1、第二节 牛顿第二定律第1课时三维目标知识与技能1.学会用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系.2.能熟练地应用图象法分析处理数据.3.理解牛顿第二定律的内涵和外延.4.会应用牛顿第二定律解释生活中的相关现象，并能运用牛顿第二定律进行定量计算.5.了解国际单位制的组成并知道力学单位制中的基本单位及导出单位.过程与方法1.以实验为基础，通过观察、测量、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.培养学生的实验能力、概括能力和分析推理能力.2.渗透物理学研究方法的教育.实验采用控制变量的方法对物体的a、F、m三个物理量进行研究；运用列表法处理数据，使学生知道结论是如何
2、得出的；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.情感态度与价值观1.通过共同探究，培养学生尊重事实、实事求是的美德.2.在整个教学过程中，让学生学会科学的发现、分析、研究等方法，培养学生的科学探究能力.3.在课堂教学中，要经常注意对学生进行德育和美育的教育.教学设计教学重点 本节的重点内容是做好演示实验.让学生观察并读取数据，从而有说服力地归纳出a与F和m的关系，即可顺理成章地得出牛顿第二定律的基本关系式.因此，熟练且准确地操作实验就是本课的关键点.同时，也只有讲清实验装置、原理和圆满地完成实验才能使学生体会到物理学研究的方法，才能达到掌握方法、提高素质的目标.教学难点 牛顿第二定
3、律的数学表达式简单完美，记住并不难.但要全面、深入理解该定律中各物理量的意义和相互关联,牢固掌握定律的物理意义和广泛的应用前景，对学生来说是较困难的.这一难点在本课中可通过对定律的辨析和有针对性的巩固练习加以深化和突破.另外，还有待在后续课程的学习和应用过程中去体会和理解.教具准备 1.学生分组实验牛顿第二定律器材（木板、小车、打点计时器、电源、小筒、细线、砝码、天平、刻度尺、纸带等）.2.计算机及自编软件，电视机（作显示器）.3.投影仪，投影片.课时安排 1课时教学过程导入新课教师活动我们先听英国诗人蒲柏的一段诗:“自然和自然规律，隐藏在黑暗中.上帝说:让牛顿出生吧！于是，一切显先光明.”确
4、实，有力就会运动，没有力就不会运动.这个错误的观点千百年来一直躲藏在黑暗中，一直到牛顿的出现，才使我们真正了解到:力不是维持物体运动状态的原因.而是改变物体运动状态的原因.也就是说力是产生加速度的原因.我们自然会问:力、质量、加速度到底存在什么样的定量关系？先请大家根据生活经验和你所掌握的知识，猜想力、质量、加速度到底存在什么样的定量关系.推进新课1.实验:用一根绳子牵引着一个小车在粗糙的水平桌面上匀速运动，然后松开手让车自己运动,然后停下来.2.学生观察现象后，老师提问这样两个问题:开始时为什么小车能做匀速运动？松手后小车为什么还能运动，做什么运动，为什么？3.如果要想让小车快一点停下来可以
5、采取什么样的方案，回答并设计实验.4.小车停下的快慢实际上就是它的加速度的表现.5.影响加速度的因素又会是哪些呢?学生猜测并给出相应的理由. (学生最终在老师的启发下和同学们的相互讨论下能够猜测到加速度和力以及质量有关，因为力是物体产生加速度的原因.而质量是物体惯性的量度，质量越大惯性越大，物体的运动状态越难改变.)6.可以通过怎样的方法来研究这个问题呢？实验与探究问题1加速度可能跟力有关系，同时也可能跟质量有关系，那么到底怎么来判断加速度是不是跟力有关系呢？学生回答:可以让质量不变，改变力来研究加速度跟力的关系.同样可以用此方法来研究加速度跟质量之间的关系.教师在此基础上提出“控制变量法”的
6、思想.问题2加速度如何来测量？能否设计一个实验来测量加速度并研究加速度跟力和质量的关系?学生可以讨论并提出自己的设想.教师介绍课本中的实验: 在实验中必须能够具体地测出加速度、力和质量这三个量的数值.其中质量和力都有直接测量的工具；加速度虽然不能直接测量，但可以利用打点计时器在纸带上打出的计数点，通过计算得出物体的加速度.所以实验可以这样设计: 如图6-2-1,在水平木板上放置一辆小车,小车的前端系上细绳，细绳的另一端跨过定滑轮并挂一个质量很小的重物.小车的尾部挂上一条纸带，纸带穿过打点计时器.为了消除摩擦力对小车运动的影响，必须将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用重力的分力来抵消摩擦力，直到小
