牛頓第二定律教案 (2)

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1、一、 教學目標 1.物理知識方面的要求: (1)掌握牛頓第二定律的文字內(nèi)容和數(shù)學公式; (2)理解公式中各物理量的意義及相互關系; (3)知道在國際單位制中力的單位"牛頓"是怎樣定義的。 2.以實驗為基礎,通過觀察、測量、歸納得到物體的加速度跟它的質(zhì)量及所受外力的關系,進而總結(jié)出牛頓第二定律。培養(yǎng)學生的實驗能力、概括能力和分析推理能力。 3.滲透物理學研究方法的教育。實驗采用控制變量的方法對物體的a、F、m三個物理量進行研究;運用列表法處理數(shù)據(jù),使學生知道結(jié)論是如何得出的;認識到由實驗歸納總結(jié)物理規(guī)律是物理學研究的重要方法。 二、重點、難點分析 1.本節(jié)的重點內(nèi)容是做好演示實驗

2、。讓學生觀察并讀取數(shù)據(jù),從而有說服力地歸納出a與F和m的關系,即可順理成章地得出牛頓第二定律的基本關系式。因此,熟練且準確地操作實驗就是本課的關鍵點。同時,也只有講清實驗裝置、原理和圓滿地完成實驗才能使學生體會到物理學研究的方法,才能達到掌握方法、提高素質(zhì)的目標。 2.牛頓第二定律的數(shù)學表達式簡單完美,記住并不難。但要全面、深入理解該定律中各物理量的意義和相互關聯(lián);牢固掌握定律的物理意義和廣泛的應用前景,對學生來說是較困難的。這一難點在本課中可通過定律的辨析和有針對性的鞏固練習加以深化和突破,另外,還有待在后續(xù)課程的學習和應用過程中去體會和理解。 三、教具 小車、木板、滑輪、鉤碼、投影儀

3、。 四、主要教學過程 (一)引入新課 由牛頓第一定律可知,力是改變物體運動狀態(tài)的原因。而物體運動狀態(tài)的改變是物體運動速度發(fā)生變化,即加速度不為零。因而力又是產(chǎn)生加速度的原因,加速度與力有關。 由牛頓第一定律還可知:一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài),這種性質(zhì)叫慣性。而質(zhì)量是物體慣性大小的量度,因而加速度跟質(zhì)量有關。 那么物體運動的加速度跟物體質(zhì)量及受力之間存在什么樣的關系?我們通過實驗來探求。 (二)教學過程設計 1.實驗設計 (1)啟發(fā)學生按如下思路得出實驗方法:對于一個物體(使m不變),不受力時加速度為零→受力后加速度不為零→受力越大則加速度越大。 用同樣的力(使F不變

4、)作用于不同物體→質(zhì)量小的易被拉動→質(zhì)量越小加速度越大。 就是說,在研究三個變量的關系時,要使其中一個量不變,即控制變量的方法。 (2)啟發(fā)學生按如下思路得出實驗原理:測定物體加速度的方法有多種,如利用打點計時器、分析紙帶等,這些方法較精確但費時→尋找一種用其它物理量直觀反應加速度大小的辦法→由 我們的實驗就是由兩個小車在相同時間內(nèi)的位移來反映加速度大小跟力和質(zhì)量的關系 (2)實驗裝置 實驗采用必修本所述裝置稍加改進。在圖1中a、b、c三個位置加裝光滑金屬環(huán)以控制線繩位置不使脫落;另外通過環(huán)a將兩繩合并在一起可直接用手操作,以避免鐵夾操作的困難。這樣雖然增大了阻力,但只需使木板稍前傾

5、平衡摩擦力即可。木板側(cè)面的刻度用以讀出位移大小。 3.實驗過程 (1)加速度跟力的關系 使用兩個相同的小車,滿足m1=m2;在連小車前的繩端分別掛一個鉤碼和兩個鉤碼,使F1=F2。將二小車拉至同一起點處,記下位置。放手后經(jīng)一段時間使二小車同時停止,滿足時間t相同。讀出二小車的位移填入表1:(投影) 表1 第一次 第二次 m/kg F1/N s/m F′/N s′/m 小車1 0.2 0.2 0.32 0.3 0.31 小車2 0.2 0.1 0.15 0.1 0.10 比較可得,在誤差允許的范圍內(nèi),a∝F。 (2)加速度跟質(zhì)量的關系 將小車1上加0.2kg砝碼,使m1=2

