1、高考资源网第三章 B 牛顿第二定律一、 教学任务分析牛顿第二定律是继牛顿第一定律后定量研究物体的加速度与受到的外力及物体的质量间的关系。牛顿第二定律内容是本章的重点，也是整个经典力学的基础和核心之一，同时也为以后学习机械能、周期运动等知识奠定基础。学习牛顿第二定律需要以高考资源网静力学和运动学等知识为基础。从滑板车实验入手，使学生定性地了解：物体的加速度与作用力有关，与物体本身的质量有关。在DIS实验设计过程中，以“小车”为研究对象，讨论诸如应该控制的是哪些变量、如何控制这些变量、如何测量小车受到的牵引力和如何测定小车的加速度等问题，以及如何根据实验数据采用物理图像的方法来分析研究实验的结论。
2、然后DIS通过实验，归纳出物体的加速度与受到的作用力及物体质量之间的定量关系，得出牛顿第二定律的一般表达式。通过定义力的单位“牛顿”，得出牛顿第二定律的表达式。通过简单的实例训练，巩固所学知识。在DIS实验过程中，使学生体验“科学猜想”、“控制变量”方法，在数据处理过程中，感受“归纳推理”等多种物理学研究方法，培养学生观察分析、比较判断、归纳总结及处理实际问题的能力。 二、教学目标1知识与技能(1) 知道物体的加速度与受到的外力F及与物体的质量间的关系，理解力是产生加速度的原因，知道物理定律的含义。(2) 理解加速度方向与合外力方向间的关系，理解加速度大小、质量大小和外力大小间的关系。(3)
3、知道在国际单位制中力的单位“牛顿“是如何定义的。(4) 能根据现有器材设计实验方案，通过实验及数据处理，学会相关的实验技能。2过程与方法(1) 通过DIS实验对F、m、a三个物理量进行研究，感受实验探究物理规律的基本过程，体会控制变量的研究方法。(2) 在对实验数据处理过程中，感受用图像研究物理问题的科学方法，认识由实验归纳到总结物理规律是研究物理学的基本方法。3情感、态度与价值观(1) 在探究力、质量、加速度三者关系的过程中，树立认真的科学态度，实事求是的道德品质，严谨、有序的思维习惯。(2) 通过DIS实验操作过程，养成合作意识和乐观向上的品质。三、教学重点与难点重点：探究并理解牛顿第二定
4、律。难点：如何应用DIS进行实验设计。四、教学资源1、物理实验：(1) 演示实验：定性研究加速度与力、质量间关系：滑板车（两只）、DIS实验器材（包括：力传感器、电脑、数据采集器等）。(2) 学生实验：定量研究加速度与力、质量间关系：小车、长木板、小桶、砝码、细线、DIS实验器材（包括：运动传感器、电脑、数据采集器等）。2、信息化平台：多人一机的网络教室、文件管理展示平台。说明： 若有其它情景，实验器材可根据需要增减。 也可利用一些教学图片或生动的事例来说明加速度与力、质量间的关系。如：“神舟六号”发射过程需要很大的推力、为什么苹果熟了落向地球，而不是地球落向苹果？等等。五、教学设计思路本设计
5、包括加速度与力的关系、加速度与质量的关系、力的单位“牛顿”的定义三部分内容。本设计的基本思路是：从滑板车实验入手，在引导学生定性归纳出加速度与作用力、质量有关的基础上，以“小车”为研究对象，通过DIS实验探究三者间定量关系，在规定了力的单位后，再引导学生总结出牛顿第二定律的一般表达式。本设计要突破的重点是：加速度与作用力、质量三者间定量关系。方法是：通过DIS实验，采用“控制变量”法，分别研究加速度与作用力、加速度与质量间关系，应用物理图像对实验数据进行分析讨论。本设计要突破的难点是：如何应用DIS进行实验设计。方法是：在通过实验，了解加速度与作用力、质量之间定性关系的基础上，通过对DIS实验
6、关键步骤的讨论来突破难点。DIS实验的关键步骤包括：以“小车”为研究对象，有哪些“变量”、如何控制“变量”进行实验，以及如何通过对物理图像的分析研究得出实验的结论等。本设计强调问题讨论、DIS实验研究、教师指导等多种教学策略的应用，强调通过学生主动参与，培养学生实验、比较判断、归纳概括的能力，使学生学会运用电脑分析和处理数据，掌握用物理图像研究物理问题的一些基本思路和方法，使之感受“实验探究”、“归纳总结”等科学方法，提高探究学习的兴趣。完成本设计的内容约需2课时。六、教学流程：1、教学流程图活动III学生探究实验1活动IV学生探究实验2控制变量牛顿第二定律活动V简单应用活动I滑板实验1滑板实
7、验2a与物体的m有关a与F的大小有关问题设问2活动II滑板实验3情景滑板车设问12流程图说明情景 滑板车，设问1活动 滑板实验1一个同学站在车上，用不同的力推墙壁（力的大小通过DIS力传感器读出），看滑板车（连同学生）受不同大小的外力作用时滑出距离间关系。活动 滑板实验2二个质量不同的同学分别站在两个滑板车上互推，看滑板车（连同学生）受同样大小的外力作用时滑出距离间关系。通过学生观察滑板车实验分析加速度与力及质量间定性关系。说明：滑板车实验中人受到墙壁的作用力实际上在人离开墙壁时就不再作用在人身上了，所以此实验中滑板车后来的运动实际上是靠惯性前进的。墙对人的力越大，在t时间（人与墙壁接触的时间
8、）内车产生的加速度也越大，得到的速度也就越大，所以车就滑的越远，所以此实验不是直接的、持续的力作用在车上（因很难找到持续作用的力的情景，因此只能用瞬间力来代替），用的是替代法。这样可为下面的学生实验用小桶及内部的物体的重力替代小车的拉力作铺垫。活动 学生探究实验1DIS实验，控制变量物体质量m一定，定量研究加速度a与力F间关系。活动 学生探究实验2DIS实验，控制变量力F一定，定量研究加速度a与物体质量m间关系。然后应用DIS对探究实验1、2所获得的实验数据，进行图像处理，再通过对图像的分析、归纳，总结出牛顿第二定律。说明：若是用DIS实验处理数据的，可先不讲平衡阻力，介绍完器材后让学生直接控
