高中物理人教版 (新课标)必修13 牛顿第二定律教案及反思

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修13 牛顿第二定律教案及反思，共6页。教案主要包含了知识目标，能力目标，德育目标等内容，欢迎下载使用。
一、知识目标
1．理解加速度与力和质量的关系；
2．理解牛顿第二定律的内容，知道定律的确切含义；
3．知道得到牛顿第二定律的实验过程。
二、能力目标
培养学生的实验能力、分析能力和解决问题的能力。
三、德育目标
使学生知道物理中的一种研究问题的方法——控制变量法
教学重点
1．牛顿第二定律的实验过程；
2．牛顿第二定律。
教学难点
牛顿第二定律的意义。
教学方法
实验法、讲授法、归纳法
教学用具
两辆质量相同的小车，光滑的水平板（一端带有定滑轮）；砝码（一盒），细绳、夹子
课时安排
2课时
教学过程
导入:
1．提问：什么是物体运动状态的改变？物体运动状态发生改变的原因是什么？
2．引入新课：
通过上节课的学习，我们已经知道，力是使物体产生加速度的原因，那么力作用在物体上产生的加速度大小与什么因素有关呢？今天我们就来研究这个问题。
同一个物体，如果施加一个较大的力的作用，那么它的速度改变就较快，加速度较大；施加一个较小的力，速度改变就较慢，加速度较小，这说明加速度的大小与力的大小有关。下面我们就先来研究在质量一定的情况下加速度与力之间的定量关系。
一、加速度与力的关系
为了研究加速度与力之间的关系，我们用这样一套实验装置进行实验。
(投影本节课所用的实验装置，讲解)图中是两辆质量相同的小车，放在光滑的水平板上，小车的前端各系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里放有数量不等的砝码，并使细绳保持水平，由学生实验四可知，小车在恒定拉力作用下做匀加速运动。
1、实验原理：
a：由于木板光滑，细绳水平，所以细绳的拉力就是小车受到的合外力；砝码跟小车相比质量较小，细绳对小车的拉力近似地等于砝码所受的重力（这个原理我们将在以后专门进行讲解）。所以砝码的重量就是小车受到的拉力大小。
b：在两砝码盘中放不同数量的砝码，以使两小车所受的拉力不同。
c：用一只夹子夹住两根细绳，可以同时控控制两辆小车。松开夹子，可使两个小车同时由静止开始运动；夹住细绳可使两个小车同时停止运动，以保证两个小车运动时间相同。
d：在不同拉力作用下小车都做初速为零的匀加速直线运动，由S= EQ \F(1,2) at2,在时间一样时，加速度与位移是成正比的，比较在不同拉力作用下相同时间内的位移大小就可比较它们的加速度大小。
2、实验的做法：打开夹子，让两辆小车同时从静止开始运动，一段时间后关上夹子，让它们同时停止运动。
3、需观察的现象，观察两辆车在相等的时间里，所发生的位移的大小。（实验现象：所受拉力大的那辆小车，位移大）
4、分析推理：如果测出两个小车所受拉力大小与两个小车的位移大小，进行定量研究，发现：如果一个小车受到的拉力是另一个小车的几倍，那么它的位移就是另一个小车位移的几分之一。
结论：对质量相同的物体，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比，即：质量一定（相等）时，

文字叙述：在质量一定（或质量相等）的情况下，物体的加速度大小跟作用在物体上的力大小成正比。
这个结论在实际生产和生活中有广泛的应用，如汽车、摩托车、飞机等要想提速快，就必须安装大功率的发动机。
同一个力，如果作用在质量较小的物体上，那么产生的加速度就较大，如空车起动时提速较快；而同一个力作用在质量较大的物体上时，产生的加速度就较小，如同一辆车装满货物时起动就较慢。下面我们就来研究在合外力一定时，加速度与质量之间的定量关系。
二、加速度与质量的关系（合外力一定）
（投影实验装置，讲解）同样是这样一套实验装置，不过我们这一次在两个盘里放上相同数目的砝码，使两辆小车所受拉力相同，而在一辆小车上加放砝码，以增大质量，而另一辆小车不主放砝码，使两辆小车质量不同。同样使它们由静止开始运动，且运动时间相同。
实验现象：在相同的时间里，质量小的那辆小车的位移较大。
定量的研究发现：在相同的力的作用下，物体的加速度跟物体的质量成反比，即
即 EQ \F(a1,a2) = EQ \F(m 2,m1) ，也可写成 EQ \F(a1,a2) = EQ \F(1/m1,1/m2) 或 a∝
三、牛顿第二定律
综合上面的结论，加速度与力成正比，a∝F，加速度与质量成反比，a∝ EQ \F(1,m) ，所以就有：a∝F• EQ \F(1,m) ，即a∝，或F∝ma
也就是：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。
如果我们在ma前加一个系数，就可以使比例式变成等式。即：
F=kma