6、m2;二小車前面繩端都掛一個鉤碼,使F1=F2。將二小車拉至同一起點處放開經(jīng)一段時間使其同時停止,讀出各小車位移記入表2:(投影) 表2 第一次 第二次 F/N m/kg s/m m/kg s/m 小車1 0.1 0.4 0.15 小車2 0.1 0.2 0.31 4.定律導出 成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,即牛頓第二定律的基本關系。寫成數(shù)學 (2)上式可寫為等式F=kma,式中k為比例常數(shù)。如果公式中的物理量選擇合適的單位,就可以使k=1,則公式更為簡單。 在國際單位制中,力的單位是牛頓。牛頓這個單位就是根據(jù)牛頓第二定律來定義的:使質(zhì)量是1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度

7、的力為1N,即1N=1kg·m/s2。 可見,如果都用國際單位制中的單位,就可以使k=1,那么公式則簡化為F=ma,這就是牛頓第二定律的數(shù)學公式。 (3)當物體受到幾個力的作用時,牛頓第二定律也是正確的,不過這時F代表的是物體所受外力的合力。牛頓第二定律更一般的表述是: 物體的加速度跟所受的外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。 數(shù)學公式是:F合=ma。 5.定律的理解 牛頓第二定律是由物體在恒力作用下做勻加速直線運動的情形下導出的,但由力的獨立作用原理可推廣到幾個力作用的情況,以及應用于變力作用的某一瞬時。還應注意到定律表述的最后一句話,即加速度與

8、合外力的方向關系,就是說,定律具有矢量性、瞬時性和獨立性,所以掌握牛頓第二定律還要注意以下幾點: (1)定律中各物理量的意義及關系 F合是物體(研究對象)所受的合外力,m是研究對象的質(zhì)量,如果研究對象是幾個物體,則m為幾個物體的質(zhì)量和。a為研究對象在合力F合作用下產(chǎn)生的加速度;a與F合的方向一致。 (2)定律的物理意義 從定律可看到:一物體所受合外力恒定時,加速度也恒定不變,物體做勻變速直線運動;合外力隨時間改變時,加速度也隨時間改變;合外力為零時,加速度也為零,物體就處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。 牛頓第二定律以簡單的數(shù)學形式表明了運動和力的關系。 6.鞏固練習 (1)從牛頓第二

9、定律知道,無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度。可是我們用力提一個很重的物體時卻提不動它,這跟牛頓第二定律有無矛盾?為什么? 答:沒有矛盾,由公式F=ma看,F合為合外力,無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度,這個力應是合外力?，F(xiàn)用力提一很重的物體時,物體仍靜止,說明合外力為零。由受力分析可知F+N-mg=0。 (2)對一個靜止的物體施加一個力,物體一定做加速運動,對嗎? 答:略。理由同上。 (3)下面哪些說法不對?為什么? A.物體所受合外力越大,加速度越大。 B.物體所受合外力越大,速度越大。 C.物體在外力作用下做勻加速直線運動,當合外力逐漸減小時,物體的速度逐漸減小。

10、D.物體的加速度大小不變一定受恒力作用。 答;B、C、D說法不對。根據(jù)牛頓第二定律,物體受的合外力決定了物體的加速度。而加速度大小和速度大小無關。所以,B說法錯誤。物體做勻加速運動說明加速度方向與速度方向一致。當合外力減小但方向不變時,加速度減小但方向也不變,所以物體仍然做加速運動,速度增加。C說法錯誤。 加速度是矢量,其方向與合外力方向一致。加速度大小不變,若方向發(fā)生變化時,合外力方向必然變化。D說法錯。 (三)課堂小結(jié)(可引導學生總結(jié)) 1.這節(jié)課以實驗為依據(jù),采用控制變量的方法進行研究。這一方法今后在電學、熱學的研究中還要用到。我們根據(jù)已掌握的知識設計實驗、探索規(guī)律是物體研究的重要方法。 2.定義力的單位"牛頓"使得k=1,得到牛頓第二定律的簡單形式F=ma。使用簡捷的數(shù)學語言表達物理規(guī)律是物理學的特征之一,但應知道它所對應的文字內(nèi)容和意義。 3.牛頓第二定律概括了運動和力的關系。物體所受合外力恒定,其加速度恒定;合外力為零,加速度為零。即合外力決定了加速度,而加速度影響著物體的運動情況。因此,牛頓第二定律是把前兩章力和物體的運動構成一個整體,其中的紐帶就是加速度。 五、說明 1.本課以必修教材為依據(jù)。實驗采用課文所述裝置,簡單直觀,易得出結(jié)論。缺點是不夠精確,操作亦須謹慎,否則會出現(xiàn)誤差較大的情形。