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1、2022年高一物理 第三章 牛頓運(yùn)算定律 牛頓第二定律 第一課時(shí) 3
●教學(xué)目標(biāo)
一、知識(shí)目標(biāo)
1.知道得到牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)過(guò)程.
2.理解加速度與力和質(zhì)量間的關(guān)系.
3.理解牛頓第二定律的內(nèi)容，知道定律的確切含義.
4.能運(yùn)用牛頓第二定律解答有關(guān)問(wèn)題.
二、能力目標(biāo)
培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒎治瞿芰?、解決問(wèn)題的能力.
三、德育目標(biāo)
使學(xué)生知道物理中研究問(wèn)題時(shí)常用的一種方法——控制變量法.
●教學(xué)重點(diǎn)
1.牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)過(guò)程.
2.牛頓第二定律.
●教學(xué)難點(diǎn)
牛頓第二定律的推導(dǎo)及意義.
●教學(xué)方法
實(shí)驗(yàn)法、講授法、歸納法.
2、
●教學(xué)用具
兩輛質(zhì)量相同的小車、一端帶有滑輪的光滑水平板、砝碼一盒、砝碼盤、細(xì)繩、夾子、投影儀、投影片.
●課時(shí)安排
2課時(shí)
●教學(xué)過(guò)程
［投影本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)］
1.理解加速度和力的關(guān)系.
2.理解加速度和質(zhì)量的關(guān)系.
3.理解牛頓第二定律的內(nèi)容和意義.
4.學(xué)會(huì)運(yùn)用牛頓第二定律解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題.
●學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過(guò)程
一、導(dǎo)入新課
［教師］什么是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變?其原因是什么?
［學(xué)生］物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的實(shí)質(zhì)是速度發(fā)生變化.其改變的原因是受到了力的作用.
［教師］物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變除了跟力有關(guān)外，還和哪些因素有關(guān)？
［學(xué)生］還
3、和質(zhì)量有關(guān).
［教師］物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生了加速度，那么，物體的加速度、力、質(zhì)量之間究竟有什么關(guān)系呢？本節(jié)我們討論這一問(wèn)題.
二、新課教學(xué)
（一）加速度和力的關(guān)系
［教師］請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文中的實(shí)驗(yàn)部分，同時(shí)注意思考下列問(wèn)題：
投影片顯示
1.為什么水平板要光滑，并且用小車而不用滑塊？
2.盤中為什么要放數(shù)目不等的砝碼？
3.為什么要用夾子夾住拴兩輛小車的兩根細(xì)繩？
4.為什么要用兩輛質(zhì)量相等的小車？
［學(xué)生活動(dòng)］閱讀課文，并討論上述問(wèn)題.
［教師］把實(shí)驗(yàn)所需儀器準(zhǔn)備好.
［教師］檢查閱讀情況，請(qǐng)學(xué)生回答上述的問(wèn)題.
［學(xué)生甲］用小車及
4、光滑的水平板，其目的是要減小研究對(duì)象——小車在水平方向上所受的摩擦力.
［學(xué)生乙］盤里放數(shù)目不等的砝碼，其目的是保證對(duì)兩輛小車施加的水平拉力大小不等.因?yàn)檫@時(shí)小車水平方向所受的拉力大小近似等于砝碼及盤所受的重力大小.
［學(xué)生丙］夾子夾住拴小車的兩根細(xì)繩，其目的是為了便于同時(shí)控制兩輛小車，以保證兩車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同.
［學(xué)生丁］使兩輛小車的質(zhì)量相等，其目的是便于討論小車所受拉力與其加速度之間的關(guān)系.
［教師總結(jié)］這種實(shí)驗(yàn)方法是我們物理上在研究多個(gè)物理量間相互關(guān)系時(shí)常用的方法——控制變量法.這樣做可以減小討論的物理量數(shù)目，使所剩物理量間的關(guān)系更加明朗化.
［教師］下面我們一起來(lái)完
5、成這一實(shí)驗(yàn)：
［甲組學(xué)生］安裝儀器.把兩光滑長(zhǎng)木塊并排放在桌上，調(diào)節(jié)高度使兩板水平.在兩輛小車的前后都系上細(xì)繩，前端繞過(guò)定滑輪系住砝碼盤，后端細(xì)繩在小車對(duì)齊后用夾子夾住.
［乙組學(xué)生］完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程.把小車拖至木板末端，待停穩(wěn)后松開(kāi)夾子，使小車在拉力的作用下做勻變速運(yùn)動(dòng).當(dāng)小車將運(yùn)動(dòng)到木板另一端時(shí)夾住夾子，使小車停止運(yùn)動(dòng).
