【教学设计】《牛顿第二运动定律》（沪科版）.docx

牛顿第二定律 教材分析本节课主要学习牛顿第二定律的内容，以及牛顿第二定律在解决两类动力学问题中的应用。一类是已知运动学条件求解动力学问题，另一类是已知动力学条件求解运动学问题。加速度是这两类问题的桥梁。注意运用牛顿定律的步骤和注意事项，也要会分析验证牛顿运动定律实验的误差。 教学目标【知识与能力目标】1、 理解牛顿第二定律，并会简单应用2、 理解运动和力的关系3、 能综合应用牛顿运动定律解决简单的力学问题。【过程与方法目标】1、掌握整体法和隔离法的应用 2、掌握牛顿第二定律在解决两类动力学问题中的应用【情感态度价值观目标】1、激发操作兴趣，形成实事求是的科学素质及良好的实验习惯。2、培养学生发现问题、探究问题的能力。 教学重难点【教学重点】1、 牛顿第二定律的内容2、 牛顿第二定律的应用3、 验证牛顿第二定律实验【教学难点】1、 牛顿第二定律2、 牛顿第二定律的应用3、 超重和失重的讨论4、 牛顿第二定律实验 课前准备 1、多媒体课件；2、学生预习课本3、学生课前查阅相关背景资料4、了解生活中的力和物体运动相关的实例 教学过程1、 创设情景，激情导入：教师活动：提出问题让学生复习回顾实验：l、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？学生活动：学生回顾思考讨论。教师活动：（进一步提出问题，完成牛顿第二定律探究任务的引入）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？学生活动：学生思考讨论，并在教师的引导下，初步讨论其规律点评；通过多媒体演示及学生的讨论，复习回顾上节内容，激发学生的学习兴趣。培养学生发现问题、探究问题的能力。2、 新课讲解，娓娓道来1、牛顿第二定律（1）牛顿第二定律的内容物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同（2）牛顿第二定律写成比例式：aF/mFma写成等式：F=kma（k：比例系数）若物体受多个力的共同作用，则力F指的是物体所受的合力。2、力的单位（1）使质量为1kg的物体产生1ms2的加速度的力，叫做1N。规定了力的单位后，表达式F=kma中的各个物理量如果都采用国际单位，则变成了F=ma三、对牛顿第二定律的理解：（1）因果性： 与牛顿第一定律相比，牛顿第二定律定量揭示与的关系，而牛顿第一定律只是定性揭示二者之间的关系 （2 )矢量性： 合力方向决定加速度方向，由加速度方向也可以推出合力方向，两者可互推 （3）瞬时性： 当有力作用在物体上时，物体的速度会逐渐增加到某一值，但需要时间，而加速度可以瞬间达到某值，体现了牛顿第二定律作用的瞬时性（4）独立性： 一个力确定一个加速度，不受其他力的影响，合加速度可以认为取决于，也可以认为是加速度的和，但要注意是矢量合成，而不是单纯的标量相加，这一点可以从力的正交分解角度来理解，分解后的x、y轴上的力互不干扰就是利用这个原理，也可以从牛顿定律质点组方程进行理解，即，也就是合力和加速度之间可以用矢量直接合成列等式：四、超重与失重状态的分析在平衡状态时，物体对水平支持物的压力（或对悬绳的拉力）大小等于物体的重力当物体的加速度竖直向上时，物体对支持物的压力大于物体的重力，由Fmg=ma得F=m（ga）mg，这种现象叫做超重现象；当物体的加速度竖直向下时，物体对支持物的压力小于物体的重力，mgF=ma得F=m（ga）mg，这种现象叫失重现象特别是当物体竖直向下的加速度为g时，物体对支持物的压力变为零，这种状态叫完全失重状态 对超重和失重的理解应当注意以下几点：（1）物体处于超重或失重状态时，只是物体的视重发生改变，物体的重力始终存在，大小也没有变化，因为万有引力并没有改变（2）发生超重或失重现象与物体的速度大小及方向无关，只决定于加速度的方向及大小（3）在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等。五、验证牛顿第二定律实验（或探究加速度与合外力的关系）（1）实验目的 用DIS系统验证牛顿第二定律（2）实验原理 ： 或 要注意本实验中一般用钩码的重力来代替合力，而钩码的重力不仅使小车获得了加速度，同时也使它自身获得了加速度，所以实际操作起来会有一定的误差，所以一定注意控制误差，使其在可接受范围内水平轨道位移传感器（3）实验器材： DIS系统（计算机、传感器（位移传感器/光电门传感器）、数据采集器）、天平、斜面、小车、钩码若干）实验步骤： 用DIS研究加速度与作用力的关系。 a用天平测小车的质量。 b测量钩码的重力（钩码质量远小于小车质量, 钩码的重力大小才可作为对小车的拉力）。 c在轨道上放置小车并安装传感器，连接线路，将细线连接小车，跨过滑轮系住小钩码，释放小车测加速度。（平衡小车受的摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下垫一块木板,反复移动木板位置,直到车在斜面上运动时可保持匀速直线运动,这时车所受的阻力恰与车所受到的重力在斜面方向上的分量平衡等效法） d将上述测得的数据记录在表格中。 e保持小车质量不变，改变钩码的质量大小重复实验。 f处理实验数据归纳得出结论。 用DIS研究加速度与物体质量的关系 a用天平测小车的质量。 b测量钩码的重力（作为对小车的拉力）。 c在轨道上放置小车并安装传感器，连接线路，将细线连接小车，跨过滑轮系住小钩码，释放小车测加速度。 d将上述测得的数据记录在表格中。 