7、车不挂重物时能匀速运动为止.当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么可近似地认为重物所受的重力大小等于小车所受的合外力的大小.将小车从某一位置释放，小车在绳子的拉力作用下做匀加速直线运动,利用纸带上打出的点便可算出小车的加速度.图6-2-1合作探究提问:如何测出小车的加速度？（学生回答:可用打点计时器）再追问:测加速度的公式是什么？（学生回答公式.若学生回答不清时，可帮助其答出） 板书：板书:a=.(1)加速度与物体受力的关系 保持小车的质量m不变,测出所挂物体的重力，挂上重物后将小车由静止释放，根据纸带上打出的点算出小车的加速度.改变所挂重物的重力，重复几次实验，每次实验时都要将小
8、车从同一位置释放.将几次实验的数据填入表中.实验次数加速度a/(ms-2)小车受力F/N123（2）加速度与物体质量之间的关系 保持合外力F不变，也就是保持所挂重物的重力不变.测出小车的质量，挂上重物后将小车由静止释放，根据纸带上打出的点算出小车的加速度.通过在小车上叠放砝码的方法改变小车的质量，重复几次实验，每次实验时都要将小车从同一位置释放.将几次实验的数据填入表中.实验次数加速度a/(ms-2)小车受力F/N123 数据分析:为了便于得出正确的实验结论，应利用以上数据分别作出m不变时的aF图象和F不变时的am图象.图6-2-2 在我们的猜想中，F不变时，m越大，a越小，有可能是成反比关系
9、,可以通过a与1/m的图象关系来验证.得出结论:当m不变时，a与F的关系;当F不变时，a与m的关系.方法点拨 利用图象处理数据是一种常用的重要方法.将实验中得到的数据通过描点作出图象，可以非常直观地看出两个物理量之间的关系，也可以有效地减少实验误差，确定并排除实验中测得的一些错误数据.另外，在实验中如果发现一个量x与另一个量y成反比，那么，x就应与1/y成正比.据此，我们可以将反比函数的曲线转化为正比函数的直线.因为在处理数据时，判断正比图象比判断一条曲线是否为反比函数图象要简单和直观得多.【牛顿第二定律】 根据实验我们证实了我们的猜想:物体的加速度跟作用力成正比，跟物体质量成反比.这就是著名
10、的牛顿第二定律. 板书： 物体的加速度跟作用力成正比，跟物体质量成反比. 用公式表示为aF/m Fma 若改写为等式，应乘以系数,kF=kma 如果我们把1 N定义为:使质量为1 kg的物体产生1 m/s2加速度的力为1 N.这时等式左侧为1，等式右侧为k.也就是说我们采用这种定义方式可以使k=1，此时牛顿第二定律的表达式为 板书：F=ma 讲解:下面我们对牛顿第二定律进行进一步的讨论:首先我们可以注意刚才小车所受到的拉力，实际是小车所受到的合外力，所以牛顿第二定律中的F应为物体受到的合外力. 板书：(1)F为合外力其次我们可以注意到小车的加速度方向与拉力方向是一致的，这就是牛顿第二定律的方向
11、性.(2)a的方向与F一致另外，物体某一时刻的加速度，只由它此刻的受力决定，而与其他时刻的受力无关，这就是牛顿第二定律的即时性.(3)即时性a与F是瞬时对应关系.同生:一有力作用在物体上，这个力就要产生与之相对应的加速度.注意:整个物体是否有加速度，则取决于物体受的合外力是否为0.同灭:力一消失，与之相应的加速度就消失.同变:力一变化，与之相应的加速度就相应变化.例题剖析1一个静止在水平面上的物体，质量是2.0 kg，在水平方向上受到4.4 N的拉力，物体跟平面间的滑动摩擦力是2.2 N.（1）求物体在4.0 s末的速度和4.0 s内发生的位移.（2）如果在2.0 s末将水平拉力撤去，求物体在
