4.3牛顿第二定律 教案
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文档简介
4.3牛顿第二定律
〖教材分析〗
本节内容是在第二节实验探究结果的基础上分析得出牛顿第二定律，具体、定量的解决了加速度和力、质量的关系。得出了牛顿第二定律及其数学表达式，确立了力与运动的关系，使前三章构成一个整体。同时本节教材突出了力的单位1N的物理意义，为下一节力学单位制的内容做准备，因此本节内容有着承上启下的作用。
同时牛顿第二定律作为动力学的核心规律，是学习以及解决后面动力学问题的基础，因此本节内容也是本章乃至整个高中阶段的重点。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：理解并掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式。
科学思维：通过对上节课实验结论的总结，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，体会大师的做法与勇气。
科学探究：培养学生的概括能力和分析推理能力。
科学态度与责任：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，激发学生学习物理的兴趣。
〖教学重点与难点〗
重点：牛顿第二定律的正确理解和简单运用。
难点：牛顿第二定律的实际应用、理解是连接其运动和力之间的桥梁
〖教学方法〗
小组合作学习为主，并辅以讲授法、演示法、问题法、归纳法等
〖教学准备〗
多媒体课件、课前导学案、实验数据收集、教具准备、引入视频拍摄。
〖教学过程〗
一、新课引入
通过引导学生回忆生活中常见的坐公交车的情景作为引入，引导学生提出当汽车加速或减速运动时会出现站不稳的情况，进而引发学生思考：如何利用身边现有的器材：一支笔、一根细线、一把刻度尺测量公交车的加速度？
二、新课教学
（一）牛顿第二定律的表达式
组织学生展示上节课通过的实验探究得出的图像，实验结果表明，小车的加速度a与它所受的作用力F成正比，与它的质量m成反比
问题：对于任何物体都是这样的吗？
如果我们多做几次类似的实验，每次实验的点都可以拟合成直线，而这些直线与坐标轴的交点又都十分接近原点，那么，实际规律很可能就是这样的。
舍弃一些点，这样也可以得到比较准确的实验图像。
经过长期的观察和归纳，牛顿总结出了第二定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
公式：或者F=kma
k是一个比例系数，没有单位。
（二）力的单位
师：表达式中，k是一个比例系数，它的具体数值取决于F的单位是如何规定的。
思考与讨论：在初中，我们已经知道生活中1N大约就是两个鸡蛋的重力，那么在物理学中1N的大小究竟是如何规定的呢？
F=kma，由于k是一个比例系数，没有单位。所以力F的单位取决于质量m和加速度a。当k=1时，质量为1 kg的物体在某力的作用下获得1 m／s2的加速度，我们把这个力F＝ma=kg·m/s2，叫作“一个单位”的力，后人为了几年牛顿，把它称作“牛顿”，用符号 N表示，即1 N=1 kg·m／s2 ．
可见，如果各量都采用国际单位，那么牛顿第二定律就可以简化为：
F指的是物体所受的合力
F合 ＝ ma m为物体的质量
a是物体的加速度，注意方向
（三）牛二定律的理解
①因果性：
师：由于F=ma,所以物体先有了加速度，才有了力，这种说法对吗？
生：不对。是先有了力，物体才获得了加速度。
师：没错，我们已经知道了力是改变运动状态的原因，而运动状态改变就意味着一定有加速度，因此我们可以知道力是产生加速度的原因。
②瞬时性:
【演示实验1】利用传感器显示a与F实时对应关系
师：利用加速度传感器与力传感器，将物体在加速运动过程中的加速度与受到的力随时间变化的情况实时显示在电脑屏幕中。从图像中可以看出，a与F每时每刻的变化趋势都是怎样的？说明了a与F有着怎样的关系？
生：观看视频，并观察现象
生：a与F每时每刻的变化趋势都是相同的，说明了a与F总是同时产生、同时变化、同时消失，有瞬时对应关系。
③同向性：
【学生活动1】利用磁铁控制静止小球的运动方向
师：请同学们利用桌面上已有的实验器材动手操作，当我们需要小铁球获得某些特定方向的加速度时，磁铁应如何摆放
师：从操作过程中，我们可以发现小铁球获得的加速度方向与磁铁放置的方向有什么关系？这是否能说明物体的加速度方向与受力方向存在一定的关系？
生：磁体摆放的方向应沿着物体加速度的所在的直线，这说明了加速度的方向与合力的方向相同。
