牛頓第二定律教案

　　作為一名教職工，可能需要進行教案編寫工作，編寫教案有利于我們科學(xué)、合理地支配課堂時間。寫教案需要注意哪些格式呢？下面是小編為大家整理的牛頓第二定律教案，希望能夠幫助到大家。

　　一、教學(xué)目標(biāo)

　　1.物理知識方面的要求:

　　(1)掌握牛頓第二定律的文字內(nèi)容和數(shù)學(xué)公式;

　　(2)理解公式中各物理量的意義及相互關(guān)系;

　　(3)知道在國際單位制中力的單位"牛頓"是怎樣定義的。

　　2.以實驗為基礎(chǔ),通過觀察、測量、歸納得到物體的加速度跟它的質(zhì)量及所受外力的關(guān)系,進而總結(jié)出牛頓第二定律。培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Α⒏爬�能力和分析推理能力�?/p>

　　3.滲透物理學(xué)研究方法的教育。實驗采用控制變量的方法對物體的a、F、m三個物理量進行研究;運用列表法處理數(shù)據(jù),使學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的;認識到由實驗歸納總結(jié)物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法。

　　二、重點、難點分析

　　1.本節(jié)的重點內(nèi)容是做好演示實驗。讓學(xué)生觀察并讀取數(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)確地操作實驗就是本課的關(guān)鍵點。同時,也只有講清實驗裝置、原理和圓滿地完成實驗才能使學(xué)生體會到物理學(xué)研究的方法,才能達到掌握方法、提高素質(zhì)的目標(biāo)。

　　2.牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達式簡單完美,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,對學(xué)生來說是較困難的。這一難點在本課中可通過定律的辨析和有針對性的鞏固練習(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)用過程中去體會和理解。

　　三、教具

　　小車、木板、滑輪、鉤碼、投影儀。

　　四、主要教學(xué)過程

　　(一)引入新課

　　由牛頓第一定律可知,力是改變物體運動狀態(tài)的原因。而物體運動狀態(tài)的改變是物體運動速度發(fā)生變化,即加速度不為零。因而力又是產(chǎn)生加速度的原因,加速度與力有關(guān)。

　　由牛頓第一定律還可知:一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài),這種性質(zhì)叫慣性。而質(zhì)量是物體慣性大小的量度,因而加速度跟質(zhì)量有關(guān)。

　　那么物體運動的加速度跟物體質(zhì)量及受力之間存在什么樣的關(guān)系?我們通過實驗來探求。

　　(二)教學(xué)過程設(shè)計

　　1.實驗設(shè)計

　　(1)啟發(fā)學(xué)生按如下思路得出實驗方法:對于一個物體(使m不變),不受力時加速度為零→受力后加速度不為零→受力越大則加速度越大。

　　用同樣的力(使F不變)作用于不同物體→質(zhì)量小的易被拉動→質(zhì)量越小加速度越大。

　　就是說,在研究三個變量的關(guān)系時,要使其中一個量不變,即控制變量的方法。

　　(2)啟發(fā)學(xué)生按如下思路得出實驗原理:測定物體加速度的方法有多種,如利用打點計時器、分析紙帶等,這些方法較精確但費時→尋找一種用其它物理量直觀反應(yīng)加速度大小的辦法→由

　　我們的實驗就是由兩個小車在相同時間內(nèi)的位移來反映加速度大小跟力和質(zhì)量的關(guān)系

　　(2)實驗裝置

　　實驗采用必修本所述裝置稍加改進。在圖1中a、b、c三個位置加裝光滑金屬環(huán)以控制線繩位置不使脫落;另外通過環(huán)a將兩繩合并在一起可直接用手操作,以避免鐵夾操作的困難。這樣雖然增大了阻力,但只需使木板稍前傾平衡摩擦力即可。木板側(cè)面的刻度用以讀出位移大小。

　　3.實驗過程

　　(1)加速度跟力的關(guān)系

　　使用兩個相同的小車,滿足m1=m2;在連小車前的繩端分別掛一個鉤碼和兩個鉤碼,使F1=F2。將二小車拉至同一起點處,記下位置。放手后經(jīng)一段時間使二小車同時停止,滿足時間t相同。讀出二小車的位移填入表1:(投影)

　　表1

　　第一次第二次

　　m/kg F1/N s/m F′/N s′/m

　　小車1 0.2 0.2 0.32 0.3 0.31

　　小車2 0.2 0.1 0.15 0.1 0.10

　　比較可得,在誤差允許的范圍內(nèi),a∝F。

　　(2)加速度跟質(zhì)量的關(guān)系

　　將小車1上加0.2kg砝碼,使m1=2m2;二小車前面繩端都掛一個鉤碼,使F1=F2。將二小車拉至同一起點處放開經(jīng)一段時間使其同時停止,讀出各小車位移記入表2:(投影)

　　表2

　　第一次第二次

　　F/N m/kg s/m m/kg s/m

　　小車1 0.1 0.4 0.15

　　小車2 0.1 0.2 0.31

　　4.定律導(dǎo)出

　　成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,即牛頓第二定律的基本關(guān)系。寫成數(shù)學(xué)

