高中人教版 (2019)3 牛顿第二定律精品教案及反思

这是一份高中人教版 (2019)3 牛顿第二定律精品教案及反思，共9页。教案主要包含了牛顿第二定律的表达式，瞬时加速度问题，课堂练习等内容，欢迎下载使用。

备课人
学科
物理
课题
4.3 牛顿第二定律
教学内容分析
教科书中牛顿第二定律的内容以两节的形式呈现，其目的是要强调实验探究的重要性和突出牛顿第二定律在力学中的重要地位。本节开始以问题的形式引入，强调可以从上一节的探究实验数据来寻找加速度与力、质量的关系，然后引导学生通过分析基于数据的图线来获取规律，进一步提出牛顿第二定律。在“力的单位”中，通过力的单位的定义分析了牛顿第二定律的数学表达式是如何从F=kma变成F=ma的。通过这样的安排，学生不仅能体会到单位的产生过程，更能体会到科学的严谨性和准确性。本节用了两道联系生活实际的例题来引导学生学会利用牛顿第二定律分析和解决问题，以此让学生体会物理的实用性。
学情分析
学生已经在第二节课通过实验，探究了加速度和力、质量的的关系，并且知道了加速度与力成正比关系；加速度与质量成反比的关系。但并没有建立起相应的定量等式关系，因此这节课对学生来说难度上不是太大，对学生来说难度不较大的是在牛顿第二定律的应用上。
教学目标
1.掌握牛顿第二定律的内容及数学表达式。
2.理解公式中各物理量的意义及相互因果关系。
3.会用牛顿第二定律公式进行有关计算。
教学重难点
1．掌握牛顿第二定律的内容及数学表达式，理解公式中各物理量的意义。（重点）
2．会用牛顿第二定律公式进行有关计算。（重点难点）
3．瞬时加速度问题。（重点难点）
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
思考与讨论：
赛车质量小、动力大，容易在短时间内获得较大的速度，也就是说，赛车的加速度大。物体的加速度a与它所受的作用力F以及自身的质量m之间存在什么样的定量关系呢？通过上节的探究实验，你找到了吗？
复习与回顾：
(1)探究物体质量一定时，物体加速度与力的关系三种可能图像
思考与讨论：
①在a-F图像中，过原点的那条直线是否符合你在做探究实验前对加速度和力的关系猜想呢？
②在a-F图像中，那两条不过原点的两条直线否符合你在做探究实验前对加速度和力的关系猜想呢？出现这两种情况的原因，你认为有哪些？如果消除这些影响因素，你认为物体的加速度和力的关系是什么样子的？
(2)作用在物体上的外力一定时，物体加速度与质量的关系图像
学生讨论和猜测可能存在的定量关系
学生回顾上节课内容
学生猜想具体的定量关系
学生讨论造成不同的原因
为本节课牛顿第二定律做铺垫
复习上节课内容
通过三条图线的比较引导学生思考为什么会有三种不同的情况，同时进一步强化加深对误差的分析，为牛顿第二定律做进一步的铺垫
讲授新课
一、牛顿第二定律的表达式
1.内容：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。这就是牛顿第二定律。
2.公式：F=kma
3.意义：牛顿第二定律不仅阐述了力、质量和加速度三者的数量关系，还明确了加速度和力的方向关系。
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？
力的单位
（一）力的单位
1.F＝kma中k的数值取决于F 、m、a的单位的选取。
2.当k =1时，质量 m = 1 kg 的物体，在某力作用下获得a = 1 m/s2 的加速度所需要的力：
F=ma=1 kg×1m/s2= 1 kg·m/s2
3.把 1 kg·m/s2 叫做“一个单位”的力，力F的单位就是千克米每二次方秒。后人为了纪念牛顿，把它称作“牛顿”，用符号N表示。
（二）牛顿第二定律表达式的变化
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，牛顿第二定律可以表述为：F＝ma。