师：非常好！同时，我们还可以从理论上来理解，在公式中只有力和加速度才是矢量，而质量是标量。等式要成立，不仅要左右两边大小相等，还需要使两边矢量的方向相同，因此加速度的方向一定与力的方向相同！
④独立性
师生共同分析情景，并回答其中的问题，从中总结出牛顿第二定律的独立作用性。并强调当若要利用公式求解物体的实际加速度，那么就应该对应使用物体受到的合力来计算。
在光滑水平面有一个质量为2 kg的物体，如图为该物体的俯视图，回答下列问题：
(1)只有向东的F1=6 N作用时，加速度的大小与方向？
(2)只有向南的F2=6 N作用时，加速度的大小与方向？
(3)F1,F2同时作用时，合力大小与方向？加速度大小与方向？
⑤同一性：公式中，三个物理量都是对应同一物体的！
（四）牛二定律的运用
师：通过以上的学习，相信同学们已经理解了牛顿第二定律拉，那么接下来我们就来在实践中应用一下
例题1：在平直路面上，质量为1000 kg的汽车正在进行研发的测试。已知汽车起步时加速度可达1.5 m/s2，试车过程中汽车受到的阻力为450 N，则汽车起步时牵引力是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变。
（学生独立完成，老师组织学生展示成果，引导学生总结解题步骤）
师：我们一起来总结一下，利用牛顿第二定律解题的一般步骤：
我们按解题步骤再来看一道题，但这道题有点难度，就让我们一起来完成吧！
例题2： 某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球，在列车以某一加速度渐渐启动的过程中，细线就会偏过一定角度并相对车厢保持静止，通过测定偏角的大小就能确定列车的加速度。在某次测定中，悬线与竖直方向的夹角为θ，求列车的加速度。
【知识迁移】同学们，学习了本节课，你知道怎么利用简单的实验器材，测量公交车刹车时的加速度了么？
师：展示公交车刹车时拍摄的图片，引导学生结合例题2，思考可以测量哪些物理量来得出公交车的加速度。
3、课堂小结
课堂完成后，引导学生回顾本节课中学习的知识点以及重点内容
4、板书设计
五、课后巩固
1.阅读科学漫步：学习太空中测质量的方法
2.完成导学单中的课后作业
3.根据你所设计的实验方案，利用周末的时间，实地测量县城某公交车启动或刹车时的加速度。
〖教材分析〗
本节内容是在第二节实验探究结果的基础上分析得出牛顿第二定律，具体、定量的解决了加速度和力、质量的关系。得出了牛顿第二定律及其数学表达式，确立了力与运动的关系，使前三章构成一个整体。同时本节教材突出了力的单位1N的物理意义，为下一节力学单位制的内容做准备，因此本节内容有着承上启下的作用。
同时牛顿第二定律作为动力学的核心规律，是学习以及解决后面动力学问题的基础，因此本节内容也是本章乃至整个高中阶段的重点。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：理解并掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式。
科学思维：通过对上节课实验结论的总结，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，体会大师的做法与勇气。
科学探究：培养学生的概括能力和分析推理能力。
科学态度与责任：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，激发学生学习物理的兴趣。
〖教学重点与难点〗
重点：牛顿第二定律的正确理解和简单运用。
难点：牛顿第二定律的实际应用、理解是连接其运动和力之间的桥梁
〖教学方法〗
小组合作学习为主，并辅以讲授法、演示法、问题法、归纳法等
〖教学准备〗
多媒体课件、课前导学案、实验数据收集、教具准备、引入视频拍摄。
〖教学过程〗
一、新课引入
通过引导学生回忆生活中常见的坐公交车的情景作为引入，引导学生提出当汽车加速或减速运动时会出现站不稳的情况，进而引发学生思考：如何利用身边现有的器材：一支笔、一根细线、一把刻度尺测量公交车的加速度？
二、新课教学
（一）牛顿第二定律的表达式
组织学生展示上节课通过的实验探究得出的图像，实验结果表明，小车的加速度a与它所受的作用力F成正比，与它的质量m成反比
问题：对于任何物体都是这样的吗？
如果我们多做几次类似的实验，每次实验的点都可以拟合成直线，而这些直线与坐标轴的交点又都十分接近原点，那么，实际规律很可能就是这样的。
舍弃一些点，这样也可以得到比较准确的实验图像。
