牛頓第二定律_教（學(xué)）案

1、 第二節(jié) 牛頓第二定律物理學(xué)一班 黃達(dá)明第1課時(shí)從容說課知識(shí)要點(diǎn)表解 力是使物體產(chǎn)生加速度的原因，物體受到力的作用，就會(huì)產(chǎn)生加速度，而物體的加速度不僅與它所受力有關(guān)，還與物體質(zhì)量有關(guān)，牛頓第二定律揭示了加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系.牛頓第二定律文字表述物體的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向一樣公式F合=ma單位F:N m:kg a:m/s2教材分析 牛頓第二定律是動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律，動(dòng)力學(xué)又是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)熱學(xué)、電學(xué)等其他部分知識(shí)所必須掌握的容.所以，牛頓第二定律是本章的中心容，更是本章的教學(xué)重點(diǎn).1.本課以必修教材為依據(jù).實(shí)驗(yàn)采用課文所述裝

2、置，簡(jiǎn)單直觀，易得出結(jié)論.缺點(diǎn)是不夠精確，操作亦須謹(jǐn)慎，否則會(huì)出現(xiàn)誤差較大的情形.重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，也可逆向操作驗(yàn)證.先確定兩小車距終點(diǎn)位移，然后放手由同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)驗(yàn)證，操作較容易.有條件的學(xué)?？墒褂脷鈮|導(dǎo)軌、光電門進(jìn)行精確測(cè)量驗(yàn)證.2.通過定律的探求過程，滲透物理學(xué)研究方法，是整個(gè)物理教學(xué)的重要容和任務(wù).本節(jié)容即為一典型探求過程:運(yùn)用控制變量、實(shí)驗(yàn)歸納的方法研究三個(gè)變量的關(guān)系.這種方法在熱學(xué)中研究p、V、T三量關(guān)系，在電學(xué)中研究U、d、E的關(guān)系等都要用到.這是人類認(rèn)識(shí)世界的常用方法.所以本節(jié)課不只是讓學(xué)生掌握牛頓第二定律，更應(yīng)知道定律是如何得出的.3.牛頓第二定律通過加速度將物體的運(yùn)動(dòng)和受力緊密聯(lián)

3、系，使前三章構(gòu)成一個(gè)整體，這是解決力學(xué)問題的重要工具.應(yīng)使學(xué)生明確對(duì)于牛頓第二定律應(yīng)深入理解、全面掌握，即理解各物理量和公式的涵和外延，避免重公式、輕文字的現(xiàn)象.數(shù)學(xué)語言可以簡(jiǎn)明地表達(dá)物理規(guī)律，使其形式完善、便于記憶，但它不能替代文字表述，更不能涵蓋與它關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)和力的復(fù)雜多變的情況,否則就會(huì)將活的規(guī)律變?yōu)樗赖墓? 設(shè)計(jì)思路:本節(jié)課的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)在于更多地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與，使其動(dòng)手動(dòng)腦，以提高其能力.本節(jié)課的關(guān)鍵在于電腦輔助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，提高了課堂密度，有可能在一節(jié)課完成講授與實(shí)驗(yàn).本節(jié)課設(shè)計(jì)時(shí)隱含了“假說”“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的科學(xué)研究方法、電腦輔助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，烘托了科學(xué)研究氣氛. 本節(jié)課學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材

4、即學(xué)生分組驗(yàn)證牛頓第二定律器材，電腦軟件系自制軟件:包括表格（輸入s1至s6與即可算出a，根據(jù)a和F或1/M的值即可在圖象中描點(diǎn)連線）和圖象，也可以用一些現(xiàn)成的軟件如Excel等.學(xué)生狀態(tài)分析1.學(xué)生知道牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律.2.知道加速度、速度、位移等概念，掌握加速度的測(cè)量方法.3.會(huì)對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析.三維目標(biāo)知識(shí)與技能1.學(xué)會(huì)用控制變量法探究加速度與力和質(zhì)量之間的關(guān)系.2.能熟練地應(yīng)用圖象法分析處理數(shù)據(jù).3.理解牛頓第二定律的涵和外延.4.會(huì)應(yīng)用牛頓第二定律解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象，并能運(yùn)用牛頓第二定律進(jìn)行定量計(jì)算.5.了解國(guó)際單位制的組成并知道力學(xué)單位制中的基本單位與導(dǎo)出單位.過程與方法

5、1.以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過觀察、測(cè)量、歸納得到物體的加速度跟它的質(zhì)量與所受外力的關(guān)系，進(jìn)而總結(jié)出牛頓第二定律.培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、概括能力和分析推理能?2.滲透物理學(xué)研究方法的教育.實(shí)驗(yàn)采用控制變量的方法對(duì)物體的a、F、m三個(gè)物理量進(jìn)行研究；運(yùn)用列表法處理數(shù)據(jù)，使學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的；認(rèn)識(shí)到由實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法.情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過共同探究，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)、實(shí)事的美德.2.在整個(gè)教學(xué)過程中，讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)、分析、研究等方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力.3.在課堂教學(xué)中，要經(jīng)常注意對(duì)學(xué)生進(jìn)行德育和美育的教育.教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)重點(diǎn) 本節(jié)的重點(diǎn)容是做好演示實(shí)驗(yàn).讓學(xué)生觀

