【文档】《牛顿第二定律》人教版备课资源（物理沪科高一上册）.doc

4.3 牛顿第二定律教案 A备课资源惯性系和非惯性系我们在学习中经常说“牛顿运动定律是普遍适用的”，其实只能直接地应用在“惯性系”中；对于“非惯性系”，则需要引入一个虚拟的“惯性力”，才能应用牛顿定律。什么是“惯性系”，何为“非惯性系”？下面我们从在本章习题里遇到的“升降机”问题中来予以说明。设某一物体在静止的起重机上时，所受的重力为G；当起重机匀加速上升（或匀减速下降）时，悬挂物体的弹簧秤的拉力T大于G；当起重机匀加速下降（或匀减速上升）时，弹簧秤的拉力T小于G。这种现象对于以地面为参考系的观察者来说，并不难理解，因为：匀加速上升时：T-G=ma，所以TG；匀加速下降时：G-T=ma，所以TG 。但是以在起重机里的观察者看来，则感到似乎物体所受的重力发生了变化。由上边的例子可以看出：以不同的参考系进行观察，对同一事件可以得出不同的认识。当我们以地面为参考系时，可以运用牛顿运动定律来考虑问题，我们称这种“牛顿运动定律能够适用的参考系”为惯性系。当我们以做变速运动的起重机为参考系时，则不能直接应用牛顿运动定律来处理问题，我们称这种系统为“非惯性系”。例如前进中的车辆骤然停止时，在惯性系中的地面上的观察者看来，车厢中的乘客没有受到外力，仍然向前做惯性运动，但车内乘客却觉得自己好像受到一个力，使自己向前倒去。人们为了使牛顿运动定律也能应用于非惯性系而引入了“惯性力”的概念。这个力不是由于物体间的相互作用而产生的，而是为了描写非惯性系的变速运动的性质而引入的假想的力；上面乘客感觉受到的力即为惯性力，为了与“惯性力”相区别，我们把物体间相互作用的力称为“牛顿力”。在非惯性系中运用牛顿第二定律处理问题时，不但要考虑“牛顿力”，而且还要考虑“惯性力”。当然，在我们中学物理教材中的力学问题，都是在惯性系中来讨论的。教学目标一、知识与技能1. 通过实验结论，归纳得出牛顿第二定律。进一步理解牛顿第二定律的内容和数学表达式。2. 知道在国际单位制中的力的单位“牛顿”是怎样定义的。会用牛顿第二定律进行有关的计算。二、过程与方法1. 以实验为基础，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。2. 培养学生的概括能力和分析推理能力。三、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。教学重点、难点教学重点牛顿第二定律的应用。教学难点牛顿第二定律的意义。教法方法1. 复习回顾，创设情景，归纳总结。2. 通过实例的分析、强化训练，使学生理解牛顿第二定律的意义。教学准备投影仪、多媒体等。教学过程一、导入新课利用多媒体播放自行车启动、汽车启动、火车启动等录像资料。教师提出问题：它们的速度变化量的比较，速度变化快慢的比较，它们分别由哪些因素决定？引导学生分析：学生观看，讨论其可能性。教师提问： 1. 物体的加速度与其所受的作用力之间存在什么关系？2. 物体的加速度与其质量之间存在什么关系？学生思考、讨论。教师引申提问：物体的加速度与其所受的作用力、质量之间存在怎样的关系呢？学生复习回顾上节课内容。板书：二、进行新课（一）牛顿第二定律 教师总结：通过上一节课的实验，我们证明了：物体的加速度与物体的合外力成正比，与物体的质量成反比。（板书） 教师引导提问：如何用数学式子把以上的结论表示出来？学生可能回答：。 教师提问：如何把以上式子写成等式？学生可能回答：需要引入比例常数k。教师总结：我们可以把上式再变形为。板书：F指的是物体受到的合力。（二）力的单位1选取合适的单位，上式可以简化。2在国际单位制中力的单位是牛顿。其实，国际上牛顿这个单位是这样定义的：质量为1 kg的物体，获得1 ms2的加速度时，受到的合外力为1 N，即板书：1 N=1 kgms2 。如果各物理量都采用国际单位，则k=1。板书：。这就是牛顿第二定律的数学表达式。（三）牛顿第二定律的理解及应用教师引导提问：牛顿第二定律不仅描述了F、m、a的数量关系，还描述了它们的方向关系，结合上节课实验的探究，它们的方向关系如何？学生可能回答：因为质量m是标量，没有方向，所以合力的方向与加速度方向相同。教师提问：同学们能否找出加速度与合外力的关系？学生可能回答：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。教师总结：加速度的方向与合外力的方向始终一致，我们说牛顿第二定律具有同向性。讨论与交流：（多媒体演示）一个物体静止在光滑水平面上，从某一时刻开始受到一个方向向右、大小为5 N的恒定外力作用，若物体质量为5 kg，求物体的加速度？若2 s后撤去外力，物体的加速度是多少？物体2 s后的运动情况如何？