人教版 (新课标)必修13 牛顿第二定律教学设计

第三节：牛顿第二定律

    教学目标：

    一、知识目标

    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、能力目标

    培养学生的实验能力、分析能力和解决问题的能力。

    三、德育目标

    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

    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。

教学方法

实验法、讲授法、归纳法

    教学用具

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

课时安排

2课时

    教学过程

    一、导入新课

    1．提问：什么是物体运动状态的改变？物体运动状态发生改变的原因是什么？

    2．引入新课：

    通过上节课的学习，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及物体质量之间有什么关系呢？本节课我们就来研究这个问题。

    二、新课教学

    （一）用投影片出示本节课的学习目标：

    1．理解加速度与力的关系；

    2．理解加速度与质量的关系

    3．理解牛顿第二定律的内容。

    （二）学习目标完成过程：

    1、加速度和力的关系：

    （1）用投影片出示本节课所用的实验装置，教师进行讲解：图中是两辆质量相同的小车，放在光滑的水平板上，小车的前端各系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里放有数量不等的砝码，使两辆小车在不同的拉力下做匀加速运动。

    （2）对本次实验中说明的两个问题

    a：砝码跟小车相比质量较小，细绳对小车的拉力近似地等于砝码所受的重力。

    b：用一只夹子夹住两根细绳，以同时控控制两辆小车。

    （3）实验的做法：

    a：在两砝码盘中放不同数量的砝码，以使两小车所受的拉力不同。

    b：打开夹子，让两辆小车同时从静止开始运动，一段时间后关上夹子，让它们同时停下来。

    （4）需观察的现象，观察两辆车在相等的时间里，所发生的位移的大小。（实验现象：所受拉力大的那辆小车，位移大）

    （5）分析推理：

    a：由公式得到在时间t一定时，位移s和加速度a成正比；

    b：由实验现象得到：小车的位移与他们所受的拉力成正比。

    c：推理得到结论：对质量相同的物体，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比，即：

    （6）巩固练习：

    a．据得到：要使物体在短时间内速度的改变很大，即加速度很大，就必须给物体提供        。

    b．竞赛用的小汽车，要求起动后几秒钟内速度由零达到60m/s以上，他们为什么要装备功率很大的发动机？

    2：加速度和质量的关系：

    （1）实验装置同上；

    （2）说明与前次实验的不同。

    前一次实验中，我们是保持小车质量不变，而改变小车所受力的大小，来研究加速度和力之间的关系的。

    本次实验是使两辆小车所受拉力相同，而在一辆小车上加放砝码的，以增大质量，研究加速度和质量之间关系的。

    （3）实验现象：

    在相同的时间里，质量小的那辆小车的位移大。

    （4）分析推理，得到结论：

    在相同的力作用下，物体的加速度跟物体的质量成反比，即

a1/a2=m2/m1或a∝

3：牛顿第二运动定律

    （1）综合上述实验中得到的两个关系，得到下述结论：

    物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同。

（2）公式表示：

a∝或者F∝ma

即：F=kma

    a：如果每个物理量都采用国际单位，k＝1；

    b：力的单位（牛顿）的定义：使质量为1千克的物体产生1m/s2的加速度的力叫做1牛顿。

    （3）推广：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，上述关系可推广为：

    物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的放心跟合力的方向相同。即F合＝ma。

    （4）介绍F合和a的瞬时对应关系

    a：只有物体受到力的作用，物体才具有加速度。

    b：力恒定不变，加速度也恒定不变。

    c：力随着时间改变，加速度也随着时间改变。

    d：力停止作用，加速度也随即消失。

    4：例题分析（课本例题）

    （1）学生阅读例题内容

    （2）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。

    （3）用投影片展示解题过程：

    如图所示，建立平面直角坐标系，把力F1和F2分别沿x轴和y轴的方向分解F1的两个分力为：

F2的两个分力为：

F1y和F2y大小相等，方向相反，相互抵消，F1x和F2x的方向相同，所以：

  已知合力F合和质量m，据F合＝ma，即可求得：

    三：小结

    1：本节课的研究方法——控制变量法

    2：牛顿第二运动定律确定了a和F之间的大小关系，也确定的a和F的方向关系

    3：求解合力时，可采用建立平面直角坐标系，将各个力沿x轴和y轴分解，最后求合力的方法。

四、作业

课本P53练习二

五、板书设计：

相关练习：（一）

1．物体在力F作用下做加速运动，当力F逐渐减小时，物体的加速度________，速度______；当F减小到0时，物体的加速度将_______，速度将________.（填变大、变小、不变、最大、最小和零）等.