e保持小车钩码质量不变，改变小车的质量重复实验。 f处理实验数据归纳得出结论。）（4）数据处理： 一般数据处理时采用描点画图法，要理解图像中横纵截距、最值或是特殊点的物理意义：摩擦力与钩码质量变大对实验结果的影响。a/ms-2AF/N0BC注意事项： 实验时钩码的质量应远小于小车的质量，只有如此，钩码的重力大小才可作为对小车的拉力 平衡小车受的摩擦力时不要挂钩码。可以只平衡一次摩擦力 在小车停止运动前应按住小车。三、典例精析1、在牛顿第二定律公式中，关于比例系数k的数值，下列说法正确的是（ ）A在任何情况下k都等于1 Bk的数值是由质量、加速度和力的大小决定Ck的数值是由质量、加速度和力的单位决定D质量、加速度和力分别用千克、米/秒2和牛顿做单位，k的数值等于1 【答案】CD【解析】表达式F=kma，所以k的数值由质量、加速度、力的单位决定的。当规定了力的单位后，质量、加速度、力都采用国际单位时，则k的数值就变成1。2.如图所示，电梯与水平面夹角为30o,当电梯加速向上运动时，人对梯面压力是其重力的6/5，则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍？300【答案】【解析】对人受力分析，他受到重力mg、支持力FN和摩擦力Ff作用，如图1所示.取水平向右为x轴正向，竖直向上为y轴正向，此时只需分解加速度。据牛顿第二定律可得：,因为，解得.3.如图所示，在箱内倾角为的固定光滑斜面上用平行于斜面的细线固定一质量为m的木块。求：箱以加速度a匀加速上升，箱以加速度a向左匀加速运动时，线对木块的拉力F1和斜面对箱的压力F2各多大？【答案】(1) , (2)，【解析】（1）向上时，由于箱受的合外力竖直向上，重力竖直向下，所以F1、F2的合力F必然竖直向上。可先求F，再由和求解，得到： ,显然这种方法比正交分解法简单。（2）向左时，箱受的三个力都不和加速度在一条直线上，必须用正交分解法。可选择沿斜面方向和垂直于斜面方向进行正交分解，（同时正交分解），然后分别沿x、y轴列方程求F1、F2：，还应该注意到F1的表达式显示其有可能得负值，这意味这绳对木块的力是推力，这是不可能的。这里又有一个临界值的问题：当向左的加速度时沿绳向斜上方；当时木块和斜面不再保持相对静止，而是相对于斜面向上滑动，绳子松弛，拉力为零。4、如图所示，弹簧S1的上端固定在天花板上，下端连一小球A，球A与球B之间用轻绳相连，球B与球C之间用弹簧S2相连A、B、C的质量分别为mA、mB、mC，弹簧的质量均不计已知重力加速度为g开始时系统处于静止状态现将A、B间的绳突然剪断，线刚剪断时A的加速度大小为 ，C的加速度大小为 【答案】，0【解析】细线剪断前，BC球整体受重力和细线拉力T，故：T=（mB+mC）g；细线剪断前，A球受到重力、细线的拉力和上方弹簧的弹力，根据平衡条件，有：T+mAgF1=0；解得：F1=（mA+mB+mc）g细线剪断后，小球C受力情况不变，故加速度为零；细线剪断后，小球A受重力和上面的弹簧的拉力，根据牛顿第二定律，有：F1mAg=mAa解得：a=故答案为：，05、如图所示，质量为m的金属块放在水平桌面上，在与水平方向成角斜向上、大小为F的拉力作用下，以速度v向右做匀速直线运动重力加速度为g求：（1）求金属块与桌面间的动摩擦因数 （2）如果从某时刻起撤去拉力，则撤去拉力后金属块在桌面上还能滑行多远？【答案】，【解析】（1）取物体的运动方向为正，由平衡条件有 又 所以有 （2）由牛顿第二定律有 据有 四、课程小结 1、应用牛顿第二定律的解题步骤，并归纳总结出应用牛顿第二定律的解题步骤：（1）确定研究对象（2）对研究对象进行正确的受力分析或运动情况分析（3）利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度（4）利用运动学公式或牛顿第二定律进一步求解要求的物理量（5）检验结果是否合理两类动力学基本问题的解题思路图解如下：牛顿第二定律可见，不论求解那一类问题，求解加速度是解题的桥梁和纽带，是顺利求解的关键。2、对牛顿第二定律的深化理解（1）同一性：a，F，m是对同一个物体而言（2）矢量性：加速度的方向和合外力的方向一致（3）瞬时性：有力就有加速度，力恒定不变，加速度也恒定不变。力随着时间改变，加速度也随时间改变。力停止作用，加速度也随着消失。（4）独立性：作用在物体上的每个力都能独立地各自产生各自的加速度，物体运动的加速度为每个力产生的加速度的矢量和五、课后作业1、一个物体由长为l=1.0m.倾角=300的斜面顶点从静止开始下滑，已知物体和斜面间动摩擦因数=0.35，取g=10m/s2，求物体滑到斜面底端时所需时间及速率。 2、 一个水平恒力能使质量为m1的物体在光滑水平面上产生a1的加速度，也能使质量为m2的物体在光滑水平面上产生a2的加速度，则此力能使质量为m1+m2的物体在光滑水平面上产生的加速度a等于（ ）A.a1+a2 B. C. D.3、质量m=5kg的物体，置于倾角=37的粗糙斜面上。用平行斜面的大小为40N的力推物体，使其沿斜面向上匀速运动，求地面对斜面体的静摩擦力的大小。 （g=10m/s2,sin=0.6，cos=0.8）4、质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？（1）升降机匀速上升（2）升降机以4 m/s2的加速度上升（3）升降机以5 m/s2的加速度下降（4）升降机以重力加速度g加速下降（5）以加速度a=12 m/s2加速下降5、如图1为研究加速度和力的关系的实验装置