思考： 对上述表达式我们在应用时还需要注意哪些方面呢？
思考与讨论：
(1)我们讲力是改变物体运动状态的原因，你在学习了牛顿第二定律后，能否说一说对这种说法的重新认识？
(2)我们在探究加速度与力、质量关系的实验中为什么要平衡摩擦力，平衡摩擦力后，我们研究的力实际上可以看做是小车所受的什么力？
(3)在探究加速度与力、质量关系的实验中除小车所受绳拉力要产生加速度以外，它所受的其他力要不要也产生加速度呢？这些其他力产生的加速度矢量合等于多少呢？
（三）对牛顿第二定律的进一步理解
1.对表达式F＝ma的理解：
(1)单位统一：表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。
(2)F的含义：指的是物体所受的合力。
(3)“＝”的含义：不仅表示左右两边数值相等，也表示方向相同，即物体加速度的方向与它所受合力的方向相同。
2.牛顿第二定律的五个性质
(1)因果性：力是使物体产生加速度的原因
(2)矢量性：F＝ma是一个矢量式，应用时应先规定正方向。
(3)瞬时性：合力与加速度具有瞬时对应关系。
(4)同一性：合力与加速度对应同一研究对象。
(5)独立性：作用于物体上的每一个力各自产生加速度，F1＝ma1，F2＝ma2…而物体的实际加速度则是每个加速度的矢量和，合力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律，如Fx＝max，Fy＝may。
3.加速度两种表达式的比较
大小
与v、∆v大小无关，由∆v/∆t决定
与F合成正比，与m成反比
方向
与∆v方向一致
与F合方向一致
4.牛顿第一定理和牛顿第二定律的比较
(1)牛顿第一定律指出了力是产生加速度的原因，指出一切物体都有惯性，牛顿第一定理不是一个实验定律。
(2)牛顿第二定律指出了描述物体惯性的物理量是质量的含义，即在确定的作用力下，决定物体运动状态变化难易程度的因素是物体的质量。牛顿第二定律是一个实验定律。
(3)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的一种特例。
【例题1】在平直路面上，质量为1100kg的汽车在进行研发的测试，当速度达到100km/h时取消动力，经过70s停了下来，汽车受到的阻力是多少？重新起步加速时牵引力为2 000N，产生的加速度是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变.
【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测定列车的加速度。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。
（五）典例小结
1.应用牛顿第二定律解题的步骤
2.“求合力列方程”的两种方法
(1)合成法：首先确定研究对象，画出受力示意图，当物体只受两个力作用时，利用平行四边形定则在加速度方向上直接求出合力，再列牛顿第二定律方程求解。
(2)正交分解法：当物体受多个力作用时，常用正交分解法沿加速度a的方向建立坐标轴如x轴，则有Fx=ma，Fy=0；有些题目可以通过分解加速度从而减少分解力甚至不分解力，即Fx=max，Fy=may。
三、瞬时加速度问题
（一）常见的瞬时性问题模型
类别
弹力表现形式
弹力方向
能否突变
轻绳
拉力
沿绳收缩方向
能
橡皮条
拉力
沿橡皮条收缩方向
不能
轻弹簧
拉力、支持力
沿弹簧轴线方向
不能
轻杆
拉力、支持力
不确定
能
(1)轻绳、轻杆模型不发生明显形变就能产生弹力，剪断(或脱离)后，形变恢复几乎不需要时间，故认为弹力可以立即改变或消失。
(2)轻弹簧、橡皮条模型的形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时性问题中，它们的自由端连接有物体时其弹力的大小不能突变，往往可以看成是不变的。
