高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律一等奖教案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律一等奖教案设计，共10页。教案主要包含了情感态度与价值观，牛顿第二定律的表达式，力的单位等内容，欢迎下载使用。

人教版高中物理必修1教学设计

课题
牛顿第二定律
单元
4
学科
物理
年级
高一
教材
分析
本节教材是人教版物理第四章第3节的内容。本节课是真正一样上运动学和力学之间的重要桥梁的建立。不仅在必修一乃至整个高中阶段的的重要内容。
本节在分析上节课实验的基础上，提出了牛顿第二定律的内容表述，定量的回答了物体运动状态的变化--加速度与它所受的外力之间关系，得出了牛顿第二定律的数学表达式。
同时本节教材突出了力的单位1N的物理意义，启下为下一节力学单位制的内容做准备。
教学目标与核心素养
一，知识与技能
1.理解牛顿第二定律的内容；知道牛顿第二定律表达式的物理意义和特性。
2．知道国际单位制中力的单位是怎样定义的
3．知道量度式a=与决定式a=的区别。
4．能运用牛顿第二定律解决实际问题
二，过程与方法
通过上一节课实验数据处理的基础上，定量的分析回答加速度产生的原因是力。
三、情感态度与价值观
物理观念：用数学表达式加深理解牛顿第二定律的。
科学思维：培养学生通过数据合理提出假设并证明的科学思维，并学会分析数据处理。
价值观：通过实验总结出自然规律；在讨论中认识自然规律；在解决实际问题过程中应用自然规律。

重点
牛顿第二定律的理解
难点
牛顿第二定律的应用

教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
从牛顿第一定律认识到一个物体不受力它处于静止或者匀速直线运动状态。那么一个物体受到力，他就有加速度产生，那力，加速度之间到底有什么关系呢？
通过上节课的学习，我们知道当保持物体质量不变时，物体的加速度与它所受力成正比。
加速度与力的关系

用数学式子表示就是：a∝F
（2）当保持物体受力不变时，物体的加速度跟质量成反比。
加速度与质量的关系

用数学式子表示就是：a ∝1/m
力、加速度、质量到底有没有具体的数量关系？今天我们来找出这个数量关系




学生回顾加速度与力的关系
以及加速度与质量的关系








温故而知新为牛顿第二定律做铺垫





讲授新课
一、牛顿第二定律的表达式
思考讨论：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。那么，对于任何物体都是这样的吗？

甲 猜想中的 a-F 图像

乙 根据实际数据作出的 a-F 图像
多次类似的实验发现：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。大量的实验和观察到的事实都可以得出：物体的加速度 a 与它所受的作用力 F 成正比，与它的质量 m 成反比。
1、牛顿第二定律的内容
物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
2、牛顿第二定律可表述为：a ∝F/m 也可以写成等式：F ＝ kma
其中 k 是比例系数。
3、牛顿第二定律更一般的表述：
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。
F合 ＝ kma
牛顿第二定律不仅阐述了力、质量和加速度三者数量间的关系，还明确了加速度的方向与力的方向一致。
思考与讨论：
取质量的单位是千克（kg），加速度的单位是米每二次方秒（m/s2 ），根据上述牛顿第二定律中加速度与力、质量的关系，我们应该怎样确定力的单位？
在F ＝ ma公式中： 当 k ＝ 1 时，质量为 1 kg 的物体在某力的作用下获得1 m/s 2 的加速度，代值可得F ＝ ma ＝ 1 kg·m/s2
所以力 F的单位就是千克米每二次方秒。
二、力的单位
1、力 F的单位
F ＝ ma ＝ kg·m/s2 读作：千克米每二次方秒。
出示图片:牛顿
后人为了纪念牛顿，把它称作“牛顿”，用符号 N 表示
2、牛顿第二定律的表述
（1）在质量的单位取千克（kg），加速度的单位取米每二次方秒（m/s2 ），力的单位取牛顿（N）时：
F ＝ ma
思考与讨论1：一个物体会受到好几个力，那根据牛顿第二定律求物体加速度是，F的值代入哪个力的值？
力的独立性原理:物体受到几个力的作用时，每个力各自独立地使物体产生一个加速度，就像其他力不存在一样，这个性质叫做力的独立性原理。既然求物体的加速度，那力应该代入物体受到的合力
思考与讨论2：一个物体受到力，但不会立即开始运动，是不是加速度会产生的慢一些？
物体的运动还跟时间加速度大小有关。
加速度与合外力存在着瞬时对应关系：同时产生，同时消失，同时变化。
思考与讨论3：求物体的加速度时，能不能先单独求各个力的加速度，然后各个加速度用平行四边形法则求和可以么？
完全可以，但建议用合力一次性求和加速度。
思考与讨论4：由牛顿第二定律说一说为什么描述物体惯性的物理量是质量？
由牛顿第二定律：F ＝ ma可知在确定的作用力下，决定物体运动状态变化难易程度（加速度）的因素是物体的质量。
（3）理解牛顿第二定律:
①同体性:F、m、a对应于同一物体。
②统一性:统一用国际制的单位
③同时（瞬时）性:a与F总是同生同灭同变化
④矢量性:a与F 的方向总是相同
⑤牛顿运动定律的适应范围：是对宏观、低速物体；
三、牛顿第二定律的应用
应用牛顿第二定律解题的一般步骤：
1、确定研究对象。
2、对研究对象受力分析，画出受力图。
3、建立直角坐标系，写出平衡方程，求合力。
4.根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解。
牛顿第二定律的解题思路
F=ma
牛顿运动定律是运动学和力学中间的桥梁。
（1）从“运动学”河岸去“力学”河岸，必须靠“牛顿运动定律”这个桥梁，反之也是。