6、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(guān)系，即可順理成章地得出牛頓第二定律的基本關(guān)系式.因此，熟練且準(zhǔn)確地操作實(shí)驗(yàn)就是本課的關(guān)鍵點(diǎn).同時(shí)，也只有講清實(shí)驗(yàn)裝置、原理和圓滿地完成實(shí)驗(yàn)才能使學(xué)生體會(huì)到物理學(xué)研究的方法，才能達(dá)到掌握方法、提高素質(zhì)的目標(biāo).教學(xué)難點(diǎn) 牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式簡(jiǎn)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(guān)聯(lián),牢固掌握定律的物理意義和廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)學(xué)生來說是較困難的.這一難點(diǎn)在本課中可通過對(duì)定律的辨析和有針對(duì)性的鞏固練習(xí)加以深化和突破.另外，還有待在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用過程中去體會(huì)和理解.教具準(zhǔn)備1.計(jì)算機(jī)與模擬實(shí)驗(yàn)軟件課時(shí)安排 1課時(shí)教學(xué)

7、過程活動(dòng)III探究實(shí)驗(yàn)1活動(dòng)IV探究實(shí)驗(yàn)2控制變量牛頓第二定律活動(dòng)V簡(jiǎn)單應(yīng)用活動(dòng)I設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2a與物體的m有關(guān)a與F的大小有關(guān)問題設(shè)問2活動(dòng)II設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)3情景繩子牽引小車。教學(xué)流程導(dǎo)入新課教師活動(dòng)我們先聽英國(guó)詩人蒲柏的一段詩:“自然和自然規(guī)律，隱藏在黑暗中.上帝說:讓牛頓出生吧！于是，一切顯現(xiàn)光明.”確實(shí)，有力就會(huì)運(yùn)動(dòng)，沒有力就不會(huì)運(yùn)動(dòng).這個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)千百年來一直躲藏在黑暗中，一直到牛頓的出現(xiàn)，才使我們真正了解到:力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.也就是說力是產(chǎn)生加速度的原因.我們自然會(huì)問:力、質(zhì)量、加速度到底存在什么樣的定量關(guān)系？先請(qǐng)大家根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和你所掌握

8、的知識(shí)，猜想力、質(zhì)量、加速度到底存在什么樣的定量關(guān)系.推進(jìn)新課1.實(shí)驗(yàn):用一根繩子牽引著一個(gè)小車在粗糙的水平桌面上勻速運(yùn)動(dòng)，然后松開手讓車自己運(yùn)動(dòng),然后停下來.2.學(xué)生觀察現(xiàn)象后，老師提問這樣兩個(gè)問題:開始時(shí)為什么小車能做勻速運(yùn)動(dòng)？松手后小車為什么還能運(yùn)動(dòng)，做什么運(yùn)動(dòng)，為什么？3.如果要想讓小車快一點(diǎn)停下來可以采取什么樣的方案，回答并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).4.小車停下的快慢實(shí)際上就是它的加速度的表現(xiàn).5.影響加速度的因素又會(huì)是哪些呢?學(xué)生猜測(cè)并給出相應(yīng)的理由. (學(xué)生最終在老師的啟發(fā)下和同學(xué)們的相互討論下能夠猜測(cè)到加速度和力以與質(zhì)量有關(guān)，因?yàn)榱κ俏矬w產(chǎn)生加速度的原因.而質(zhì)量是物體慣性的量度，質(zhì)量越大慣性越

9、大，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變.)6.可以通過怎樣的方法來研究這個(gè)問題呢？實(shí)驗(yàn)與探究問題1加速度可能跟力有關(guān)系，同時(shí)也可能跟質(zhì)量有關(guān)系，那么到底怎么來判斷加速度是不是跟力有關(guān)系呢？學(xué)生回答:可以讓質(zhì)量不變，改變力來研究加速度跟力的關(guān)系.同樣可以用此方法來研究加速度跟質(zhì)量之間的關(guān)系.教師在此基礎(chǔ)上提出“控制變量法”的思想.問題2加速度如何來測(cè)量？能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)量加速度并研究加速度跟力和質(zhì)量的關(guān)系?學(xué)生可以討論并提出自己的設(shè)想.教師介紹課本中的實(shí)驗(yàn): 在實(shí)驗(yàn)中必須能夠具體地測(cè)出加速度、力和質(zhì)量這三個(gè)量的數(shù)值.其中質(zhì)量和力都有直接測(cè)量的工具；加速度雖然不能直接測(cè)量，但可以利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出

10、的計(jì)數(shù)點(diǎn)，通過計(jì)算得出物體的加速度.所以實(shí)驗(yàn)可以這樣設(shè)計(jì): 如圖6-2-1,在水平木板上放置一輛小車,小車的前端系上細(xì)繩，細(xì)繩的另一端跨過定滑輪并掛一個(gè)質(zhì)量很小的重物.小車的尾部掛上一條紙帶，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.為了消除摩擦力對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的影響，必須將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，用重力的分力來抵消摩擦力，直到小車不掛重物時(shí)能勻速運(yùn)動(dòng)為止.當(dāng)掛上重物時(shí)，只要重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，那么可近似地認(rèn)為重物所受的重力大小等于小車所受的合外力的大小.將小車從某一位置釋放，小車在繩子的拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),利用紙帶上打出的點(diǎn)便可算出小車的加速度.圖6-2-1合作探究提問:如何測(cè)出小車的加速度？（

