沪科版必修1 5.3牛顿第二定律 教案.doc

教学设计53 牛顿第二定律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联系，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以通过定律的辨析和有针对性的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。定义力的单位“牛顿”使得k1，得到牛顿第二定律的简单形式fma。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。牛顿第二定律通过加速度将物体的运动和受力紧密联系，使前三章构成一个整体，这是解决力学问题的重要工具。应使学生明确对于牛顿第二定律应深入理解、全面掌握，即理解各物理量和公式的内涵和外延，避免重公式、轻文字的现象。数学语言可以简明地表达物理规律，使其形式完善、便于记忆，但它不能替代文字表述，更不能涵盖与它关联的运动和力的复杂多变的情况。否则就会将活的规律变为死的公式。三维目标知识与技能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。4会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算。过程与方法1通过对上节课实验结论的总结，归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受合外力的关系，进而总结出牛顿第二定律，体会物理学家牛顿的做法与勇气。2培养学生的概括能力和分析推理能力。情感、态度与价值观1渗透物理学研究方法的教育。2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。3通过牛顿第二定律的应用能深切感受到科学源于生活并服务于生活，激发学生学习物理的兴趣。重点、难点分析重点是牛顿第二定律的特点；难点是牛顿第二定律的理解及掌握定律的内容及广泛应用。教学方法及教学手段探究、讲授、讨论、练习及多媒体课件。教学过程温故知新：回忆上节课所探究的内容(多媒体投影展示上节课的实验成果)1质量m一定，加速度a与f的关系数据处理得：实验结论：当m一定时，a和f成正比，即af2力f一定，加速度a与质量m的关系数据处理得：实验结论：当f一定时，a和m成正比，即a1/m。推进新课一、共同讨论：加速度与力、质量的关系【知识形成】物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。a或者fma进一步可以将表达式改为fkma，其中k为比例常数。当取k1，此时关系式可简化为fma此即为牛顿第二定律的数学表达式。二、牛顿第二定律1内容：物体的加速度与所受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与作用力的方向相同。2公式：fma【提出问题】(1)在牛顿第二定律的表达式fma中，哪些是矢量，哪些是标量？(2)在这两个矢量中它们的关系怎么样？3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。4对牛顿第二定律的理解：(1)fma中的f为物体所受到的合外力。(2)fma中的m，对哪个物体受力分析，就是哪个物体的质量，当对一个系统(几个物体组成一个系统)做受力分析时，如果f是系统受到的合外力，则m是系统的总质量。(3)fma中的f与a有瞬时对应关系，f变，则a变，f大小变，则a大小变，f方向变，a方向也变。具体对应如下：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)fma中的f与a有矢量对应关系，a的方向一定与f的方向相同。(5)fma中，可根据力的独立性原理求某个力产生的加速度，也可以求某一个方向合外力的加速度。(6)fma中，f的单位是牛顿，m的单位是千克，a的单位是米/秒2。(7)fma的适用范围：宏观、低速。跟踪演练：(多媒体投影情境)应用举例：有人在飞机场的跑道上曾尝试过让战斗机和赛车进行比赛，结果战斗机在跑道上(腾空之前)的加速度大于赛车的加速度，赛车的质量比战斗机的小，为什么加速度反而不如战斗机的加速度大呢？【特别说明】力是使物体产生加速度的原因。加速度和力存在着这样的关系：有力作用就有加速度产生，恒定的力产生恒定的加速度，力发生变化，加速度随即发生相应的变化，力停止作用，加速度立即等于零，而且不论在哪种情况下，加速度和产生它的力的方向始终是一致的。