在研究出这个结论前，牛顿这个力的单位还没有出现，也就是说还没有规定多大的力是1牛顿，得出这个结论后，就把使质量1千克的物体产生1米/秒2的加速度这么大的一个力规定为1牛顿，即：1N=1Kg/s2，因此比例式中的比例系数简化成1，就可以省去，比例式变为：
F＝ma
我们的实验中，小车只在一个拉力的作用下做匀变速运动，如果物体受多个力的作用，力F就是这几个力的合力，也就是物体所受的合外力，为了突出这一点，我们在F下加一个脚码“合”，公式变为：
F合＝ma
用文字叙述就是：物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比。
加速度和力都是矢量，都有方向，牛顿第二定律不仅确定了加速度和力的大小之间的关系，还确定了它们方向之间关系，即：加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同。所以牛顿第二定律的内容用文字及公式表达就分别是：
物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的放心跟合力的方向相同，即
F合＝ma
我们今天研究的是物体做匀加速运动的情况，对于匀减速运动我们今天得出的结论（牛顿第二定律）同样成立。
对牛顿第二定律，有以下几点需要说明：
①式中各量单位：F：N；m：Kg；a：m/s2
②牛顿第二定律的矢量性：F与a是矢量关系，F的方向就是a的方向；
③瞬时性：F与a是瞬时对应关系，
a：只有物体受到合外力的作用，物体才具有加速度。
b：合外力恒定不变，加速度也恒定不变。
c：合外力的大小或方向发生改变，加速度的大小和方向也同时随着改变。
d：力停止作用，加速度也随即消失。
如手提一物体，加速度为零，人一松手，物体马上产生加速度g，此后重力不变，物体的加速度也不变。
④从公式可以看出，F与速度V没有直接关系，更不是瞬时对应关系，当然加速度a的大小、方向与速度V的大小方向没有直接关系。加速度为零，速度不一定为零，如匀速直线运动；速度为零，加速度不一定为零，如刚才的例子。加速度的变大、变小与速度的变化也没有直接关系，加速度变大，速度不一定变大，甚至可能变小，如用一个越一越大的力向后拉一辆正向前运动的小车，小车的加速度在增大，而其速度在减小；加速度减小，速度不一定减小，如用一、个向前的力拉正向前运动的小车，小车要加速，因为这个力是动力，即使这个动力在减小，但它仍然是动力，小车依然会加速，只不过速度增加的越来越慢而已。
⑤当F=0时，a=0，此时物体可能有一定速度，做匀速直线运动，也可能静止。
在使用牛顿第二定律时还应注意：公式中的a是相对于惯性参照系的，即相对于地面静止或匀速直线运动的参照系．另外，牛顿第二定律只适用于低速宏观的物体，对高速、微观物体的研究，牛顿第二定律不能适用．
例题（投影课本例题）：
（1）学生阅读例题内容
（2）分析：
要求物体的加速度质量m已知必须先求F1和F2的合力，而合力的大小可以用作图法求解，也可以用计算法求解。
（3）用投影片展示解题过程：
如图所示，建立平面直角坐标系，把力F1和F2分别沿x轴和y轴的方向分解F1的两个分力为：
F2的两个分力为：
F1y和F2y大小相等，方向相反，相互抵消，F1x和F2x的方向相同，所以：
已知合力F合和质量m，据F合＝ma，即可求得：
课堂练习：
1．物体运动的速度方向、加速度方向与作用在物体上合外力的方向，它们的关系是 ( )
A．速度方向、加速度方向和合外力方向三者都是相同的
B．加速度方向总与合外力方向相同，速度方向与合外力方向可能相同，也可能相反
C．速度方向与合外力方向相同，加速度方向与合外力方向可能相同，也可能相反
D．速度方向、加速度方向和合外力方向三者可能都不相同
2．关于牛顿第二定律，下列说法正确的是 ( )
A．根据F=ma可知，只要有力作用在物体上，物体就一定能产生加速度
B．在m=F/a中，F是指物体所受外力的合力，简称合外力
C．根据m=F/a，物体的质量跟外力成正比，跟加速度成反比
D．物体的运动方向一定跟合外力的方向相同
3．从牛顿第二定律可知，无论怎样小的力作用在物体上都可以使物体产生加速度，可是当我们用较小的力去推很重的放在地上的箱子却推不动，这是因为（ ）
A．推力小于静摩擦力
B．箱子有加速度，但很小，不易被察觉
C．推力小于箱子的重力
D．箱子所受的合力仍为零
4．在牛顿第二定律公式F＝kma中，比例系数k的数值（）
A.在任何情况下都等于1
B.k的数值是由质量、加速度和力的大小所决定
C.K的数值是由质量、加速度和力三者的单位所决定
D.在国际单位制中，k的数值一定等于1
5.下列说法中正确的是（）
物体所受合外力为零时，物体的速度必为零
B．物体所受合外力越大，则加速度越大，速度也越大
C.物体的速度方向一定与物体受到的合外力的方向一致
D．物体的加速度方向一定与物体所受到的合外力方向相同
6、 一个物体静止于光滑的水平面上，受到一个恒力作用后将做什么运动？当作用力逐渐减小时，物体将做什么运动？它的速度将怎样改变？