例题1：3．如图，重为100N的木箱放在水平地板上，至少要用35N的水平拉力，才能使它从原地开始运动。木箱从原地移动以后，用30N的水平拉力，就可以使木箱继续做匀速直线运动。当用65N的水平力拉着木箱运动时，木箱的加速度为(取g＝10m/s2)

A．6.5m/s2 B．3.5m/s2
C．3.0m/s2 D．0.3m/s2
【答案】B
由题意可知，木箱与地面间的滑动摩擦力为30N，由牛顿第二定律得

故选B。
例题2：如图所示，质量为m=4kg的物体置于水平地面上，它们之间的动摩擦因数为μ=0.5，对物体施加20N的斜向上的力F， F与水平面夹角为α=370，物体开始运动，已知g=10m/s2，sin370=0.6，cos370=0.8．求:

（1）物体受地面的摩擦力的大小;
（2）物体运动的加速度大小．
【答案】（1）14N（2）0.5m/s2
【详解】
对物体进行物体受力分析，并对力F进行分解，如图所示

则，Fx = Fcosα=16N
Fy = Fsinα=12N
物体在竖直方向上平衡，可知 Fsinα+FN=mg
水平面对物体的支持力为FN=28N
物块在水平面上的摩擦力为f=μFN=14N

课堂练习
1．由牛顿第二定律可知，无论多么小的力都可以使物体产生加速度，但用较小的力去推地面上很重的物体时，物体仍然静止，这是因为（　　）
A．物体所受合外力为零
B．物体有加速度，但太小，不易被察觉
C．推力小于物体的重力
D．推力小于摩擦力
【答案】A
2．静止在光滑水平面上的物体，在开始受到水平拉力的瞬间，下列说法正确的是(　　)
A．物体立刻产生加速度，但此时速度为零
B．物体立刻运动起来，有速度，但加速度还为零
C．速度与加速度都为零
D．速度与加速度都不为零
【答案】A
3．如图所示，质量为m的物体P与车厢的竖直面间的动摩擦因数为μ，要使物体P不下滑，车厢的加速度的最小值为________ m/s2 (设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)

【答案】
【详解】
对物块，在竖直方向上有：f=mg，因为f=μN，解得最小弹力为： ，根据牛顿第二定律得：N=ma，解得最小加速度为： ．

拓展提高
1．．将质量为0.5 kg的小球，以30 m/s的速度竖直上抛，经过2.5 s小球到达最高点(取g＝10 m/s2)．求：
(1)小球在上升过程中受到的空气的平均阻力；
(2)小球在最高点时的加速度大小；
(3)若空气阻力不变，小球下落时的加速度为多大？
【答案】(1)1 N　(2)10 m/s2　(3)8 m/s2
【详解】
(1)设小球上升时，加速度为a，空气的平均阻力为F
则
v＝at
mg＋F＝ma
把v＝30 m/s，t＝2.5 s，m＝0.5kg代入得
F＝1N
(2)小球到达最高点时，因速度为零，故不受空气阻力，故加速度大小为g，即10 m/s2
(3)当小球下落时，空气阻力的方向与重力方向相反，设加速度为a′，则
mg－F＝ma′
得
a′＝8 m/s2
【点睛】
（1）根据匀变速直线运动的速度时间公式求出小球上升过程中的加速度大小，结合牛顿第二定律求出上升过程中的空气的平均阻力；
（2）由于空气阻力与速度有关，所以在最高点速度为零，阻力为零，结合牛顿第二定律求出小球在最高点的加速度大小；
（3）根据牛顿第二定律求出小球下落时的加速度大小．





学生思考讨论观察图片














学生归纳总结
牛顿第二定律的内容





理解掌握牛顿第二定律更一般的表述：






学生思考讨论





















学生思考讨论



学生思考讨论




学生思考讨论


学生思考讨论














学生理解记忆










学生理解分析例题1

































学生理解分析例题2




























































学生练习










让学生了解对于任何物体物体的加速度 a 与它所受的作用力 F 成正比，与它的质量 m 成反比。
都是成立的。









锻炼学生的归纳总结能力






加深学生对牛顿第二定律的理解







掌握力的单位的推导




















掌握加速度 a 的方向与力F的方向是一致的。

掌握加速度与合外力存在着瞬时对应关系


掌握力和加速度的因果关系

进一步理解质量是惯性大小的唯一量度












掌握应用牛顿第二定律解题的一般步骤。








巩固运动学公式和牛顿第二定律
的应用
































掌握用平行四边形定则和正交分解两种解题拓展了学生的思路


























































巩固本节知识










课堂小结
1、内容:物体加速度与合外力F合成正比，与质量m成反比，加速度方向与合外力方向相同。F合=ma
2、利用牛顿定律解题步骤：
（1）确定研究对象。
（2）受力分析，并求出处合力，并写出平衡方程。
（3）建立直角坐标系，求出合力。
（4）根据牛顿第二定律和运动学规律列方程并求解。
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、牛顿第二定律的表达式
1、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。
F合=kma
二、力的单位
1、力的单位：F ＝ ma ＝ kg·m/s2 读作：千克米每二次方秒。
2、牛顿第二定律：F合=kma
三、牛顿第二定律的应用
利用牛顿定律解题步骤
1、确定研究对象。
2、受力分析，并求出处合力，并写出平衡方程3、选取正方向或建立坐标系，通常以速度的方向为正方向。
4.根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解。