鲁科版高中物理必修第一册 5.3 牛顿第二定律教学设计

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鲁科版高中物理必修第一册 5.3 牛顿第二定律教学设计

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第五章 牛顿运动定律
第3节 牛顿第二运动定律
本节选自鲁科版必修一第五章第三节。本节在分析上节实验的基础上,提出了牛顿第二运动定律的具体内容表达,定量回答了物体运动状态的变化率—加速度与它所受外力的关系,以及加速度与它自身质量的关系,得出了牛顿第二定律的数学表达式。牛顿第二定律通过加速度将物体的运动与受力紧密联系在一起,是联系力与运动的桥梁,因此,牛顿第二定律是动力学的核心规律,在整个物理体系中处于至关重要的地位。
【物理观念】掌握牛顿第二定律的内容及数学表达式;理解公式中各物理量的意义及相互因果关系;会用牛顿第二定律公式进行有关计算。
【科学思维】能对动力学问题进行分析和推理,获得结论能利用牛顿第二定律相关的证据表达自己的观点。
【科学探究】以实验为基础归纳出物体的加速度跟它的质量、所受外力的关系,进而总结出牛顿第二定律。
【科学态度与责任】通过实验探究,渗透物理方法的教育,培养学生分析问题、解决问题的能力;从认识到实验归纳总结出物理规律并加以运用,让学生体验成功的喜悦,树立学好物理的信心。
【教学重点】牛顿第二定律的内容及表达式;力的单位。
【教学难点】对牛顿第二定律的理解及应用。
【导入新课】
(通过体验,得出加速度与力、质量的定性认识)
体验一、在课本上撒一些碎纸片,先用嘴轻吹,再用力使劲吹,观察现象。
结论:对某一物体,受到的力越大,其运动状态越容易改变,即加速度越大。
体验二、在课本上撒一些碎纸片和一些小石子,用力使劲吹,观察现象。
结论:对不同的物体,受到相同的力,质量越小的,其运动状态越容易改变,即加速度越大。
提出问题:如何定量描述加速度与其受到的合外力、质量的关系?(引出本节的主题)
【新课讲授】
一、牛顿第二定律的内容
a ∝ F a ∝


a ∝ , F ∝ma
1、牛顿第二运动定律:物体加速度的大小与所受合外力的大小成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力的方向相同。
2、牛顿第二运动定律表达式
F =kma 问题:如何把k消掉?
思考:力的单位“牛顿”是怎么定义的?
使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度,所用的力为1kg.m/s2,我们即定义这个力的大小是1 N。
,所以当公式F =k ma 中各物理量都用国际单位时 =

二、对牛顿第二定律的理解
1、独立性(以蚂蚁的困惑入手,设置问题情境引发学生对牛顿第二定律表达式中力F的理解以及独立性的理解)
蚂蚁的困惑:从牛顿第二定律知道,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度,可是蚂蚁无论怎样用力都推不动一块放在水平地面上的砖头,这与牛顿第二定律矛盾么?请你解释一下。
不矛盾,蚂蚁推砖头时,砖头受到重力、支持力、推力和摩擦力,这四力平衡,合力为0,作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度,而物体实际的加速度a是每个力的加速度的矢量和,其加速度为零,砖头不动。
独立性:作用在物体上的每一个力都各自产生加速度,与其他力无关;而物体实际的加速度a是每个力的加速度的矢量和,F应为物体受到的合外力。
2、矢量性
试分析火箭发射过程中的受力情况。
F-mg=ma
独立性:公式中的F合与a都是矢量,且二者方向相同。
3、瞬时性
思考:放在光滑水平面上的静止物体,在拉力F的作用下运动情况。
(1)当F=0时,物体的加速度是多少?
(2)当F≠0时,物体的加速度是多少?
(3)当F逐渐减小到0的过程中,物体的加速度会怎么变化?
瞬时性:力与加速度:同时产生;同时消失;同时变化。
4、同一性
F合与a均是对同一研究对象,F合中的每一个力均应是同一研究对象所受的力。
三、牛顿第二定律的应用
例一:滑雪是大家喜欢的运动,一质量m=75kg的人从静止开始沿山坡滑下,山坡的倾角,滑雪板与雪地的摩擦力为37.5N,求5s内滑下来的路程和5s末的速度大小。(取g=10m/s2)
【解题步骤】根据牛顿第二定律可得
Gsin=4.5m/s2
,根据运动学公式

可得 s=56.25m ,v=22.5m/s
例二:滑雪是大家喜欢的运动,一质量m=75kg,以V0=2m/s的初速度沿山坡匀加速滑下,山坡的倾角θ=30°,在t=5s的时间内滑下的路程x=60m,求滑雪人受到的阻力(包括摩擦和空气阻力)。
【解题步骤】滑雪者的加速度可以根据运动学规律求得,由s+ 解得==4m/s2
对人进行受力分析,正交分解,根据牛顿第二定律F=ma,得:
mgsinθ-f=ma
f=mgsinθ-ma
得 f=67.5N
【已知物体的受力情况,确定物体的运动情况】例一:滑雪是大家喜欢的运动,一质量m=75kg的人从静止开始沿山坡滑下,山坡的倾角,滑雪板与雪地的摩擦力为37.5N,求5s内滑下来的路程和5s末的速度大小。
【已知物体的运动情况,确定物体的受力情况】例二:一个滑雪的人,质量m=75kg,以V0=2m/s的初速度沿山坡匀加速滑下,山坡的倾角θ=30°,在t=5s的时间内滑下的路程x=60m,求滑雪人受到的阻力(包括摩擦和空气阻力)
例一、例二是在同种问题情境下的变式,通过解决这两类问题,总结解题思路。
(总结解题过程)
1、确定研究对象
2、对物体进行受力分析和运动分析
3、利用牛顿第二定律将受力情况与运动情况结合起来
4、选取正方向,根据牛顿第二定律和运动学方程求解
四、国际单位制
20世纪末美国曾发射一个火星探测器, 在设定环绕轨道半径时,没有进行单位换算,导致探测器离火星过近, 温度过高而起火,随后脱离轨道坠入火星的大气层 . 致使美国损失价值1.25亿美元的火星探测器。(引出同一单位制的必要性)
1、基本单位:只要选定几个物理量的单位,就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位。这些被选定的物理量叫做基本量,它们的单位叫基本单位。
比如长度(m、km、cm ……)、质量(kg、g、t ……)、时间(s、 min、h……)
2、由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位叫做导出单位。
比如速度的单位m/s、km/h ……、加速度的单位m/s2、 cm/s2……、力的单位kg·m/s2……
3、单位制:由基本单位和导出单位一起组成单位制。
4、(1)物理学中,共有七个物理量的单位被选定为基本单位。
(2)在力学中,选定长度、质量和时间这三个物理量的单位为基本单位.
长度的单位有:厘米(cm)、米(m)、千米(km)等.
质量的单位有:克(g)、千克(kg)等.
时间的单位有:秒(s)、分(min)、小时(h)等.
(3)速度、加速度、力都是导出量,它们的单位是导出单位。
五、课堂小结
1、内容:物体加速度的大小与所受合外力的大小成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力的方向相同。
2、对牛顿第二定律的理解:
(1)独立性;
(2)瞬时性;
(3)同一性;
(4)矢量性;
3、单位制:基本单位和导出单位一起组成单位制。

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