1、第四章牛顿运动定律章末复习一、 教材分析本章是在前面对运动和力分别研究的基础上的延伸研究力和运动的关系，建立起牛顿运动定律。牛顿运动定律是动力学的基础，是力学中也是整个物理学的基本规律，正确地理解惯性概念，理解物体间的相互作用的规律，熟练地运用牛顿第二定律解决问题，是本章的学习要求，也为进一步学习今后的知识，提高分析解决问题的能力奠定基础。本章还涉及到了许多重要的研究方法，如：在牛顿第一定律的研究中采用的理想实验法；牛顿第二定律中的控制变量法；运用牛顿第二定律处理问题时常用的整体法与隔离法，以及单位的规定方法，单位制的创建等。对这些方法要认真体会、理解，以提高认知的境界。为了更扎实地理解牛顿第
2、二定律，本章第二节安排了实验：探究加速度与力、质量的关系，并提供了参考案例，实验操作方便，规律性强，结论容易获得，控制变量法在此得到了实践。第五节牛顿第三定律的研究引入了传感器计算机的组合，现代气息浓厚，实验效果很好。物理知识来源于生活，最终应用于生活，本章的后两节就是牛顿运动定律的简单应用二、 教学目标1、知识与技能1、理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持。2、理解牛顿第一定律，知道它是逻辑推理的结果，不受力的物体是不存在的。3、理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度2、过程与方法1、培养学生分析问题的能力，要能透过现象了解事物的本质，不能不加研究、分析而只凭经验，对物理问题决
3、不能主观臆断正确的认识力和运动的关系2、帮助学生养成研究问题要从不同的角度对比研究的习惯3、培养学生逻辑推理的能力，知道物体的运动是不需要力来维持的。3、情感、态度与价值观1、利用一些简单的器材，比如：小球、木块、毛巾、玻璃板等，来对比研究力与物体运动的关系，现象明显，而且更容易推理。2、培养科学研究问题的态度。3、利用动画演示伽利略的理想实验，帮助学生理解问题。4、利用生活中的例子来认识惯性与质量的关系。培养学生大胆发言，并学以致用。三、 教学重点1、惯性是物体的固有属性，质量是物体惯性大小的量度；运用惯性概念，解释有关实际问题。2、通过实验测量加速度、力、质量，分别作出加速度与力、加速度与
4、质量的关系图像；根据图像写出加速度与力、质量的关系式，体会“控制变量法”对研究问题的意义。3、牛顿第二定律的内容，会用正交分解法和牛顿第二定律解决实际问题。4、物理公式既确定物理量之间的关系，又确定物理量单位间的关系；基本单位、导出单位和单位制；国际单位制中力学的三个基本单位；单位制在物理学中的重要意义。5、通过对具体实例的观察和演示实验，认识力的作用是相互的；能找出某个力对应的反作用力，掌握牛顿第三定律的内容,运用牛顿第三定律解释生活中的有关问题。6、动力学两类基本问题求解基本思路和一般步骤。7、共点力平衡条件的应用；应用牛顿运动定律解决超、失重问题。四、 教学难点1、理想实验的推理过程；对
5、牛顿第一定律的理解。2、明确实验目的、分析实验思路、制定实验方案、得出实验结论；认识数据处理时变换坐标轴的技巧，了解将”不易测量的物理量转化为可测物理量”的实验方法，会对实验误差作初步分析。3、加速度与物体所受的合力之间的关系（正比性、同体性、瞬时性和矢量性）。4、利用物理公式得出单位之间的关系；根据物理量单位之间的关系，判断运算表达式是否错误。5、运用牛顿第三定律解决受力分析中的相互作用力问题；区分平衡力和作用力与反作用力。6、物体的受力分析与运动情况分析。7、超重失重现象的理解。五、 教学过程一知识复习 本课学习内容是第三章牛顿运动的第1节第3节，即牛顿第一定律；物体运动状态的改变；牛顿第