2．如图所示，物体A、B用弹簧相连，mB=2mA, A、B与地面间的动摩擦因数相同，均为μ，在力F作用下，物体系统做匀速运动，在力F撤去的瞬间，A的加速度为_______，B的加速度为_______（以原来的方向为正方向）.

3．由牛顿第二定律的数学表达式可推出m=，则物体质量

A．在加速度一定时，与合外力成正比

B．在合外力一定时，与加速度成反比

C．在数值上等于它所受到的合外力跟它获得的加速度的比值

D．与合外力及加速度无关

4．如图所示，在汽车中悬线上挂一个小球，当汽车做匀变速运动时，悬线将不在竖直方向上，则当悬线保持与竖直方向的夹角为θ时，汽车的加速度是多少？试讨论汽车的可能运动情况.

参考答案：1．变小、增大、为零、不变   2．0；－μg     3.Ｃ、Ｄ

4．gtgθ；向右加速或向左减速；

相关练习：（二）

1.下列对牛顿第二定律的表达式Ｆ＝ｍａ及其变形公式的理解,正确的是

Ａ．由Ｆ＝ｍａ可知,物体所受的合外力与物体的质量成正比,与物体的加速度成反比

Ｂ．由可知,物体的质量与其所受合外力成正比,与其运动的加速度成反比

Ｃ．由可知,物体的加速度与其所受合外力成正比,与其质量成反比

Ｄ．由可知,物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合外力而求得

2.在牛顿第二定律的数学表达式Ｆ＝kｍａ中,有关比例系数k的说法正确的是

Ａ．在任何情况下k都等于1

Ｂ．因为k＝１,所以k可有可无

Ｃ．k的数值由质量、加速度和力的大小决定

Ｄ．k的数值由质量、加速度和力的单位决定

3.对静止在光滑水平面上的物体施加一水平拉力,当力刚开始作用的瞬间

Ａ．物体立即获得速度

Ｂ．物体立即获得加速度

Ｃ．物体同时获得速度和加速度

Ｄ．由于物体未来得及运动,所以速度和加速度都为零

4.甲、乙两物体的质量之比为５∶３,所受外力大小之比为２∶３,则甲、乙两物体加速度大小之比为           .
    5.质量为1 kg的物体受到两个大小分别为２Ｎ和３Ｎ的共点力作用,则物体的加速度大小可能是

Ａ．5 ｍ／ｓ2       Ｂ．3 ｍ／ｓ2      Ｃ．2ｍ／ｓ2        Ｄ．0.5 ｍ／ｓ2

6.质量为8×103 kg的汽车,以1.5 m/s2的加速度沿水平路面加速,阻力为2.5×103Ｎ,那么汽车的牵引力为          Ｎ.

7.如图3—3—6所示,质量为10 kg的物体,在水平地面上向左运动.物体与水平面间的动摩擦因数为0.2.与此同时,物体受到一个水平向右的推力F＝２０Ｎ的作用,则物体的加速度为(g取10 m/s2)

A.0                             B.4 m/s2,水平向右

C.2 m/s2,水平向右                D.2 m/s2,水平向左

8.质量为ｍ的物体放在粗糙的水平面上,水平拉力F作用于物体上,物体产生的加速度为ａ,若作用在物体上的水平拉力变为2 F,则物体产生的加速度

Ａ．小于ａ                      Ｂ．等于ａ

Ｃ．在ａ和２ａ之间              Ｄ．大于２ａ

9.质量为1.0 kg的物体,其速度图像如图3—3—7所示,4 s内物体所受合外力的最大值是         N；合外力方向与运动方向相反时,合外力大小为            Ｎ.

10.在质量为M的气球下面吊一质量为m的物体匀速上升.某时刻悬挂物体的绳子断了,若空气阻力不计,物体所受的浮力大小不计,求气球上升的加速度.

参考答案：

1.CD  2.D  3.B  4. 2∶5   5.ABC

6. 1.45×104  7.B  8.D  9.4  2  10.