［丙組學(xué)生］在乙組同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，注意觀察現(xiàn)象，并把觀察到的現(xiàn)象告訴同學(xué)：其中與放砝碼多的盤相連的小車通過(guò)的位移比與放砝碼少的盤相連的小車通過(guò)的位移大.
［丁組學(xué)生］測(cè)量?jī)奢v小車通過(guò)的位移，并把測(cè)量結(jié)果與砝碼數(shù)量告訴同學(xué).
［全體學(xué)生］對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處
6、理.利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)砝碼數(shù)量與小車加速度間的關(guān)系：.
［教師總結(jié)］通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)：對(duì)質(zhì)量相同的物體來(lái)說(shuō)，物體的加速度跟作用在物體上的力成正比，并可表述為：
或者a∝F
［思考練習(xí)］
1.某物體在t時(shí)間內(nèi)通過(guò)距離s，要使其在t時(shí)間內(nèi)通過(guò)的距離為2s,可采用的方法是______.
2.某物體在水平拉力F作用下沿光滑水平軌道做勻加速運(yùn)動(dòng)，t s后速度為v，則2t s后物體的速度為_(kāi)_____.
參考答案：
1.運(yùn)動(dòng)方向上的力變?yōu)樵瓉?lái)的2倍
2.2v
(二）加速度和質(zhì)量的關(guān)系
［教師］請(qǐng)同學(xué)們閱讀P51實(shí)驗(yàn)，同時(shí)考慮下列問(wèn)題.
［投影片顯示］
1
7、.在研究加速度與質(zhì)量間關(guān)系時(shí)，應(yīng)限制哪一物理量（變量）？如何限制？
2.如何研究除所限變量外的其他兩變量間的關(guān)系？
3.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)上還對(duì)哪個(gè)物理量進(jìn)行了限制？
［學(xué)生活動(dòng)］閱讀課文并對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行討論.
［教師］檢查閱讀情況.
［學(xué)生A］在研究加速度與質(zhì)量關(guān)系的時(shí)候應(yīng)當(dāng)對(duì)小車所受的拉力進(jìn)行限制，使其成為一個(gè)不變的量，進(jìn)而使加速度與質(zhì)量的關(guān)系更加明朗化.限制時(shí)可以通過(guò)限制砝碼盤中砝碼的數(shù)量來(lái)間接限制小車的受力.
［學(xué)生B］在研究加速度與質(zhì)量關(guān)系時(shí)因?yàn)橐懻撍鼈兊淖兓P(guān)系，所以可以通過(guò)在小車上加砝碼的方法去改變小車的質(zhì)量.
［學(xué)生C］在課本所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中，除了對(duì)
8、小車的受力進(jìn)行限制外，同時(shí)還限制了兩輛小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)夾子的松開(kāi)與合住，使兩車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同.
［教師總結(jié)］同學(xué)們對(duì)本實(shí)驗(yàn)的原理及過(guò)程已非常清楚，下面我們共同完成這一段實(shí)驗(yàn).
［A組學(xué)生］對(duì)原來(lái)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改裝：調(diào)整砝碼盒中砝碼的數(shù)量使其相同，同時(shí)在小車上放上數(shù)目不等的砝碼.
［B組學(xué)生］完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程：把兩輛小車拖至長(zhǎng)木板的末端，松開(kāi)夾子使兩小車同時(shí)開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后夾住夾子.
［C組學(xué)生］在B組學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并把結(jié)果告訴同學(xué)：小車上放砝碼數(shù)少的小車通過(guò)的位移大.
［D組學(xué)生］測(cè)量?jī)尚≤囃ㄟ^(guò)的距離，并測(cè)出兩小車及車上砝碼
9、的質(zhì)量，并將測(cè)量的結(jié)果告訴同學(xué).
［全體學(xué)生］在前面處理的基礎(chǔ)上，對(duì)加速度與質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行處理，得出小車質(zhì)量與所產(chǎn)生加速度的關(guān)系：.
［教師總結(jié)］通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們已經(jīng)正確得出物體加速度與質(zhì)量間的關(guān)系：在相同力的作用下，物體的加速度跟物體的質(zhì)量成反比.可表示為：
或者a∝
［思考與練習(xí)］
質(zhì)量為m的物體在力F的作用下產(chǎn)生的加速度為a，那么要使物體的加速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則應(yīng)______.
參考答案：質(zhì)量減半或者F加倍.
（三）牛頓第二定律
［教師］請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)一下，我們?cè)谏鲜龅膬蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)中得到了什么結(jié)論？
［學(xué)生］物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比
10、.
［教師總結(jié)］根據(jù)剛才這位同學(xué)所述，我們可以用數(shù)學(xué)公式把這種關(guān)系表述為：
a∝或者F∝ma.
進(jìn)一步將表達(dá)式可改為等式：
F=kma.