12、4.0 s内的位移.解题思路:研究对象为物体.已知受力，可得物体所受合外力.根据牛顿第二定律可求出物体的加速度，再依据初始条件和运动学公式就可解出前一段运动的加速度.运用同样的思路也可解答后一段运动的滑行距离.分析:（投影灯片）解:由于F=4.4 N，f=2.2 N，m=2.0 kg（1）又知t=4.0 s.则可由牛顿第二定律求得:物体运动的加速度为a=（F-f）/m=（4.4-2.2）/2.0 m/s2=1.1 m/s2根据运动学公式可求得:物体在4.0 s末的速度为v=at=1.14.0 m/s=4.4 m/s物体在4.0 s内的位移为s=at2/2=1.14.02/2 m=8.8 m.（
13、2）又知t1=2.0 s，t2=4.0 s物体在2 s末速度为v=at1=1.11.0 m/s=1.1 m/s物体在2.0 s后运动的加速度为a=-/-2.2/2.0 m/s2=-1.1 m/s2物体在4.0 s末的速度为v-t=v+a(t2-t1)=(1.1-1.12.0) m/s=-1.1 m/sv-t0，说明物体在4.0 s时已停下,则4.0 s末物体的位移为s=v2/2a+（0-v2）/2a=1.21/2.2 m+1.21/2.2 m=1.1 m.小结:解决这一类型问题的基本思路是对研究对象进行受力分析、运动情况分析，先由牛顿定律求出加速度，再根据运动学公式求出要求的量.（板书）重要意
14、义:具有预见性.引申:这一类题目是运用已知的力学规律，作出明确的分段.它是物理学和技术上进行正确分析和设计的基础，如发射人造地球卫星进入预定轨道，带电粒子在电场中加速后获得速度等都属这一类题目. 【力学单位制】 前面我们应用F=ma定义了1 N1 kgm/s2，我们在这之前也学习了很多物理量的单位. 教师提问:请学生列举一些前面学习的物理量（力、长度、时间、质量、速度、加速度的单位） 教师提出国际单位制. 板书： 国际单位制是由基本单位和导出单位组成的.强调指出三个力学基本单位,顺便介绍其他四个基本单位. 板书： m（长度单位）、kg（质量单位）、s（时间单位）、A(电流单位)、cd（光强度单
15、位）、K（温度单位）、mol（物质的量的单位）. 请学生列举学过的物理公式，通过公式教师讲解并指出:如果已知量的单位是国际单位，那么在计算过程中不必带单位计算，只要在结果中写出待求量的单位即可. 例题剖析2一木箱质量为m，与水平地面间的动摩擦因数为，现用斜向右下方与水平方向成角的力F推木箱，求经过t秒时木箱的速度.图6-2-3解:画图分析:木箱受4个力，将力F沿运动方向和垂直运动方向分解:水平分力为 Fcos 竖直分力为 Fsin据牛顿第二定律列方程竖直方向 N-Fsin-G=0 水平方向 Fcos-f=ma 二者联系 f=N 由式得N=Fsin+mg,代入式有f=(Fsin+mg),代入式有
16、ma=Fcos-(Fsin+mg)得a=.可见解题方法与受水平力作用时相同.课堂小结（可引导学生总结）1.这节课以实验为依据，采用控制变量的方法进行研究.这一方法今后在电学、热学的研究中还要用到.我们根据已掌握的知识设计实验、探索规律是物理研究的重要方法.2.定义力的单位“牛顿”使得k=1，得到牛顿第二定律的简单形式Fma.使用简捷的数学语言表达物理规律是物理学的特征之一，但应知道它所对应的文字内容和意义.3.牛顿第二定律概括了运动和力的关系.物体所受合外力恒定，其加速度恒定；合外力为零，加速度为零.即合外力决定了加速度，而加速度影响着物体的运动情况.因此，牛顿第二定律是把前两章力和物体的运动
17、构成一个整体，其中的纽带就是加速度.布置作业阅读“信息窗”P121第1、2、3题.板书设计牛顿第二定律1.研究方案:利用实验.2.m一定时，a与F的关系:aF.3.F一定时，a与m的关系:a1/m.4.牛顿第二定律（1）内容:A.文字表述:B.数学公式:aF/m.F=maC.力的单位N的定义:1 N=1 kgm/s2（2）理解:矢量性 瞬时性（3）应用:多个力作用下的牛顿第二定律,平衡状态是牛顿第二定律的特殊情况5.力学单位制A.国际单位制是由基本单位和导出单位组成的.B.m（长度单位）、kg（质量单位）、s（时间单位）、A(电流单位)、cd（光强度单位）、K（温度单位）、mol（物质的量的单位）.