　　(2)上式可寫為等式F=kma,式中k為比例常數(shù)。如果公式中的物理量選擇合適的單位,就可以使k=1,則公式更為簡單。

　　在國際單位制中,力的單位是牛頓。牛頓這個單位就是根據(jù)牛頓第二定律來定義的:使質(zhì)量是1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力為1N,即1N=1kg·m/s2。

　　可見,如果都用國際單位制中的單位,就可以使k=1,那么公式則簡化為F=ma,這就是牛頓第二定律的數(shù)學(xué)公式。

　　(3)當(dāng)物體受到幾個力的作用時,牛頓第二定律也是正確的,不過這時F代表的是物體所受外力的合力。牛頓第二定律更一般的表述是:

　　物體的加速度跟所受的外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。

　　數(shù)學(xué)公式是:F合=ma。

　　5.定律的理解

　　牛頓第二定律是由物體在恒力作用下做勻加速直線運動的情形下導(dǎo)出的,但由力的獨立作用原理可推廣到幾個力作用的情況,以及應(yīng)用于變力作用的某一瞬時。還應(yīng)注意到定律表述的最后一句話,即加速度與合外力的方向關(guān)系,就是說,定律具有矢量性、瞬時性和獨立性,所以掌握牛頓第二定律還要注意以下幾點:

　　(1)定律中各物理量的意義及關(guān)系

　　F合是物體(研究對象)所受的合外力,m是研究對象的質(zhì)量,如果研究對象是幾個物體,則m為幾個物體的質(zhì)量和。a為研究對象在合力F合作用下產(chǎn)生的加速度;a與F合的方向一致。

　　(2)定律的物理意義

　　從定律可看到:一物體所受合外力恒定時,加速度也恒定不變,物體做勻變速直線運動;合外力隨時間改變時,加速度也隨時間改變;合外力為零時,加速度也為零,物體就處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。

　　牛頓第二定律以簡單的數(shù)學(xué)形式表明了運動和力的關(guān)系。

　　6.鞏固練習(xí)

　　(1)從牛頓第二定律知道,無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度�？墒俏覀冇昧μ嵋粋�很重的物體時卻提不動它,這跟牛頓第二定律有無矛盾?為什么?

　　答:沒有矛盾,由公式F=ma看,F合為合外力,無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度,這個力應(yīng)是合外力�，F(xiàn)用力提一很重的物體時,物體仍靜止,說明合外力為零。由受力分析可知F+N-mg=0。

　　(2)對一個靜止的物體施加一個力,物體一定做加速運動,對嗎?

　　答:略。理由同上。

　　(3)下面哪些說法不對?為什么?

　　A.物體所受合外力越大,加速度越大。

　　B.物體所受合外力越大,速度越大。

　　C.物體在外力作用下做勻加速直線運動,當(dāng)合外力逐漸減小時,物體的速度逐漸減小。

　　D.物體的加速度大小不變一定受恒力作用。

　　答;B、C、D說法不對。根據(jù)牛頓第二定律,物體受的合外力決定了物體的加速度。而加速度大小和速度大小無關(guān)。所以,B說法錯誤。物體做勻加速運動說明加速度方向與速度方向一致。當(dāng)合外力減小但方向不變時,加速度減小但方向也不變,所以物體仍然做加速運動,速度增加。C說法錯誤。

　　加速度是矢量,其方向與合外力方向一致。加速度大小不變,若方向發(fā)生變化時,合外力方向必然變化。D說法錯。

　　(三)課堂小結(jié)(可引導(dǎo)學(xué)生總結(jié))

　　1.這節(jié)課以實驗為依據(jù),采用控制變量的方法進行研究。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)已掌握的知識設(shè)計實驗、探索規(guī)律是物體研究的重要方法。

　　2.定義力的單位"牛頓"使得k=1,得到牛頓第二定律的簡單形式F=ma。使用簡捷的數(shù)學(xué)語言表達物理規(guī)律是物理學(xué)的特征之一,但應(yīng)知道它所對應(yīng)的文字內(nèi)容和意義。

　　3.牛頓第二定律概括了運動和力的關(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,而加速度影響著物體的運動情況。因此,牛頓第二定律是把前兩章力和物體的運動構(gòu)成一個整體,其中的紐帶就是加速度。

　　五、說明

　　1.本課以必修教材為依據(jù)。實驗采用課文所述裝置,簡單直觀,易得出結(jié)論。缺點是不夠精確,操作亦須謹慎,否則會出現(xiàn)誤差較大的情形。重復(fù)實驗時,也可逆向操作驗證。先確定二小車距終點位移,然后放手由同時到達終點驗證,操作較容易。有條件的學(xué)�？墒褂脷鈮|導(dǎo)軌、光電門進行精確測量驗證。

　　2.通過定律的探求過程,滲透物理學(xué)研究方法,是整個物理教學(xué)的重要內(nèi)容和任務(wù)。本節(jié)內(nèi)容即為一典型探求過程:運用控制變量、實驗歸納的方法研究三個變量的關(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U、d、E的關(guān)系等都要用到。這是人類認識世界的常用方法。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動和受力緊密聯(lián)系,使前三章構(gòu)成一個整體,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內(nèi)涵和外延,避免重公式、轉(zhuǎn)文字的現(xiàn)象。數(shù)學(xué)語言可以簡明地表達物理規(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)的運動和力的復(fù)雜多變的情況。否則就會將活的規(guī)律變?yōu)樗赖墓��?/p>

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