其中k為比例常數(shù)，當(dāng)所有物理量均取國(guó)際單位（即：力的單位取N，質(zhì)量單位取kg，加速度單位取m/s2)時(shí)：k=1,此時(shí)關(guān)系式變?yōu)椋邯?
F=ma
此即為牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式.
［教師］在牛頓第二定律的表達(dá)式中，哪些是矢量，哪些是標(biāo)量呢？
［學(xué)生］質(zhì)量是標(biāo)量，F(xiàn)、a是矢量.
［教師］這兩個(gè)矢量有何關(guān)系呢？
［學(xué)生］從第二節(jié)中可知“力是產(chǎn)生加速度的原因”，即物體受力決定物體的加速度.因?yàn)槎际鞘噶?，所以它們的方向也?yīng)一致.
11、
［教師總結(jié)］我們把牛頓第二定律中力的方向和加速度方向一致的特點(diǎn)叫做牛頓第二定律的矢量性.
［思考與練習(xí)］復(fù)合投影片出示例1，學(xué)生完成后出示例2.
1.一輛小汽車的質(zhì)量m1=8.0×102 kg，所載乘客的質(zhì)量是m2=2.0×102 kg.用同樣大小的牽引力，如果不載人時(shí)小汽車產(chǎn)生的加速度是a1=1.5 m/s2,載人時(shí)產(chǎn)生的加速度a2是多大？（忽略阻力）
答案與解析：根據(jù)牛頓第二定律，在同樣的外力作用下物體的加速度與它的質(zhì)量成反比.
所以
所以a2=
所以a2= m/s2=1.2 m/s2
［復(fù)合投影片出示例2］
2.質(zhì)量為m的物體置于光滑水平面上，同時(shí)受到水平
12、力F的作用，試討論：
（1）物體此時(shí)受哪些力的作用？
（2）每一個(gè)力是否都產(chǎn)生加速度？
（3）物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況如何？
（4）物體為什么會(huì)呈現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？
［學(xué)生活動(dòng)］結(jié)合實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)討論.
［教師］對(duì)學(xué)生討論的結(jié)果進(jìn)行檢查.
［學(xué)生1］物體此時(shí)受三個(gè)力的作用，分別是重力、支持力、水平力F.
［學(xué)生2］由“力是產(chǎn)生加速度的原因”知，每一個(gè)力都應(yīng)產(chǎn)生加速度.
［學(xué)生3］物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是沿力F的方向以a=F/m加速運(yùn)動(dòng).
［學(xué)生4］因?yàn)橹亓椭С至κ且粚?duì)平衡力，其作用效果相互抵消，此時(shí)作用于物體的合力相當(dāng)于F.
［教師總結(jié)］從上面討論過(guò)程可知，物體只能
13、有一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而決定物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的只能是它所受的合力，而不能是其中一個(gè)力或者幾個(gè)力，我們把物體運(yùn)動(dòng)的加速度和該物體所受合力的這種對(duì)應(yīng)關(guān)系叫牛頓第二定律的同一性.為此可把牛頓定律總結(jié)為：
物體的加速度跟物體所受的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合力的方向相同.寫(xiě)成公式就是：
F合=ma
［教師］請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合上例再考慮這樣幾個(gè)問(wèn)題（投影片出示）
（1）物體受拉力F前做什么運(yùn)動(dòng)？
（2）物體受到拉力作用后做什么運(yùn)動(dòng)？
（3）撤去拉力后物體做什么運(yùn)動(dòng)？
［學(xué)生a］物體在受拉力前保持靜止.
［學(xué)生b］當(dāng)物體受到拉力F后，原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)被改變，并以a=F/m
14、加速運(yùn)動(dòng).
［學(xué)生c］撤去拉力F后，物體所受合力為零，所以保持它原來(lái)（加速結(jié)束時(shí)）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并以此時(shí)速度做勻速直線運(yùn)動(dòng).
［教師總結(jié)］從上面分析可知，物體運(yùn)動(dòng)的加速度隨合力的變化而變化，存在著瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的關(guān)系.所以我們說(shuō)，牛頓第二定律具有瞬時(shí)性.
［鞏固練習(xí)］
1.下列關(guān)于由小車實(shí)驗(yàn)得出牛頓第二定律F=ma的說(shuō)法中，符合實(shí)際的是
A.同時(shí)改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F，得出加速度a、力F、質(zhì)量m三者間關(guān)系
B.保持小車質(zhì)量不變，只改變小車所受的拉力，就可得出加速度a、力F、質(zhì)量m三者之間的關(guān)系
C.保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量，就可得出加速度a、力F、質(zhì)量m三者
15、間關(guān)系
D.先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再保持力不變，研究加速度與質(zhì)量間的關(guān)系，最后綜合起來(lái)得到加速度a、力F、質(zhì)量m三者間關(guān)系
答案與解析：正確選項(xiàng)是D.
