高中物理《牛顿第二定律》教案27 新人教版必修1.docx

1、高中物理牛顿第二定律教案27 新人教版必修12019-2020年高中物理牛顿第二定律教案27 新人教版必修1 一、教学内容分析 1内容与地位 在共同必修模块物理1的内容标准中涉及本节的内容有：“通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系理解牛顿运动定律”本条目要求学生通过实验，探究加速度、质量、力三者的关系，强调让学生经历实验探究过程 牛顿第二定律是动力学的核心规律，是学习其他动力学规律的基础，是本章的重点内容，它阐明了物体的加速度跟力和质量间的定量关系，是在实验基础上建立起来的重要规律，在理论与实际问题中都有广泛的运用在教学过程中要创设问题情境，让学生经历探究加速度、质量、力三者关系的过

2、程，可以通过实验测量加速度、力、质量，分别作出表示加速度与力、加速度与质量的关系的图像，根据图像导出加速度与力、质量的关系式学习过程中引导体会科学的研究方法控制变量法、图像法的应用，培养观察能力、质疑能力、分析解决问题的能力和交流合作能力在知识的形成中真正理解牛顿第二定律，同时体验到探究的乐趣 2教学目标 （1）经历探究加速度与力和质量的关系的过程 （2）感悟控制变量法、图像法等科学研究方法的应用 （3）体验探究物理规律的乐趣 （4）培养观察能力、质疑能力、分析解决问题的能力和交流合作能力 3教学重点、难点 引导学生探究加速度与力和质量的关系的过程是本节课教学的重点，通过实验数据画出图像，根据

3、图像导出加速度与力、质量的关系式是本节的难点 二、案例设计 （一）复习导入 教师：什么是物体运动状态的改变?物体运动状态发生变化的原因是什么? 学生：物体运动状态的改变就是指物体速度发生了改变，力是使物体运动状态发生变化的原因 教师：物体运动状态的改变，也就是指物体产生了加速度加速度大，物体运动状态变化快；加速度小，物体运动状态变化慢弄清物体的加速度是由哪些因素决定的，具有十分重要的意义那么物体的加速度大小是由哪些因素决定的呢?请同学们先根据自己的经验对这个问题展开讨论，让学生尝试从身边实例中提出自己的观点讨论中体会到a跟力F、物体质量m有关 （二）探究加速度a跟力F、物体质量m的关系 1定性

4、讨论a、F、m的关系 学生：分小组讨论 教师：在学生分组讨论的基础上，请各组派代表汇报讨论结果 引导学生总结出定性的结论：a与F、m有关系，当m一定时F越大，a就越大；当F一定时，m越大，a就越小请思考： 在这里为什么要组织学生开展这样的讨论？ 2定量研究a、F、m的关系 （1）设计实验方案 教师在肯定学生回答的基础上，提问：如何定量地研究a与F、m的关系呢?指出刚才大家在定性讨论a、F、m三者关系时，就已经采用了在研究a与F关系时保持m一定，在研究a与m的关系时保持F一定的方法，这种方法叫做控制变量法，它是研究多变量问题的一种重要方法下面我们可应用这种方法，通过实验对a、F、m的关系进行定量

5、研究 教师进一步引导，使学生明确要在实验中研究a、F、m的关系必须有办法测出a、F、m 教师在指出讲台上放有气垫导轨、气源、两个光电开关和与之配套的数字计时器、滑块、细线、砝码、小桶、弹簧秤、托盘天平、一端带有滑轮的长木板、小车、钩码、打点计时器、纸带、刻度尺，并说明每个光电开关与数字计时器一起能测出一定宽度的遮光板通过它的时间进而测出物体的瞬时速度后，让学生根据给定的器材设计实验方案，并在小组讨论基础上，全班交流在大家互相启发、补充的过程中形成较为完善的方案 学生：设计出如下实验方案 方案一 以小车、打点计时器、纸带、长木板、细线、小桶、钩码、砝码、刻度尺、天平为器材，研究小车的运动用天平测

6、出小车的质量m1，测出小桶的质量m2，把小桶与小桶中砝码的总重力mg当作小车受到的拉力F，从打点计时器打出的纸带上测出s，由sat2计算出小车的加速度a 方案二 以气垫导轨、气源、两个光电开关、数字计时器、滑块、刻度尺、细线、小桶、砝码、钩码、天平为器材研究滑块的运动用天平测出滑块的质量m1，测出小桶的质量m2，把小桶与小桶中砝码的总重力mg当作滑块受到的拉力F，用导轨旁边的刻度尺测出两光电开关的距离s0，用刻度尺测出固定在滑块上的遮光片的宽度s，根据数字计时器给出的遮光片分别通过前后两个光电开关所经历的时间t1、t2，由于ss0，因此可以根据v1st1和v2st2计算出滑块在两光电开关间运动

