牛顿第二定律

1 / 9 牛顿第二定律 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址牛顿第二定律 一、教学目标 1物理知识方面的要求： (1)掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式； (2)理解公式中各物理量的意义及相互关系； (3)知道在国际单位制中力的单位 “ 牛顿 ” 是怎样定义的。 2以实验为基础，通过观察、测量、归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律。培养学生的实验能力、概括能力和分析推理能力。 3渗透物理学研究方法的教育。实验采用控制变量的方法对物体的 a、 F、 m 三个物 理量进行研究；运用列表法处理数据，使学生知道结论是如何得出的；认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法。 二、重点、难点分析 1本节的重点内容是做好演示实验。让学生观察并读取数据，从而有说服力地归纳出 a 与 F 和 m 的关系，即可顺理成章地得出牛顿第二定律的基本关系式。因此，熟练且准确地操作实验就是本课的关键点。同时，也只有讲清实验装置、原理和圆满地完成实验才能使学生体会到物理学研究的方法，才能达到掌握方法、提高素质的目标。 2 / 9 2牛顿第二定律的数学表达式简单完美，记住并不难。但要全面、深入理解该定 律中各物理量的意义和相互关联；牢固掌握定律的物理意义和广泛的应用前景，对学生来说是较困难的。这一难点在本课中可通过定律的辨析和有针对性的巩固练习加以深化和突破，另外，还有待在后续课程的学习和应用过程中去体会和理解。 三、教具 小车、木板、滑轮、钩码、投影仪。 四、主要教学过程 (一 )引入新课 由牛顿第一定律可知，力是改变物体运动状态的原因。而物体运动状态的改变是物体运动速度发生变化，即加速度不为零。因而力又是产生加速度的原因，加速度与力有关。 由牛顿第一定律还可知：一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，这种性质叫惯性。而质量是物体惯性大小的量度，因而加速度跟质量有关。 那么物体运动的加速度跟物体质量及受力之间存在什么样的关系？我们通过实验来探求。 (二 )教学过程设计 1实验设计 (1)启发学生按如下思路得出实验方法：对于一个物体 (使 m不变 )，不受力时加速度为零 受力后加速度不为零 受力3 / 9 越大则加速度越大。 用同样的力 (使 F 不变 )作用于不同物体 质量小的易被拉动 质量越小加速度越大。 就是说，在研究三个变量的关系时，要使其中一个量不变，即控制变量的方法。 (2)启发学生按如下思路得出实 验原理：测定物体加速度的方法有多种，如利用打点计时器、分析纸带等，这些方法较精确但费时 寻找一种用其它物理量直观反应加速度大小的办法 由 我们的实验就是由两个小车在相同时间内的位移来反映加速度大小跟力和质量的关系 (2)实验装置 实验采用必修本所述装置稍加改进。在图 1 中 a、 b、 c 三个位置加装光滑金属环以控制线绳位置不使脱落；另外通过环a 将两绳合并在一起可直接用手操作，以避免铁夹操作的困难。这样虽然增大了阻力，但只需使木板稍前倾平衡摩擦力即可。木板侧面的刻度用以读出位移大小。 3实验过程 (1)加速度跟力的关系 使用两个相同的小车，满足 m1=m2；在连小车前的绳端分别4 / 9 挂一个钩码和两个钩码，使 F1=F2。将二小车拉至同一起点处，记下位置。放手后经一段时间使二小车同时停止，满足时间 t 相同。读出二小车的位移填入表 1： (投影 ) 表 1 第一次第二次 m/kgF1/Ns/mF/Ns/m 小车 小车 比较可得，在误差允许的范围内， aF 。 (2)加速度跟质量的关系 将小车 1 上加砝码，使 m1=2m2；二小车前面绳端都挂一个钩码，使 F1=F2。将二小车拉至同一起点处放开经一段时间使其 同时停止，读出各小车位移记入表 2： (投影 ) 表 2 第一次第二次 F/Nm/kgs/mm/kgs/m 小车 小车 4定律导出 5 / 9 成正比，跟物体的质量成反比，即牛顿第二定律的基本关系。写成数学 (2)上式可写为等式 F=kma，式中 k 为比例常数。如果公式中的物理量选择合适的单位，就可以使 k=1，则公式更为简单。 在国际单位制中，力的单位是牛顿。牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律来定义的：使质量是 1kg的物体产生 1m/s2的加速度的力为 1N，即 1N=1kgm/s2。 可见 ，如果都用国际单位制中的单位，就可以使 k=1，那么公式则简化为 F=ma，这就是牛顿第二定律的数学公式。 (3)当物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律也是正确的，不过这时 F 代表的是物体所受外力的合力。牛顿第二定律更一般的表述是： 物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。 数学公式是： F 合 =ma。 5定律的理解 牛顿第二定律是由物体在恒力作用下做匀加速直线运动的情形下导出的，但由力的独立作用原理可推广到几个力作用的情况，以及应用于变力作用的某一瞬时。还应注意到定律表述的最后一句话，即加速度与合外力的方向关系，就是说，6 / 9 定律具有矢量性、瞬时性和独立性，所以掌握牛顿第二定律还要注意以下几点： (1)定律中各物理量的意义及关系 F 合是物体 (研究对象 )所受的合外力， m 是研究对象的质量，如果研究对象是几个物体，则 m 为几个物体的质量和。 a 为研究对象在合力 F 合作用下产生的加速度； a 与 F 合的方向一致。 (2)定律的物理意义 从定律可看到：一物体所受合外力恒定时，加速度也恒定不变，物体做匀变速直线运动；合外力随时间改变时，加速度也随时间改变；合外力为零时，加速度也为零，物体就处于静止或匀速直线运动状态。 牛顿第二定律以简单的数学形式表明了运动和力的关系。 6巩固练习 (1)从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。可是我们用力提一个很重的物体时却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？ 答：没有矛盾，由公式 F=ma 看， F 合为合外力，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，这个力应是合外力。现用力提一很 重的物体时，物体仍静止，说明合外力为零。由受力分析可知 F+N-mg=0。 (2)对一个静止的物体施加一个力，物体一定做加速运动，7 / 9 对吗？ 答：略。理由同上。 (3)下面哪些说法不对？为什么？ A物体所受合外力越大，加速度越大。 B物体所受合外力越大，速度越大。 c物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。 D物体的加速度大小不变一定受恒力作用。 答； B、 c、 D 说法不对。根据牛顿第二定律，物体受的合外力决定了物体的加速度。而加速度大小和速度大小无关。所以， B 说法错误。物体做匀加速运动说明加速度方向与速度方向一致。当合外力减小但方向不变时，加速度减小但方向也不变，所以物体仍然做加速运动，速度增加。 c 说法错误。 加速度是矢量，其方向与合外力方向一致。加速度大小不变，若方向发生变化时，合外力方向必然变化。 D 说法错。 (三 )课堂小结 (可引导学生总结 ) 1这节课以实验为依据，采用控制变量的方法进行研究。这一方法今后在电学、热学的研究中还要用到。我们根据已掌握的知识设计实验、探索规律是物体研究的重要方法。 2定义力的单位 “ 牛顿 ” 使得 k=1，得到牛顿第二定律的简单形式 F=ma。使用简捷的数学语言表达物理规律是物理学的特征之一，但应知道它所对应的文字内容和意义。 8 / 9 3牛顿第二定律概括了运动和力的关系。物体所受合外力恒定，其加速度恒定；合外力为零，加速度为零。即合外力决定了加速度，而加速度影响着物体的运动情况。因此，牛顿第二定律是把前两章力和物体的运动构成一个整体，其中的纽带就是加速度。 五、说明 1本课以必修教材为依据。实验采用课文所述装置，简单直观，易得出结论。缺点是不够精确，操作亦须谨慎，否则会出现误差较大的情形。重复实验时，也可逆向操作验证。先确定二 小车距终点位移，然后放手由同时到达终点验证，操作较容易。有条件的学校可使用气垫导轨、光电门进行精确测量验证。 2通过定律的探求过程，渗透物理学研究方法，是整个物理教学的重要内容和任务。本节内容即为一典型探求过程：运用控制变量、实验归纳的方法研究三个变量的关系。这种方法在热学中研究 p、 V、 T 三量关系，在电学中 U、 d、 E 的关系等都要用到。这是人类认识世界的常用方法。所以本节课不只是让学生掌握牛顿第二定律，更应知道定律是如何得出的。 3牛顿第二定