6、二定律。 本课学习目的是以下三点： 知道伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识，知道伽利略的理想实验及其推理过程和结论，知道理想实验是科学研究的重要方法；理解牛顿第一定律的内容和意义；知道什么是惯性，会正确解释有关惯性的现象。 理解力是使物体产生加速度的原因，理解质量是惯性大小的量度。 理解加速度与力的关系，理解加速度与质量的关系，知道得出这两个关系的实验；知道国际单位制中力的单位是如何定义的；理解牛顿第二定律的内容，知道牛顿第二定律表达式的确切含义；会用牛顿第二定律进行简单的计算。二要重点讲解： 1力不是维持物体运动的原因 (1)伽利略理想实验.伽利略理想实验说明了物体维持自己的运动并不
7、需要力.如果我们能够细心观察、分析一些常见物体的运动，也很容易验证伽利略的结论.滚动的足球会停下来，不是因为没有维持它运动的力，而是因受到摩擦阻力的作用.瓦片可以在水平冰面上滑行很远才停止，就是所受摩擦力很小的缘故.假设冰面对瓦片无阻力且空气阻力也可忽略，瓦片将会沿冰面一直滑行下去，而无需施加任何沿运动方向的外力. 在实际生活中，我们很难找到使物体不受任何阻力的实验环境，这就显示了伽利略理想实验的优越性.理想实验是科学研究的重要方法. (2)运动是物质自身的属性.自然界中的任何物体都处在永不停止的运动中.我们看到一幢大楼是静止的，这其实是以地面为参照物的观察结果.若以太阳为参照物，大楼一方面与
8、地球一起绕地轴转动，另一方面还要随地球一起绕太阳转动.整个宇宙中，大到恒星、星系，小到原子、电子，都处在永不停止的运动中.可见运动是物体自身的属性，只要物体存在，它就必然要运动.从这个意义上讲，物体的运动也无需外力去维持. 2惯性. (1)惯性是物体的固有性质.牛顿第一定律告诉我们，物体在不受外力作用时将保持自己原来的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态，这是一切物体所固有的性质即物体的惯性.任何物体都具有惯性，这与物体是运动着的还是静止的无关，也与物体正在作何种运动无关. (2)物体的惯性与物体的受力状况无关.牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态，即物体不受外力作用的状态.实际上任何物体均
9、与周围物体发生相互作用,不受外力作用的物体是不存在的.但物体受到外力作用并不会引起物体惯性的变化.若物体所受外力的合力为零，物体将保持自己的运动状态：匀速直线运动或静止.显然，物体的惯性与不受外力时相同.若物体作变速运动，也不能说物体就不具有惯性.如物体在重力作用下作自由落体运动,物体的速度不断增加，运动状态不断改变，但并不说明物体的惯性已经消失.在运动中的任一时刻，若给物体施一大小与重力相等、方向与重力相反的外力，则物体将保持那一时刻的速度作匀速直线运动.这说明了，物体的惯性并没有发生变化.运动状态的变化是受外力作用的结果，但运动状态的变化并不是物体惯性的变化，物体的惯性与是否受外力以及所受
10、合外力是否为零均无关. 3物体运动状态的改变. 物体运动状态的变化与物体所受外力和物体的惯性均有关.力是物体改变运动状态的原因，而惯性决定着物体改变运动状态的难易程度. (1)力是物体产生加速度的原因.物体在不受外力作用或所受外力的合力为零时均保持自己原来的运动状态而不会发生运动状态的变化，只有当物体所受合外力不为零时，物体的运动状态才会改变，力是改变物体运动状态的原因.当物体运动状态发生变化时，物体的速度必然发生变化(大小变化，方向变化或大小、方向均变化)，因而此时物体的合力必定不为零.这就是说，物体有加速度时，物体所受外力的合力必定不为零，即力是物体产生加速度的原因. (2)质量是物体惯性