（二）求解瞬时性问题的步骤
1.分析瞬时变化前各物体的受力；
2.判断瞬时变化时哪些力发生突变，哪些力不变：
3.分析变化后各物体的受力；
4.根据牛顿第二定律求解各物体的加速度。
（三）典例突破
【例题1】如图甲、乙所示，小球1、2的质量相等，分别用轻弹簧、轻绳连接，并用细绳将小球1悬挂。则在剪断上方细绳瞬间，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中小球1的加速度a1=2g，方向竖直向下
B．图甲中小球2的加速度a2=g，方向竖直向上
C．图乙中小球1的加速度a1=g，方向竖直向下
D．图乙中小球2的加速度a2=0
【答案】AC
【详解】在剪断绳前，根据平衡条件得知，图甲中弹簧的弹力大小等于mg，绳对小球1的拉力为2mg。图乙中小球1、2间绳的拉力为mg，上面绳对小球1的拉力为2mg。
A．在剪断绳的瞬间，弹簧的弹力没有来得及变化，小球1受到重力mg和弹簧弹力mg，故小球1的加速度a1=2g，方向竖直向下，故A正确；
B．图甲中小球2的受力情况没有变化，则小球2所受合力为零，故加速度为零，故B错误；
CD．图乙中在剪断绳的瞬间，1、2球由于用绳连接，1和2与将与绳一起下落，根据牛顿第二定律，对整体研究得到，整体的加速度等于重力加速度g，则小球1、2的加速度等于g，方向竖直向下，故C正确，D错误。故选AC。
【例题2】如图所示，天花板上悬挂一轻质弹簧，弹簧下端拴接质量为m的小球A，A球通过轻杆连接质量为2m的小球B，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．剪断弹簧瞬间，轻杆上弹力不为0
B．剪断弹簧瞬间，A、B球加速度大小均为g
C．剪断轻杆瞬间，A、B球加速度大小均为g
D．剪断轻杆瞬间，A球加速度大小为g/2，B球加速度大小为g
【答案】B
【详解】AB．剪短弹簧瞬间，以A、B以及杆整体作为研究对象，整体做自由落体运动，加速度为；再隔离B，根据牛顿第二定律可知，小球B做自由落体运动，杆对B的力必须为零，故A错误，B正确；
CD．剪断轻杆瞬间， B球加速度大小为g，做自由落体运动；剪短轻杆前对A进行受力分析如下
根据平衡条件有当剪短轻杆后，对球A，除了杆的力消失以外，其他力没有发生变化，根据牛顿第二定律有得加速度方向竖直向上，故CD错误。故选B。
科学漫步：
在宇宙空间，所有物体处于完全失重的情况。天平、台秤无法使用。通过本节课的学习你知道怎样测宇航员的质量吗？
四、课堂练习
学生识记牛顿第二定律内容
学生讨论回答
学生识记记录
学生识记记录
学生分组讨论
学生识记记录
学生识记记录
学生识记记录
学生解析例题
学生解析例题
学生识记记录
学生识记记录
学生听讲识记记录
学生识记记录
学生例题解析
学生例题解析
学生思考并观看视频
学生练习
重点内容强化
为力的单位做铺垫
重点内容强化
完善表达式的形式
说明力还是产生加速度的原因；
强调公式中的力是合外力
小车所受其他力产生的加速度矢量合为零
对于牛顿第二定律全方位的理解强化
明确两种求解加速度方法的不同和联系
明确牛顿第一定律和第二定律的不同
训练牛顿第二定律的应用
训练牛顿第二定律的应用
让学生明确应用牛顿第二定律解题的步骤
让学生明确求合力的两种方法
明确不同模型在研究瞬时性问题时的特点
明确处理瞬时问题的一般性步骤
训练强化方法
训练强化方法
培养学生物理知识实际应用的能力和爱国主义情怀
巩固提高
课堂总结
板书设计
§4.3 牛顿第二定律
牛顿第二定律
1.内容：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。这就是牛顿第二定律。
2.公式：F=ma
力的单位
把 1 kg·m/s2 叫做“一个单位”的力，力F的单位就是千克米每二次方秒。后人为了纪念牛顿，把它称作“牛顿”，用符号N表示
瞬时加速度问题
作业设计
教学反思与评价