物体运动的加速度不仅决定于外力，同时还跟物体的质量有关。在这里，质量的大小对运动状态改变的快慢程度起了一种制约作用。三、国际单位制(代号si)国际单位制是一种通用的统一单位制，1960年以来国际计量会议以米、千克、秒为基础制定了国际单位制。国际单位制由基本单位和导出单位组成。1基本单位：选定的几个基本物理量的单位叫基本单位。物理学中选定的基本物理量有七个，相对应基本单位有七个。(多媒体投影)物理量名称长度质量时间电流热力学温度物质的量发光强度单位名称米千克秒安培开尔文摩尔坎德拉单位符号mkgsakmolcd表中前三个为力学中的基本单位。2导出单位：根据物理学公式中其他物理量和基本物理量之间的关系，推导出其他物理量的单位叫导出单位。【学生活动】试导出物理量加速度、力、压强的单位。提出问题：请说一说你怎样导出新物理量单位的。(要牢固掌握基本物理量的基本单位和相关物理学关系式，两者结合运算即可导出)应用举例例1从牛顿第二定律可知，无论多么小的力都可以使物体产生加速度。可是我们用力提一个较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？解答：没有矛盾，由公式fma可知，f为合外力，这个力无论多小都可以使物体产生加速度。题中用力提一个较重的物体没有提动它，说明物体仍静止，物体所受的合外力为零，所以物体的加速度也为零。例2有关牛顿第二定律的下列说法中，不正确的是( )。a由m可知运动物体的质量与外力成正比，与加速度成反比b运动物体的加速度方向必定与合外力方向一致c几个力同时作用在一个物体上，当改变其中一个力的大小和方向时，该物体的加速度就会发生变化d作用在物体上的所有外力突然取消后，物体的加速度立即变为零答案：a例3如图所示，质量为2 kg的物体，在水平力f16 n、f24 n的作用下处于静止状态。现突然撤去力f1，则物体的加速度大小( )。a一定是1 m/s2 b一定是2 m/s2c一定是3 m/s2 d无法确定答案：d四、牛顿第二定律的瞬时性应用：突变类问题(1)物体运动的加速度a与其所受的合外力f有瞬时对应关系，每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力，而与这一瞬时之前或之后的力无关，不等于零的合外力作用在物体上，物体立即产生加速度；若合外力的大小或方向改变，加速度的大小或方向也立即(同时)改变；若合外力变为零，加速度也立即变为零(物体运动的加速度可以突变)。(2)中学物理中的“绳”和“线”，是理想化模型，具有如下几个特性：a轻：即绳(或线)的质量和重力均可视为等于零，同一根绳(或线)的两端及其中间各点的张力大小相等。b软：即绳(或线)只能受拉力，不能承受压力(因绳能变曲)，绳与其物体相互间作用力的方向总是沿着绳子且朝绳收缩的方向。c不可伸长：即无论绳所受拉力多大，绳子的长度不变，即绳子中的张力可以突变。(3)中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”，也是理想化模型，具有如下几个特性：a轻：即弹簧(或橡皮绳)的质量和重力均可视为等于零，同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等。b弹簧既能承受拉力，也能承受压力(沿着弹簧的轴线)，橡皮绳只能承受拉力，不能承受压力。c由于弹簧和橡皮绳受力时，要发生形变需要一段时间，所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能发生突变。(4)做变加速运动的物体，加速度时刻在变化(大小变化或方向变化或大小、方向都变化)。由牛顿第二定律知，加速度是由合外力决定的，即有什么样的合外力就有什么样的加速度相对应。当合外力恒定时，加速度也恒定，合外力随时间变化时，加速度也随时间改变，且瞬时合外力决定瞬时加速度，可见，确定瞬时加速度的关键是正确确定瞬时合外力。例4如图a所示，一质量为m的物体系于长度分别为l1、l2的两根细绳上，l1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为，l2水平拉直，物体处于平衡状态，现将l2线剪断，求剪断瞬间物体的加速度。(1)下面是某同学对该题的一种解法：设l1线上拉力为ft1，l2线上拉力为ft2，重力为mg，物体在三力作用下保持平衡：ft1cos mg，ft1sin ft2，ft2mgtan 剪断线的瞬间，ft2突然消失，物体即在ft2反方向获得加速度。因为mgtan ma，所以加速度agtan ，方向在ft2反方向。