11、學(xué)生回答:可用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）再追問:測(cè)加速度的公式是什么？（學(xué)生回答公式.若學(xué)生回答不清時(shí)，可幫助其答出）板書：板書:a=.(1)加速度與物體受力的關(guān)系 保持小車的質(zhì)量m不變,測(cè)出所掛物體的重力，掛上重物后將小車由靜止釋放，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)算出小車的加速度.改變所掛重物的重力，重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)都要將小車從同一位置釋放.將幾次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)填入表中.實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s-2)小車受力F/N123（2）加速度與物體質(zhì)量之間的關(guān)系 保持合外力F不變，也就是保持所掛重物的重力不變.測(cè)出小車的質(zhì)量，掛上重物后將小車由靜止釋放，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)算出小車的加速度.通過在小車上疊放砝碼的

12、方法改變小車的質(zhì)量，重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)都要將小車從同一位置釋放.將幾次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)填入表中.實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s-2)小車受力F/N123 數(shù)據(jù)分析:為了便于得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，應(yīng)利用以上數(shù)據(jù)分別作出m不變時(shí)的aF圖象和F不變時(shí)的am圖象.圖6-2-2 在我們的猜想中，F(xiàn)不變時(shí)，m越大，a越小，有可能是成反比關(guān)系,可以通過a與1/m的圖象關(guān)系來驗(yàn)證.得出結(jié)論:當(dāng)m不變時(shí)，a與F的關(guān)系;當(dāng)F不變時(shí)，a與m的關(guān)系.方法點(diǎn)撥 利用圖象處理數(shù)據(jù)是一種常用的重要方法.將實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)通過描點(diǎn)作出圖象，可以非常直觀地看出兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，也可以有效地減少實(shí)驗(yàn)誤差，確定并排除實(shí)驗(yàn)中

13、測(cè)得的一些錯(cuò)誤數(shù)據(jù).另外，在實(shí)驗(yàn)中如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)量x與另一個(gè)量y成反比，那么，x就應(yīng)與1/y成正比.據(jù)此，我們可以將反比函數(shù)的曲線轉(zhuǎn)化為正比函數(shù)的直線.因?yàn)樵谔幚頂?shù)據(jù)時(shí)，判斷正比圖象比判斷一條曲線是否為反比函數(shù)圖象要簡(jiǎn)單和直觀得多.牛頓第二定律 根據(jù)實(shí)驗(yàn)我們證實(shí)了我們的猜想:物體的加速度跟作用力成正比，跟物體質(zhì)量成反比.這就是著名的牛頓第二定律.板書： 物體的加速度跟作用力成正比，跟物體質(zhì)量成反比. 用公式表示為aF/m Fma 若改寫為等式，應(yīng)乘以系數(shù), F=kma 如果我們把1 N定義為:使質(zhì)量為1 kg的物體產(chǎn)生1 m/s2加速度的力為1 N.這時(shí)等式左側(cè)為1，等式右側(cè)為k.也就是說我們采

14、用這種定義方式可以使k=1，此時(shí)牛頓第二定律的表達(dá)式為板書：F=ma 講解:下面我們對(duì)牛頓第二定律進(jìn)行進(jìn)一步的討論:首先我們可以注意剛才小車所受到的拉力，實(shí)際是小車所受到的合外力，所以牛頓第二定律中的F應(yīng)為物體受到的合外力.板書：(1)F為合外力其次我們可以注意到小車的加速度方向與拉力方向是一致的，這就是牛頓第二定律的方向性.(2)a的方向與F一致另外，物體某一時(shí)刻的加速度，只由它此刻的受力決定，而與其他時(shí)刻的受力無關(guān)，這就是牛頓第二定律的即時(shí)性.(3)即時(shí)性a與F是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系.同生:一有力作用在物體上，這個(gè)力就要產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的加速度.注意:整個(gè)物體是否有加速度，則取決于物體受的合外力是否為0.同滅:力一消失，與之相應(yīng)的加速度就消失.同變:力一變化，與之相應(yīng)的加速度就相應(yīng)變化.課堂小結(jié)（可引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)）1.這節(jié)課以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，采用控制變量的方法進(jìn)行研究.這一方法今后在電學(xué)、熱學(xué)的研究中還要用到.我們根據(jù)已掌握的知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、探索規(guī)律是物理研究的重要方法.2.定義力的單位“牛頓”使得k=1，得到牛頓第二定律的簡(jiǎn)單形式Fma.使用簡(jiǎn)捷的數(shù)學(xué)語言表達(dá)物理規(guī)律是物理學(xué)的特征之一，但應(yīng)知道它所對(duì)應(yīng)的文字容和意義.3.牛頓第二定律概括了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)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