质量) 是同属一个 物体的。 4、我们不难 力 , 因此 m 受力、应该 为 F-f,因此 它的加速度 应 该 为 F 一 f a = m 生 3:因为 二者始终相 对静止,所 以 m 的加速 度与 M 的加 速度相同, 求出 M 的加 速为a = 生 4:(如果 没有学生答 出 此 种 情 况,可以在 整体隔离法 专题中再提 出 ) 既然二 者 加 度 相 同,我们可 以将两个物 体看成一个 整体,共同 加 速 度 a = 必须通过 一些实例 让学生通 过探究学 习,合作 学习的方 式,进行 理解。后 面对于专 题整体隔 离法的应 用的学 习,基本 是以牛顿 第二定律 这六个特 性为基 础,因此 设计了这 几个环 节。 物理量之 间的逻辑 关系,培 养了学生 的科学探 究精神, 锻炼了科 学思维, 并且形成 了物理观 念。
物 体 的 加 速 度 为 多 大? 发现,物体的 加 速 度 与 其 所 受 合 力是 瞬时对应的。 瞬时性:物体 的 加 速 度 与 物 体 所 受 的 力 总 是 同 时 存在,同时变 化 , 同 时 消 失。 5、其实牛第 二 定 律 不 只 可 以 应 用于 合力的方向, 同 样 也 可 以 应 用于 每 个 分 力 的 方 向 也就是说,牛 顿 第 二 定 律 具有独立性。 独立性:作用 在 物 体 上 的 每 个 力 都 将 独 立 地 产 生 各 自 的 加 速 度,与物体是 否 受 其 他 力 的作用无关, 由 此 得 出 : 在应用牛顿 第二定律解 题时,一定 做到合外力 和质量的同 一性。 2、思考与讨 论 (合作学 习、展示成 果) 生 5:(预设 可能有此种 答案):手撤 力瞬间,物 体没动,所 以加速度为 0; 生 6 : 弹簧 弹力跟形变 量有关,撤 力瞬间弹簧 形 变 量 不 变,弹力不 变,弹力比 重力大,合 力 向 上 为 5N,根据牛 顿 第 二 定
(
用
)合 力 的 加 速 度 为 这 些 加 速 度 的 矢 量 和。 6、学习任何 规律,我们一 定 要 注 意 这 条 规 律 的 适 用 范 围 或 者 适用条件,那 么 牛 顿 第 二 定 律 的 适 用 条 件 是 什 么 呢? 相对性:物体 的 加 速 度必 须 是 相 对 静 止 的 或 做 匀 速 直 线 运 动 的 参 考 系而 言的 ,对做 加 速 运 动 的 参 考 系不 适 。 特别提醒: (1)力与加速 度为因果关 系,力是因, 加速度是果, 律,加速度 应 该 为 2.5N/Kg。 由此发现, 在应用牛顿 第 二 定 律 时,要注意 它 的 瞬 时 性。
但不存在时 间的先后关 系; (2)通过关系 (
式
m
=
可以
a
计算物体的
质量,但物
体
的质量与
合
外力及加
速
度
无关。
)F
新课 教学: 巩固 练习 质量均为m 的 A、B两 个 小 球 之 间 系 一 个 质 量 不 计 的弹簧,放 在 光 滑 的 水平面上.A 紧靠墙壁, 如 图 所 示.现用恒 力 F将 B球 向 左 推 压 弹簧,平衡 后,突然将 恒力 F撤去 的瞬间,则 ( ) 完成练习, 回答问题。 恒力 F撤去 前弹簧的弹 力大小为 F, 将恒力 F撤 去的瞬间, 弹簧的弹力 没有变化, 则 A的受力 情况没有变 化,合力仍 为零 ,B 的 合力大小等 于 F,根据 牛顿第二定 律可得 A球 的加速度为 瞬时问题 是本节的 一个难 点,通过 这个题目 帮助学生 加深理 解。 培养学生 的独立思 考能力。 (物理观 念、科学 思维)
A.A球的加 速度为a= F m B.A球的加 速度为 0 C.B球的加 速度为a= F 2m D.B球的加 速度为 0 0,B球的加 速度为 a= (
,所以
B
正
)F m 确,A、C、D 错误.
五、板书设计:
一、牛顿第二定律:
内容:物体的加速度跟所受的合
力成正比,跟物体的质量成反比,加
速度的方向跟合力的方向相同。
公式: F = ma 1N = 1kg . m/ s2
二、关于牛顿第二定律的几种理解:
1.因果性:只要物体所受合力不为 0(无论合力多么小),物体就获得加速度, 即力是产生加速度的原因。
2.矢量性:加速度的方向与力的方向始终一致。
3.同体性:加速度和合外力(还有质量)是同属一个物体的。 4.瞬时性:物体的加速度与力总是同时存在 ,同时变化 ,同时消失。
5.独立性:作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度,与 物体是否受其他力的作用无关,合力的加速度为这些加速度的矢量和。
6.相对性:物体的加速度必须是相对静止的或做匀速直线运动的参考系而言
的,对做加速运动的参考系不适用。
六、学业评价:
书面评价练习 (包括典型例题及随堂练习等)
例 1:质量均为 m的 A、B两个小球之间系一个质量不计的弹簧,放在光滑 的水平面上.A紧靠墙壁,如图所示.今用恒力 F将 B球向左推压弹簧,平衡后,
突然将恒力 F撤去的瞬间,则( )
(
A
.
A
球的加速度为
a
=
B
.
A
球的加速度为
0
)F
m
C.B球的加速度为a= F D.B球的加速度为 0
2m
答案:B
解析:恒力 F撤去前弹簧的弹力大小为 F.将恒力F撤去的瞬间,弹簧的弹 力没有变化,则 A的受力情况没有变化,合力仍为零,B的合力大小等于 F,根
(
F
)据牛顿第二定律可得 A球的加速度为零,B球的加速度为a= ,所以B 正确,A、 m
C、D 错误.