牛顿第二定律

教学目标
知识目标
　　 （1）通过演示实验认识加速度与质量和和合外力的定量关系；
　　（2）会用准确的文字叙述牛顿第二定律并掌握其数学表达式；
　　（3）通过加速度与质量和和合外力的定量关系，深刻理解力是产生加速度的原因这一规律；
　　（4）认识加速度方向与合外力方向间的矢量关系，认识加速度与和外力间的瞬时对应关系；
　　（5） 能初步运用运动学和牛顿第二定律的知识解决有关动力学问题．

能力目标
　　通过演示实验及数据处理，培养学生观察、分析、归纳总结的能力；通过实际问题的处理，培养良好的书面表达能力．

情感目标
　　培养认真的科学态度，严谨、有序的思维习惯．

教学建议

教材分析

　　1、通过演示实验，利用控制变量的方法研究力、质量和加速度三者间的关系：在质量不变的前题下，讨论力和加速度的关系；在力不变的前题下，讨论质量和加速度的关系．
　　2、利用实验结论总结出牛顿第二定律：规定了合适的力的单位后，牛顿第二定律的表达式从比例式变为等式．
　　3、进一步讨论牛顿第二定律的确切含义：公式中的 表示的是物体所受的合外力，而不是其中某一个或某几个力；公式中的 和 均为矢量，且二者方向始终相同，所以牛顿第二定律具有矢量性；物体在某时刻的加速度由合外力决定，加速度将随着合外力的变化而变化，这就是牛顿第二定律的瞬时性．

教法建议

　　1、要确保做好演示实验，在实验中要注意交代清楚两件事：只有在砝码质量远远小于小车质量的前题下，小车所受的拉力才近似地认为等于砝码的重力（根据学生的实际情况决定是否证明）；实验中使用了替代法，即通过比较小车的位移来反映小车加速度的大小．
　　2、通过典型例题让学生理解牛顿第二定律的确切含义．
　　3、让学生利用学过的重力加速度和牛顿第二定律，让学生重新认识出中所给公式 ．

 

教学设计示例

教学重点：牛顿第二定律

教学难点：对牛顿第二定律的理解

示例：

一、加速度、力和质量的关系

　　介绍研究方法（控制变量法）：先研究在质量不变的前题下，讨论力和加速度的关系；再研究在力不变的前题下，讨论质量和加速度的关系．介绍实验装置及实验条件的保证：在砝码质量远远小于小车质量的条件下，小车所受的拉力才近似地认为等于砝码的重力．介绍数据处理方法（替代法）：根据公式 可知，在相同时间内，物体产生加速度之比等于位移之比．

　　以上内容可根据学生情况，让学生充分参与讨论．本节书涉及到的演示实验也可利用气垫导轨和计算机，变为定量实验．

　　1、加速度和力的关系

　　做演示实验并得出结论：小车质量 相同时，小车产生的加速度 与作用在小车上的力 成正比，即 ，且 方向与 方向相同．

　　2、加速度和质量的关系

　　做演示实验并得出结论：在相同的力F的作用下，小车产生的加速度 与小车的质量 成正比，即 ．

二、牛顿第二运动定律（加速度定律）

　　1、实验结论：物体的加速度根作用力成正比，跟物体的质量成反比．加速度方向跟引起这个加速度的力的方向相同．即 ，或 ．

　　2、力的单位的规定：若规定：使质量为1kg的物体产生1m/s²加速度的力叫1N．则公式中的 ＝1．（这一点学生不易理解）

　　3、牛顿第二定律：

　　物体的加速度根作用力成正比，跟物体的质量成反比．加速度方向跟引起这个加速度的力的方向相同．

数学表达式为： ．或

　　4、对牛顿第二定律的理解：

　　（1）公式中的 是指物体所受的合外力．

　　举例：物体在水平拉力作用下在水平面上加速运动，使物体产生加速度的合外力是物体

所受4个力的合力，即拉力和摩擦力的合力．（在桌面上推粉笔盒）

　　（2）矢量性：公式中的 和 均为矢量，且二者方向始终相同．由此在处理问题时，由合外力的方向可以确定加速度方向；反之，由加速度方向可以找到合外力的方向．

（3）瞬时性：物体在某时刻的加速度由合外力决定，加速度将随着合外力的变化而变化．

　　举例：静止物体启动时，速度为零，但合外力不为零，所以物体具有加速度．

　　汽车在平直马路上行驶，其加速度由牵引力和摩擦力的合力提供；当刹车时，牵引力突然消失，则汽车此时的加速度仅由摩擦力提供．可以看出前后两种情况合外力方向相反，对应车的加速度方向也相反．

　　（4）力和运动关系小结：

　　物体所受的合外力决定物体产生的加速度：

　　当物体受到合外力的大小和方向保持不变、合外力的方向和初速度方向沿同一直线且方向相同——→物体做匀加速直线运动

　　当物体受到合外力的大小和方向保持不变、合外力的方向和初速度方向沿同一直线且方向相反——→物体做匀减速直线运动

　　以上小结教师要带着学生进行，同时可以让学生考虑是否还有其它情况，应满足什么条件．

 

探究活动

题目：验证牛顿第二定律
组织：2－3人小组
方式：开放实验室，学生实验．
评价：锻炼学生的实验设计和操作能力．

《牛顿第二定律》