你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明。(2)若将图a中的细线l1改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图b所示，其他条件不变，求解的步骤与(1)完全相同，即agtan ，你认为这个结果正确吗？请说明理由。解析：(1)结果不正确。因为l2被剪断的瞬间，l1上张力的大小发生了突变，此瞬间ft1mgcos ，它与重力沿绳方向的分力抵消，重力垂直于绳方向的分力产生加速度：agsin 。(2)结果正确。因为l2被剪断的瞬间，弹簧l1的长度不能发生突变，ft1的大小、方向都不变，它与重力的合力大小和ft2方向相反，所以物体的加速度大小为agtan 。答案：见解析课外活动与探究探究活动的主题：牛顿第二定律发现的过程。步骤学生活动教师指导目的1到图书馆、上网查阅有关牛顿发现牛顿第二定律的书籍介绍相关书籍1.让学生更多地了解物理规律的来之不易2.培养学生的思考能力2根据查阅的资料，确定文章主题和内容解答学生提出的具体问题3相互交流活动的感受对优秀文章进行点评(多媒体投影)53 牛顿第二定律1质量为m的物体从高处释放后竖直下落，在某时刻受到的空气阻力为f，加速度为ag，则f的大小为( )。a.mg b.mg cmg d.mg解析：以物体为研究对象，根据牛顿第二定律有mgfma，解得fmg，选项b正确。答案：b2如图，一辆有动力驱动的小车上放置一水平的弹簧，其左端固定在小车上，右端与一小球相连。设在某一段时间内，小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态，若忽略小球与小车间的摩擦力，则在此段时间内小车可能是( )。a向右做加速运动 b向右做减速运动c向左做加速运动 d向左做减速运动解析：对小球受力分析，水平方向受到向右的弹簧弹力n，由牛顿第二定律可知，小球必定具有向右的加速度，由于小球与小车相对静止，故小车可能向右加速运动或向左减速运动。答案：ad3.人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，如图所示。以下说法正确的是( )。a人受到重力和支持力的作用b人受到重力、支持力和摩擦力的作用c人受到的合外力不为零d人受到的合外力方向与速度方向相同解析：由于人随扶梯斜向上匀速运动，对人受力分析可知，人只受重力和支持力的作用，选项a正确。答案：a4下列说法中正确的是( )。a物体所受合外力为零，物体的速度必为零b物体所受合外力越大，物体的加速度越大，速度也越大c物体的速度方向一定与物体受到的合外力的方向一致d物体的加速度方向一定与物体所受到的合外力方向相同答案：d5一个物体正以5 m/s的速度向东做匀速直线运动，从某一时刻开始受到一个方向向西、大小为3 n的恒定外力作用，若物体质量为5 kg，求2 s末物体的速度。解析：由于物体受到的恒定外力是向西的，因此产生恒定加速度的方向也是向西的，与物体初速度方向相反，故物体应做匀减速直线运动。由牛顿第二定律可知：a m/s20.6 m/s2由匀减速直线运动公式可知：2 s末物体速度为v2v0at(50.62) m/s3.8 m/s方向向东。答案：3.8 m/s，方向向东6.如图所示，底板光滑的小车上用两个量程为20 n、完全相同的弹簧秤甲和乙系住一个质量为1 kg的物块。在水平地面上，当小车做匀速直线运动时，两弹簧秤的示数均为10 n。当小车做匀加速直线运动时，弹簧秤甲的示数变为8 n，这时小车运动的加速度大小是( )。a2 m/s2 b4 m/s2 c6 m/s2 d8 m/s2解析：因弹簧的弹力与其形变量成正比，当弹簧秤甲的示数由10 n变为8 n时，其形变量减少，则弹簧秤乙的形变量一定增大，且甲、乙两弹簧秤形变量变化的大小相等，所以，弹簧秤乙的示数应为12 n。物体在水平方向所受到的合外力为ft乙t甲(128) n4 n。根据牛顿第二定律，得物块的加速度大小为a m/s24 m/s2。答案：b说明：无论题中的弹簧秤原来处于拉伸状态或压缩状态，其结果相同。同学们可自行通过对两种情况的假设加以验证。7一质量为1 kg的物体静置在光滑水平面上，0时刻开始，用一水平向右、大小为2 n的力f1拉物体，则：(1)物体产生的加速度是多大？2 s后物体的速度是多少？(2)若在3 s末给物体加上一个大小也是2 n、水平向左的拉力f2，则物体的加速度是多少？4 s末物体的速度是多少？(3)3 s内物体的加速度2 m/s2是由力f1产生的，3 s后物体的加速度为0，那是说3 s后f1不再产生加速度了？解析：(1)受力分析知：物