经过长期的观察和归纳，牛顿总结出了第二定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
公式：或者F=kma
k是一个比例系数，没有单位。
（二）力的单位
师：表达式中，k是一个比例系数，它的具体数值取决于F的单位是如何规定的。
思考与讨论：在初中，我们已经知道生活中1N大约就是两个鸡蛋的重力，那么在物理学中1N的大小究竟是如何规定的呢？
F=kma，由于k是一个比例系数，没有单位。所以力F的单位取决于质量m和加速度a。当k=1时，质量为1 kg的物体在某力的作用下获得1 m／s2的加速度，我们把这个力F＝ma=kg·m/s2，叫作“一个单位”的力，后人为了几年牛顿，把它称作“牛顿”，用符号 N表示，即1 N=1 kg·m／s2 ．
可见，如果各量都采用国际单位，那么牛顿第二定律就可以简化为：
F指的是物体所受的合力
F合 ＝ ma m为物体的质量
a是物体的加速度，注意方向
（三）牛二定律的理解
①因果性：
师：由于F=ma,所以物体先有了加速度，才有了力，这种说法对吗？
生：不对。是先有了力，物体才获得了加速度。
师：没错，我们已经知道了力是改变运动状态的原因，而运动状态改变就意味着一定有加速度，因此我们可以知道力是产生加速度的原因。
②瞬时性:
【演示实验1】利用传感器显示a与F实时对应关系
师：利用加速度传感器与力传感器，将物体在加速运动过程中的加速度与受到的力随时间变化的情况实时显示在电脑屏幕中。从图像中可以看出，a与F每时每刻的变化趋势都是怎样的？说明了a与F有着怎样的关系？
生：观看视频，并观察现象
生：a与F每时每刻的变化趋势都是相同的，说明了a与F总是同时产生、同时变化、同时消失，有瞬时对应关系。
③同向性：
【学生活动1】利用磁铁控制静止小球的运动方向
师：请同学们利用桌面上已有的实验器材动手操作，当我们需要小铁球获得某些特定方向的加速度时，磁铁应如何摆放
师：从操作过程中，我们可以发现小铁球获得的加速度方向与磁铁放置的方向有什么关系？这是否能说明物体的加速度方向与受力方向存在一定的关系？
生：磁体摆放的方向应沿着物体加速度的所在的直线，这说明了加速度的方向与合力的方向相同。
师：非常好！同时，我们还可以从理论上来理解，在公式中只有力和加速度才是矢量，而质量是标量。等式要成立，不仅要左右两边大小相等，还需要使两边矢量的方向相同，因此加速度的方向一定与力的方向相同！
④独立性
师生共同分析情景，并回答其中的问题，从中总结出牛顿第二定律的独立作用性。并强调当若要利用公式求解物体的实际加速度，那么就应该对应使用物体受到的合力来计算。
在光滑水平面有一个质量为2 kg的物体，如图为该物体的俯视图，回答下列问题：
(1)只有向东的F1=6 N作用时，加速度的大小与方向？
(2)只有向南的F2=6 N作用时，加速度的大小与方向？
(3)F1,F2同时作用时，合力大小与方向？加速度大小与方向？
⑤同一性：公式中，三个物理量都是对应同一物体的！
（四）牛二定律的运用
师：通过以上的学习，相信同学们已经理解了牛顿第二定律拉，那么接下来我们就来在实践中应用一下
例题1：在平直路面上，质量为1000 kg的汽车正在进行研发的测试。已知汽车起步时加速度可达1.5 m/s2，试车过程中汽车受到的阻力为450 N，则汽车起步时牵引力是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变。
（学生独立完成，老师组织学生展示成果，引导学生总结解题步骤）
师：我们一起来总结一下，利用牛顿第二定律解题的一般步骤：
我们按解题步骤再来看一道题，但这道题有点难度，就让我们一起来完成吧！
例题2： 某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球，在列车以某一加速度渐渐启动的过程中，细线就会偏过一定角度并相对车厢保持静止，通过测定偏角的大小就能确定列车的加速度。在某次测定中，悬线与竖直方向的夹角为θ，求列车的加速度。
【知识迁移】同学们，学习了本节课，你知道怎么利用简单的实验器材，测量公交车刹车时的加速度了么？
师：展示公交车刹车时拍摄的图片，引导学生结合例题2，思考可以测量哪些物理量来得出公交车的加速度。
3、课堂小结
课堂完成后，引导学生回顾本节课中学习的知识点以及重点内容
4、板书设计
五、课后巩固
1.阅读科学漫步：学习太空中测质量的方法
2.完成导学单中的课后作业
3.根据你所设计的实验方案，利用周末的时间，实地测量县城某公交车启动或刹车时的加速度。