7、时的初、末速度，再由计算出滑块的加速度a 教师引导学生讨论两种方案的可行性，让学生踊跃发表自己见解 教师：上述两种方案都是可行的但前一种方案中小车受到的摩擦力较大，实验误差较大，因此就得想办法消除摩擦力的影响，那么如何消除摩擦力呢?建议有兴趣的同学自己利用课余的时间去实验室用前一种方案或其他方案进行实验探索本节课我们采用上述后一种方案进行实验探究 教师：不论采用上述哪种方案，我们把小桶与小桶中砝码的总重力mg当作小车（包括上面的钩码）或滑块（包括上面的钩码）受到的拉力，这是有条件的，这条件就是mm（m为小车与钩码或滑块与钩码的总质量） （2）进行实验探究 教师：引导学生在气垫导轨上研究a、F、

8、m三者关系，为了让学生能有条不紊地进行实验，用电子幻灯片打出研究内容、实验步骤和数据记录表格如下： 【研究内容】研究m一定时，a与F的关系 【研究步骤】用天平分别测出单个滑块的质量m1_g，小桶质量m2_g，则滑块总质量m等于m1加上放在它上面的钩码的质量m1 在桶中放置质量为m2的砝码，则mm2m2，当mm时，认为Fmg（g取9.8ms2） 用刻度尺测出遮光片的宽度s_m，用轨道边上的标尺测出两光电开关之间的距离s0_m 实验时，保持s0不变，把各次滑块运动中遮光片经过前后光电开关的时间t1、t3代入公式计算出各次滑块运动的加速度，并把实验数据填入表11-1表11-1 研究m一定时，滑块加速

9、度a与其受力F的关系单个滑块质量m1_g滑块总质量m_g小桶质量m2_g遮光片宽度s_m两光电开关间距s0_m实验次数小桶上的砝码质量m2/g小桶与坛码总质量m/gt1/st2/s滑块加速度a/（ms -2）滑块受的拉力F/N1234 【实验的结论】_ 【研究内容二】研究a与m的关系（F一定） 【研究步骤】用天平分别测出单个滑块的质量m1_g，小桶质量m2_g，则各次实验中滑块总质量m等于m1加上放在它上面的钩码的质量m1 在小桶中放置质量为m2的砝码，则mm2m2，当mm时，认为Fmg（g取9.8m/s2），并保持m不变 用刻度尺测出遮光片的宽度s_m，用轨道边上的标尺测出两光电开关之间的距

10、离s0_m 实验时，保持s0不变，把各次滑块运动中遮光片经过光电开关的时间t1、t2代入公式，计算出各次滑块运动的加速度，把实验数据填入表11-2表11-2 研究滑块加速度a与滑块总质量m的关系（拉力F一定）单个滑块质量m2_g小桶质量m2_g小桶与砝码的总质量m_g遮光片宽度s_m两光电开关间距s0_m实验次数滑块砝码质量m1/gt1/st2/s滑块加速度a/（ms -2）滑块与砝码总质量m/g1234 【实验的结论】_ 说明 在简要说明数字计时器的使用方法，强调实验过程应使气垫导轨保持水平，两光电开关间距要尽可能大些，尽可能使m远大于m（如果m20m，则可认为mm）等注意事项后，请两位学生

11、上台操作并报告测量数据，其他学生边观察边在课前印发的实验数据记录表（表11-1、表11-2）上填上实验测量数据 教师：把全班学生分成8个小组，第1组第4组学生分别完成（表11-1）中从实验次数14各项目的计算与填写，第5组第8组学生分别完成（表11-2）中从实验次数14各项目的计算与填写 教师：让学生反馈计算结果，并填入电子幻灯片（表11-1）、（表11-2）的对应栏目中 教师：引导学生对表11-1的数据通过直接观察；通过在坐标纸上画出aF图像进行分析，得出aF（m一定时）的结论 在描点画图时，让学生体会为什么要让描出的点尽可能多地分布在某一直线的两侧，尝试说出实验误差的原因 教师：引导学生对

