牛顿第二定律(山东省临沂市)

3.3 牛顿第二定律
山东省莒南第一中学 张立泉
★新课标要求
（一）知识与技能
1、掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式；
2、理解公式中各物理量的意义及相互关系。
3、知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。
4、会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算和解答实际问题。
（二）授课方式：
自学、讲授、讨论、合作
（三）过程与方法
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。通过定律的辨析和有针对性的巩固练习加以深化和突破。
2、培养学生的概括能力和分析推理能力。
（四）情感、态度与价值观
1、渗透物理学研究方法的教育。
2、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。
★教学重点
牛顿第二定律理解，应用牛顿第二定律解决物理问题
★教学难点
牛顿第二定律的理解及应用
★教学方法
1、复习回顾，归纳总结；
2、通过实例的分析、强化训练，使学生理解牛顿第二定律的意义。
★教学用具：
电脑、多媒体等
★教学过程
（一）引入新课
教师活动：教师说明本节学习任务，（展示课题）第三节 牛顿第二定律
提出问题让学生复习回顾：（展示知识回顾）
1、火箭运动状态的改变与那些因素有关？
2、物体的加速度与其所受的作用力之间存在什么关系？
3、物体的加速度与其质量之间存在什么关系？
学生活动：学生回顾思考讨论。
教师活动：（进一步提出问题，完成牛顿第二定律探究任务的引入）物体的加速度与其所受的作用力、质量之间存在怎样的关系呢？（演示实验flash）
学生活动：学生思考讨论，并在教师的引导下，初步讨论其规律．
教师活动：展示学生实验的结果，物体的加速度跟作用力成正比, 跟物体的质量成反比。
点评：通过学生的讨论，复习回顾上节内容，激发学生的学习兴趣。培养学生发现问题、探究问题的能力。
（二）进行新课
教师活动：学生分析讨论后，教师进一步提出问题：
l、牛顿第二定律的内容应该怎样表述？怎样表述正确？
2、它的比例式如何表示？引导：什么情况下可以说成正比、成反比？什么情况下不能说呢？你还可以举出相应的例子吗？
3、各符号表示什么意思？
4、各物理量的单位是什么？其中，力的单位“牛顿”是如何定义的？
学生活动：学生讨论分析相关问题，记忆相关的知识。（学生回答问题后，追问：在什么情况下K＝1？1N是怎样规定的？）要知道1牛顿力的物理意义，使质量为一千克的物体产生一米每两次方秒的加速度的力就是1牛顿，公式表示就是1㎏×1m/s2=1N。在国际单位制中，力的单位就是这样推导出来的。（展示力的单位规定和牛二定律内容）由大量的实验表明：加速度和力与质量的关系，我们得到结论：
物体的加速度跟作用力成正比, 跟物体的质量成反比。这就是牛顿第二定律。
加速度和力都是矢量。牛顿第二定律不但确定了加速度和力的大小之间的关系，还确定了它们的方向之间的关系：加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同。
教师活动：上面我们研究的是物体受到一个力作用的情况，当物体受到几个力作用时，上述规律又将如何表述？
学生活动：学生讨论分析后教师总结：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。
点评：培养学生发现一般规律的能力
教师活动：（展示牛二进一步描述）
学生讨论分析后教师总结：力是使物体产生加速度的原因，力与物体的加速度具有矢量性、瞬时性和独立性
点评：牛顿第二定律是由物体在恒力作用下做匀加速直线运动的情形下导出的，但由力的独立作用原理可推广到几个力作用的情况，以及应用于变力作用的某一瞬时。
教师活动：教师引导学生总结牛顿第二定律的应用及注意问题。
（展示理解）归纳牛顿第二定律的五个性质：以提水为例分析
（1）矢量性：力和加速度都是矢量，物体加速度方向由物体所受合外力的方向决定。牛顿第二定律数学表达式∑F = ma中，等号不仅表示左右两边数值相等，也表示方向一致，即物体加速度方向与所受合外力方向相同。
（2）因果性：力是产生加速度的原因。
（3）瞬时性：当物体（质量一定）所受外力发生突然变化时，作为由力决定的加速度的大小和方向也要同时发生突变；当合外力为零时，加速度同时为零，加速度与合外力保持一一对应关系。牛顿第二定律是一个瞬时对应的规律，表明了力的瞬间效应。力和加速度同时改变，瞬时对应。可举踢球例子。