9、制变量开始实验，得出图像后再引导学生分析图像的斜率、截距、图线的弯曲问题等，这样处理对学生分析问题能力的提高很有益。若是用传统的实验器材，要先引导学生分析如何处理阻力问题？如何判断阻力已被平衡？是不是每改变一次F或，都要重新平衡阻力？活动 简单应用通过简单的实例，巩固所学知识。3、教学主要环节 本设计采用情景活动问题归纳应用的模式组织教学，整个教学过程可分为三个主要的教学环节： 第一环节，通过情景和学生参与的演示实验，定性得到影响加速度大小的因素。第二环节，通过DIS实验，定量得到a与m、F之间的关系，并通过归纳总结，得出牛顿第二定律。第三环节，通过简单的实例，巩固所学知识。七、教案示例1情景
10、引入由牛顿第一定律知道：力是改变物体运动状态的原因，请问：运动状态的改变指什么物理量的改变？（生：速度）由运动学我们知道速度改变会产生加速度，那么影响加速度的因素有哪些呢？让学生总结影响加速度的因素是：外力F、物体的质量。加速度与F、间到底有什么关系？（这儿可以先让学生猜想一下，提高学生的兴趣，然后再做实验）下面我们用实验来研究它们间的关系。学生开始滑板车实验：（1）事先将DIS实验中的力传感器拿在手上，让同学甲第一次用较小的力推墙壁，电脑屏幕上显示力的数值，甲同学滑出一定距离s1；第二次用较大力推墙壁，甲同学滑出一定距离s2，s2s1。（2）让甲、乙两个质量不等的同学分别站在同一型号的滑板车
11、（保证车与地面间的动摩擦因素相同）上互推，他们受到的推力等大，看它们分别滑出的距离s1和s2，s2s1。通过实验使学生认识到：加速度与物体所受的外力和物体的质量都有关，而且加速度只与力和质量两个因素有关。2、导入新课老师利用上述滑板车实验，引导学生思考：如何研究三个物理量间的关系？会有学生知道叫控制变量法，若不知道，教师只好启发、举例说明等。也可能会有学生说先让一个量不变，研究另二个物理量间的关系，若这样说了，教师可直接说明：物理上把这种方法叫控制变量法，它是物理研究中经常采用的一种科学方法。再启发学生：如何测定物体的加速度？学生会说出学过的方法，如：（1）用新教材的同学会说用DIS实验器材中
12、的运动传感器；（2）用老教材的同学会说用打点计时器。（3）利用s，比较位移。（还可能有其它方法，只要行即可。）3、实验探究(1)先介绍桌子上的实验器材，指出今天实验的研究对象是小车。(2)让学生思考如何给小车一个恒定的拉力？(3)利用现有器材设计实验步骤；(4)学生利用DIS实验系统动手实验，采集数据，并进行数据处理（根据实验数据由电脑绘出相关物理量的图线：a与F的关系，a与的关系）。分析图像时可抓住以下几点：曲为直：将a m 图转换成 图讨论。象不过坐标原点，分析截距的意义，说明是何原因引起的？实验时没有考虑小车质量与小桶质量间的关系，得到的图像会在上部发生弯曲，教师可先定性地引导学生分析，
13、等牛顿第二定律公式出来后再讨论。(5) 实验结论质量一定的情况下，加速度a与作用力F成正比，写作： 在作用力F一定的情况下，加速度a与物体质量成反比，写作：由此总结出牛顿第二定律：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，用公式表示为：改写为等式：F k ma。其中k为比例常数，由公式中各物理量的单位选取有关。说明k1的意义：使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力为1N时，k1。所以牛顿第二定律的表达式为：F ma（6）公式的物理意义教师可从公式的矢量性、瞬时性、F是合外力等几个方面加以说明，加深学生对公式的理解。 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
14、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，还同时跟物体的质量有关。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。巩固练习题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可能提不动它，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。现在用力提这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。题2 有关牛顿第二定律的以下说法中不正确的是（A）A、由，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。题3 如图所示，质量为2kg的物体，在水平力F1 = 6N，F2 = 4N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 ( D )F1 F2A、一定是1m/s2。B、一定是2 m/s 2。C、一定是3 m/s 2。D、无法确定。4、布置作业：略