12、表11-2的数据通过直接观察通过在坐标纸上画出am图像进行分析，只能得出当F一定时，m越大a就越小的结论 教师：能不能就此马上断言a与m成反比?让学生展开讨论 教师：在引导学生进行全班交流的基础上，问学生能不能猜想a与m成反比? 如何证明这种猜想是否正确?请思考讨论 学生：可以画出a与图像，看它是否为过原点的直线 学生：还可以通过计算a与m的比值来判断 教师：让学生分组计算出对应各次实验的，并在全班反馈填人表11-2后，在坐标纸上作出a图像 学生：确实实验得到的直线是接近过原点的，实验误差允许范围内a与m是成反比（F一定时）的 说明 这里开展一系列讨论的目的是为了让学生体会从am图像转化到a图

13、像的意义，认识图像法描述物理规律的作用 教师：本实验只是让我们对于自然规律的探究有所体验，实际上一个规律的发现不可能是几次简单的测量实验就能得出，还需要通过大量的实验事实来论证 3牛顿第二定律 通过大量的实验探究得到加速度与力、质量的关系是： 当物体的质量一定时，物体的加速度跟所受的作用力成正比，跟物体的质量成反比，这就是牛顿第二定律 加速度和力都是矢量，它们都有方向，牛顿第二定律不但确定了加速度和力的大小之间的关系，还确定了它们的方向之间的关系：加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同 牛顿第二定律也可用数学公式来表示：aF/m或Fma上式可改写为等式：Fkma，式中的k是比例常数 教师指

14、出： （1）如果各物理量都采用国际单位，k1； （2）力的单位“牛顿”是根据牛顿第二定律定义的 定义：使质量1kg的物体产生1ms2的加速度所需要的力，叫做1N即1N1kgms2可见，如果都用国际制单位，则k1 牛顿第二定律可简化为Fma这就是牛顿第二定律的数学表达式 三、案例评析 本节课教学设计的思路是：首先提出物体的加速度是由哪些因素决定的这个问题，引导学生根据自己已有的经验进行定性探究，在此基础上，进一步引导学生应用控制变量法进行定量探究，让学生经历自己设计实验方案、观察实验现象、记录实验数据、全班合作处理实验数据、分析实验数据得出结论的过程，最后总结出牛顿第二定律的数学表达式 本节课教

15、学设计为创设问题情境，让学生主动参与探究加速度、质量、力三者关系的全过程，在实验方案设计分析、应用图像探究规律等问题解决的过程中较为关注学生自己的观念，让学生在问题讨论中完善自己的观点，学习应用物理和数学的方法研究自然规律，有效地培养学生的实验设计能力、观察能力、分析能力、解决问题的能力以及合作交流的能力教师在实验完成后的一句话“本实验只是让我们对于自然规律的探究有所体验，实际上一个规律的发现不可能是几次简单的测量实验就得出，还需要通过大量的实验事实来论证”充分体现了注重对学生进行科学态度和科学精神的教育对于实验的方案可以根据学校、学生的情况，选择一种或两种或三种做，让学生比较实验的结果，对实

16、验进行多方面的反思 四、相关链接探究牛顿第二定律中的图像问题 典型例题1 在“探究牛顿第二定律”实验中，研究加速度与力的关系时得到如图11-1所示的图像，试分析其原因 分析：在做aF关系实验时，用砂和砂桶所受重力mg代替了小车所受的拉力F，如图11-2所示：事实上，砂和砂桶的重力mg与小车所受的拉力F是不相等的，这是产生实验系统误差的原因，为此，必须根据牛顿第二定律分析mg和F在产生加速度问题上存在的差别由图像经过原点知，小车所受的摩擦力已被平衡设小车实际加速度为a，由牛顿第二定律可得mg（mm0）a即若视Fmg，设这种情况下小车的加速度为a，则amgm0在本实验中，m0保持不变，与mg（F）

17、成正比，而实际加速度a与mg成非线性关系，且m越大，图像斜率越小理想情况下，加速度a与实际加速度a差值为上式可见，m取不同值，a不同，m越大，a越大，当m0m时，aaa0，这就是要求该实验必须满足m0m的原因所在 本题误差是由于砂及砂桶质量较大，不能很好满足m0m造成的 点评：本实验的误差来源：因原理不完善引起的误差，本实验用砂和砂桶所受的总重力mg代替小车的拉力，而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶所受的总重力，这个砂和砂桶的总质量越接近小车和砝码的总质量，误差越大；反之砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量，由此引起的误差就越小因此满足砂和砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量m0的目的就