（4）独立性：作用在物体上的各个力，都能各自独立产生一个加速度，各个力产生的加速度的矢量和等于合外力产生的加速度。
（5）同一性：a与F与同一物体某一状态相对应。
点评：培养学生的概括和总结能力。
提问：因果性、瞬时性（是先有力的作用再产生加速度还是同时的？），
不提：相对性（牛顿第二定律的适用范围：1、惯性系；2、低速宏观物体）
教师活动：（展示例题1）引导学生一起分析、解决。
例题1：某质量为1100kg的汽车在平直路面试车，当达到100km／h的速度时关闭发动机，经过70s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。
学生活动：学生在实物投影仪上讲解自己的解答．并相互讨论；
教师活动：学生自己总结后作答，其他同学补充。（展示例题1答案）进一步提出问题
进一步提出问题：作用在物体上的各个力，都能各自独立产生一个加速度，各个力产生的加速度的矢量和等于合外力产生的加速度。（展示例题2）
例题2：一个物体质量是2kg，受到互成角的两个力 F1 = 10 N 和 F2 = 10 N 的共同作用，这个物体产生的加速度是多大？
学生活动：学生讲解自己的解答．并相互讨论；学生在实物投影仪上讲解自己的解答．并相互讨论；
教师活动：（展示例题2答案）解法1：合成法
两个分力与合力产生的效果相同，故两分力产生的加速度与合力产生的加速度相同，所以可先求合力，再求加速度。Ｆ合＝Ｆ1cos＋Ｆ２cos＝
2F1cos=10N 由牛顿第二定律：Ｆ合＝ma 得：a=F合/m =5 m/s2
引导学生总结解题的步骤：（展示解题的步骤：）
点评：例题2提供一个完全抽象的动力学问题。，培养学生进行数据分析，加深对规律的理解能力，加强物理与学生生活实践的联系，应该说物理学研究问题首先就是对实际问题加以抽象。
教师活动：（展示练习）引导学生一起分析、解决。
练习题：从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。可是我们用力提一个很重的物体时却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？
学生活动：学生自己总结后作答，其他同学补充。
点评：培养学生的概括和总结能力。
教师活动：（展示练习答案）答：没有矛盾，由公式F合=ma看，F合为合外力，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，这个力应是合外力。现用力提一很重的物体时，物体仍静止，说明合外力为零。由受力分析可知F+N-mg=0。
学生活动：学生自己总结后作答，其他同学补充。
点评：通过定律的辨析和有针对性的巩固练习加以深化和突破。总结：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比。
课堂小结(可引导学生总结) （展示课堂小结）
1、这节课以上节实验结论为依据。根据已掌握的知识归纳、探索规律F=kma是物理研究的重要方法。
2、定义力的单位“牛顿”1 ㎏×1m/s2=1N使得k=1，得到牛顿第二定律的简单形式F=ma。使用简捷的数学语言表达物理规律是物理学的特征之一，但应知道它所对应的文字内容、意义和进一步描述。
3、注重牛顿第二定律解题方法步骤和六个性质理解及应用。
4、牛顿第二定律概括了运动和力的关系。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，牛顿第二定律是把力和物体的运动构成一个整体，其中的纽带就是加速度
课余作业
教师活动：（展示作业）
1、课后完成课本“问题与练习”中的习题。
2、质量不同的物体，所受的重力不一样，它们自由下落时加速度却是一样的，你怎样解释？
3、根据牛顿第二定律，设计一种能显示加速度大小的装置。
4、如何用动力学方法测物体的质量。
板书设计
1、实验结论 归纳出 导出 F=kma
2、定义力的单位：“牛顿”1 ㎏×1m/s2=1N使得k=1，
得到牛顿第二定律的简单形式F=ma。
3、牛顿第二定律可进一步表述：
4、注重牛顿第二定律解题方法步骤和五个性质理解及应用
总结解题的步骤：1、2、3、4
三种改法，引导学生讨论
应用牛顿第二定律解题的两类问题
（2）已知物体的运动情况，求物体的受力情况。
关键：求加速度 a ，因为它是连接力与运动的桥梁。
1）已知物体的受力情况，求物体的运动情况；
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