学生进行分组讨论。学生回答：根据牛顿第二定律，可得，代入数据可得alms2，2s后撤去外力，物体所受的力为零，所以加速度为零。由于物体此时已经有了一个速度，所以2 s以后物体保持匀速直线运动状态。课堂训练：讨论a和F合的关系，并判断下面这些说法正确的是（ ）。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，加速度也随即消失答案：ABCD教师点评：牛顿第二定律是表示力的瞬时作用规律，描述的是力的瞬时作用效果是产生加速度。物体在某一时刻加速度的大小和方向，是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向来决定的。当物体所受到的合外力发生变化时，它的加速度随即也要发生变化，Fma对运动过程的每一瞬间成立，加速度与力是同一时刻的对应量，即同时产生、同时变化、同时消失。这就是牛顿第二定律的瞬时性。注意当物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律也是正确的。例题1.某质量为1000kg的汽车在平直路面上试车，当达到72kmh的速度时关闭发动机，经过20s停下来，汽车受到的阻力是多大？重新起步加速时牵引力为2000 N，产生的加速度应为多大？（假定试车过程中汽车受到的阻力不变）学生试分析：物体在减速过程的初速度为72kmh20 ms，末速度为零，根据a（v-vo）/t得物体的加速度为a-1 ms2，方向向后。物体受到的阻力fma-l 000 N。当物体重新启动时牵引力为2 000N，所以此时的加速度为a2=（F+f）/m1 ms2，方向向车运动的方向。例题2 .如图4-3-1所示，一倾角为30的斜面上放一木块，木块上固定支架，支架末端用丝线悬挂一小球，木块在斜面上下滑时，小球与滑块相对静止共同运动，当细线：(1)沿竖直方向；(2)与斜面方向垂直；(3)沿水平方向。求上述三种情况下滑块下滑的加速度。图4-3-1教师分析：从分析小球的受力情况入手，求加速度。由题意知，小球与木块的加速度相等，则此加速度必定沿斜面方向。（1）如图4-3-2（a）所示，T与mg都是竖直方向，故不可能有加速度，T-mg=0，说明木块沿斜面匀速下滑。图4-3-2（2）如图4-3-2（b）所示，T2与mg的合力必为加速度方向，即沿斜面方向，作出平行四边形，可知： ，由牛顿第二定律知：，即加速度沿斜面向下，大小为。（3）由于细绳只能产生拉力且沿绳的方向，故小球受力情况如图4-3-2（c）所示，由图可见，即：。教师总结：根据以上的学习，同学们讨论总结一下牛顿第二定律应用时的一般步骤。1确定研究对象；2分析物体的受力情况和运动情况，画出研究对象的受力分析图；3求出合力。注意用国际单位制统一各个物理量的单位；4根据牛顿运动定律和运动学规律建立方程并求解。三、课堂小结（可引导学生总结）1.控制变量法的研究方法。2.定义力的单位“牛顿”，理解F=kma及知道它所对应的文字内容和物理意义。3.牛顿第二定律概括了运动与力的关系。它把力和物体的运动构成了一个整体，其中“桥梁”就是加速度。四、布置作业1.阅读教材P77科学漫步用动力学方法测质量。2.教材P78问题与练习第2题、3题、4题、5题。五、板书设计1. 牛顿第二定律物体的加速度与物体的合外力成正比，与物体的质量成反比。 ， 。2. 力的单位（1）在国际单位制中力的单位是牛顿。（2）国际上牛顿这个单位是这样定义的：质量为1 kg的物体，获得1 ms2的加速度时，受到的合外力为1 N，即1 N=1 kgms2 。（3）如果各量都采用国际单位，则k=1，。六、课堂作业1原来做匀加速直线运动的物体，当它所受的合外力逐渐减小时，则（ ）。A它的加速度将减小，速度也减小B它的加速度将减小，速度在增加C它的加速度和速度都保持不变D它的加速度和速度的变化无法确定2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。可是当我们用一个很小的力去推很重的桌子时，却推不动它。这是因为（ ）。A牛顿第二定律不适用于静止物体B桌子的加速度很小，速度的增量极小，眼睛不易觉察到C推力小于静摩擦力，加速度是负的D桌子所受的合力为零图4-3-33如图4-3-3所示，沿平直轨道运行的车厢中的光滑水平桌面上用弹簧拴着一个小球，弹簧处于自然长度，当旅客看到弹簧的长度变短时对火车的运动状况判断正确的是（ ）。A火车向右方运动，速度在增加中B火车向右方运动，速度在减小中C火车向左方运动，速度在增加中D火车向左方运动，速度在减小中425N的力作用在一个物体上，能使它产生2m/s2的加速度。要使它产生5m/s2的加速度，作用力为_。5用一水平恒力将质量为250kg的木箱沿水平地面推行5