本題著重對(duì)物理上常用的實(shí)驗(yàn)法——控制變量法的考查.當(dāng)我們需要確定多個(gè)物理量間關(guān)系的時(shí)候，為了能準(zhǔn)確地利用數(shù)學(xué)知識(shí)確定它們，常常要先限制一些變量，使之成為常量，然后討論剩余物理量間關(guān)系，如此把各量間關(guān)系搞清楚后，綜合這些關(guān)系，進(jìn)而得出這些物理量間關(guān)系.
2.豎直向上飛行的子彈，達(dá)到最高點(diǎn)后又返回原地，假設(shè)整個(gè)過(guò)程中，子彈所受阻力大小與速度的大小成正比，則整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，加速度的變化是
A.始終變小
16、 B.始終變大
C.先變小后變大 D.先變大后變小
答案與解析：正確選項(xiàng)是A.
根據(jù)牛頓第二定律的同一性、瞬時(shí)性、矢量性可知，要討論加速度的變化，則必討論運(yùn)動(dòng)物體（同一性）合力的變化，并且是沿加速度方向上合力的變化（矢量性），而要搞清楚合力變化情況，則必須清楚物體的受力情況.故本題的根本仍在物體的受力分析上.結(jié)合本題可知，子彈在上升過(guò)程中受重力和阻力兩個(gè)力的作用，而阻力又是一個(gè)隨速度變化而變化的力，也正是由于它的改變，才導(dǎo)致了加速度的變化（瞬時(shí)性），所以在分析子彈所受合力時(shí)應(yīng)結(jié)合子彈的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析.而子彈的運(yùn)動(dòng)可分為上升和下降兩個(gè)階段，
17、故我們分別討論上升階段和下落階段合力的變化.在上升階段，向下的重力大小不變，而向下的阻力隨上升速度的減小而減小，故子彈所受向下的合力在逐漸變小；下落階段，向下的重力大小不變，而向上的阻力隨下降速度的增大而增大，故導(dǎo)致子彈所受向下的合力在逐漸減小.綜合上面的分析知,子彈在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的合力始終在減小,故它的加速度也始終在減小.
3.一個(gè)物體質(zhì)量是2 kg,受到互成120°角的兩個(gè)力F1和F2的作用,這兩個(gè)力的大小都是10 N,這個(gè)物體產(chǎn)生的加速度是多大?
解析：本題要求物體的加速度,故我們可以依據(jù)力的獨(dú)立性原理分別求出每個(gè)產(chǎn)生的加速度.然后利用矢量合成求合加速度,也可以用力的等效性
18、先求出合力,而后求合力產(chǎn)生的加速度.
解法1:由力的獨(dú)立性原理知,在力F1、F2的方向上都要產(chǎn)生加速度，故：
由牛頓第二定律：F=ma得：
a1=F1/m=10/2=5 m/s2
同理可得；
a2=F2/m=10/2=5 m/s2
而物體實(shí)際運(yùn)動(dòng)的加速度是a1、a2的矢量和.
a合=2a1cos60°=2×5×0.5 m/s2=5 m/s2
解法2：由于幾個(gè)力的作用效果的和跟它們合力產(chǎn)生的效果是一樣的，故各個(gè)力產(chǎn)生的加速度的和與合力產(chǎn)生的加速度也應(yīng)是一樣的，所以我們可以先求合力，再求合力對(duì)物體產(chǎn)生的加速度.
F合=2F1cos60°=2×10×0.5 N=10
19、N
由牛頓第二定律：F合=ma得：
a=F合/m=10/2=5 m/s2
［教師總結(jié)］從上述練習(xí)可以看到，在應(yīng)用牛頓第二定律解決問(wèn)題的時(shí)候，要同時(shí)顧及牛頓第二定律的同一性、矢量性、瞬時(shí)性.并且在具體分析問(wèn)題時(shí)要先分析受力，再討論物體運(yùn)動(dòng)的加速度.而在求加速度的時(shí)候，常用的方法是先求合力，然后求合力所產(chǎn)生的加速度.
三、小結(jié)
通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)，我們知道了：
1.物體問(wèn)題研究的常用方法——控制變量法.
2.牛頓第二定律的內(nèi)容及特點(diǎn).
3.應(yīng)用牛頓第二定律時(shí)的一般方法.
四、作業(yè)
1.課本P53練習(xí)二，②⑤⑧.
2.思考題：
在用小車實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)，為什么砝碼對(duì)小車的拉力大小與其重力大小是近似相等？并且條件是砝碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量？
［提示］推導(dǎo)繩中拉力大小的表達(dá)式.
五、板書(shū)設(shè)計(jì)
2022年高一物理 第三章 牛頓運(yùn)算定律 牛頓第二定律 第一課時(shí) 3