11、大小的量度，在同样外力作用下，质量越大的物体，改变其运动状态就越困难.例如，用同样大小的水平力推两辆原静止在水平面上的小车，一辆空车，一辆装满货物.要使它们达到相同的速度，实车比空车所需时间要长.物体的惯性是物体保持原有运动状态的特性，惯性越大，说明物体保持自己原来运动状态的能力越大，亦即改变物体运动状态就越困难.可见质量越大，物体的惯性越大.质量越小，物体的惯性越小.物体的惯性大小可以用质量去量度. 初中时我们学过“质量是物体所含物质的多少”，这与我们现在学习的“质量是物体惯性大小的量度”并不矛盾，这是质量所具有两种物理意义. 4正确理解牛顿第二定律 同一性 牛顿第二定律中是物体（或系统）所
12、受的合外力，a是指同物体（或同系统）的加速度，而m是该物体（或该系统）的质量，即、m、a对应与同一研究对象，这就是研究对象的同一性。 矢量性 合外力F和加速度a均是矢量，所以牛顿第二定律=ma是一个矢量关系式。物体的加速度a的方向始终与物体所受的合外力F的方向一致，此即a、F的同向性（或矢量性），而决不能理解为与物体的速度方向相同或相反。 因果性 物体受到的合外力不为零就一定产生加速度，力是产生加速度的原因。=ma中的“=”号说明与ma的数量相等，方向相同，不能把ma与看作是相同的物理量，ma不是一个力。 瞬时性 牛顿第二定律所揭示的规律具有瞬时性，表现为：加速度与合外力对应于同一时刻，即合外
13、力为零时，加速度为零，物体保持静止或匀速直线运动；合外力为恒力时，加速度不变，物体做匀速直线运动；而当合外力为变力或物体变质量时，加速度随着变化，物体做变加速运动。注意：因为力可以发生突变，所以加速度也可以发生突变，而速度不能突变。 独立性 牛顿第二定律=ma中，若物体同时受到几个外力的作用，一个外力对应产生一个加速度，某方向的合外力对应在该方向产生一个加速度，每个加速度的方向与所对应的外力方向相同。求解某方向的问题时就只考虑该方向的力所产生的加速度，这就是a和F的独立性。 相对性 在牛顿第二定律中，加速度a与参照物的选取有关。在处理问题时，必须选取相对于地球保持静止或做匀速直线运动的物体为参
14、照物，这就是牛顿第二定律的相对性。通常我们选取地球为参照物，若物体的加速度不是相对与地球的，则必须将其转化为相对与地球的加速度，然后才可代入=ma中求解。 统一性 在国际单位制中，F的单位为牛（N），质量的单位为千克（kg），加速度的单位为米/秒2（m/s2）只有采用国际单位制，才存在关系式=ma，所以应用牛顿第二定律时必须注意单位的统一性。 适用性 牛顿第二定律只适用与宏观物体相对惯性参照系做低速运动的情形。所谓惯性参照系是指参照物本身没有加速度，相对于地面静止或匀速直线运动的参照物可以看作惯性系。所谓低速是指物体运动速度比光速小得多，当研究电子、质子等接近光速运动时，牛顿第二定律就不再适用
15、了。 牛顿第二定律的初步应用应用牛顿第二定律解题时，常见的较简单的问题有两类：第一类是已知物体的受力状况，应用牛顿第二定律求出加速度，再进一步去研究物体的运动；第二类是已知物体的运动状况，应用运动学公式求出加速度，再应用牛顿第二定律去求解未知力.对于这两类问题，都应在分析研究对象的受力状况和运动状况的基础上列方程.通常可采用如下的基本解题步骤： (1) 确立研究对象，并分析其受力状况； (2) 分析运动状况，确定加速度方向； (3) 建立恰当的直角坐标系，用正交法分解物体所受的各外力.通常使加速度方向与 某一坐标轴重合. (4) 以速度方向为正方向建立如下方程组(设a与x轴重合)并解之： 六、 课堂小结