18、是为了减小因实验原理不完善而引起的误差此误差可因为mm0而减小，但不可能消去此误差 典型例题2 在利用打点计时器和小车做“探究牛顿第二定律”的实验时，实验前为什么要平衡摩擦力?应当如何平衡摩擦力? 分析：牛顿第二定律表达式Fma中的F，是物体所受的合外力，在本实验中，如果不采用一定的办法平衡小车及纸带所受的摩擦力，小车所受的合外力就不只是细绳的拉力，而应是细绳的拉力和系统所受的摩擦力的合力因此，在研究加速度a和外力F的关系时，若不计摩擦力，误差较大；若计摩擦力，其大小的测量又很困难在研究加速度a和质量m的关系时，由于随着小车上的砝码增加，小车与木板间的摩擦力会增大，小车所受的合外力就会变化（此

19、时长板是水平放置的），不满足合外力恒定的实验条件，因此实验前必须平衡摩擦力 应如何平衡摩擦力?怎样检查平衡的效果?有人是这样操作的：把如图11-3所示装置中的长木板的右端垫高一些，使之形成一个斜面，然后把实验用小车放在长木板上，轻推小车，给小车一个沿斜面向下的初速度，观察小车的运动情况，看其是否作匀速直线运动如果基本可看作匀速直线运动，就认为平衡效果较好这样操作有两个问题：一是在实验开始以后，阻碍小车运动的阻力不只是小车受到的摩擦力，还有打点计时器限位孔对纸带的摩擦力及打点时振针对纸带的阻力，在上面的做法中没有考虑后两个阻力；二是检验平衡效果的方法不当，靠眼睛的直接观察判断小车是否做匀速直线运

20、动是很不可靠的正确的做法是：将长木板的末端（如图11-3中的右端）垫高一些，把小车放在斜面上，轻推小车，给小车一个沿斜面向下的初速度，观察小车的运动，当用眼睛直接观察可认为小车做加速度很小的直线运动以后，保持长木板和水平桌面的夹角不动，并装上打点计时器及纸带，在小车后拖纸带、打点计时器开始打点的情况下，给小车一个沿斜面向下的初速度，使小车沿斜面向下运动取下纸带后，如果在纸带上打出的点的间隔基本上均匀，就表明小车受到的阻力跟它所受的重力沿斜面的分力平衡 点评： （1）打点计时器工作时，振针对纸带的阻力是周期性变化的，所以，难以做到重力沿斜面方向的分力与阻力始终完全平衡，小车的运动也不是严格的匀速

21、直线运动，纸带上的点的间隔也不可能完全均匀，所以上面提到要求基本均匀 （2）在实验前对摩擦力进行了平衡以后，实验中需在小车上增加或减少砝码，因为改变了小车对木板的压力，从而使摩擦力出现了变化，有没有必要重新平衡摩擦力?我们说没有必要，因为由此引起的摩擦力变化是极其微小的从理论上讲，在小车及其砝码质量变化时，由力的分解可知，重力沿斜面向下的分力G1和垂直斜面方向的分力G2（大小等于对斜面的压力），在斜面倾角不变的情况下是成比例增大或减小的，进而重力沿斜面方向的分力G1和摩擦力f成比例变化，仍能平衡但实际情况是，纸带所受阻力Ff，在平衡时有G1FfFf，而当Ff和Ff成比例变化后，前式不再相等，因

22、而略有变化另外，小车的轴与轮的摩擦力也会略有变化，在我们的实验中，质量变化较小，所引起的误差可忽略不计 典型例题3 用如图11-4（a）所示的装置研究质量、定时加速度与作用力的关系实验中认为细绳对小车的作用力F等于砂和桶所受的总重力，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数值，然后根据测得的数据作aF图线一学生作出如图11-4（b）所示的图线，发现横轴上的截距OA较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于实验中没有进行什么步骤? 分析：这是一个验证性的实验，作出的aF图线理应通过原点，表明质量m0一定时，加速度a与F成正比，作出图11-4

23、（b）所示的图线，表示什么意思呢?设截距OAFf，现变换一下坐标原点，把原点移至A点，纵坐标仍表示加速度a，横坐标表示FFf，设直线的斜率为，则图11-4（c）表示ak（FFf），FFfm0a即：由牛顿第二定律可知，在某同学所做的这个实验中，合外力并不是细绳对小车的作用力F，而是FFf，显然，这个f是水平长木板对小车的摩擦力，这个摩擦力在实验中是不能忽略的，实验中需平衡此摩擦力，采用的办法是：“在长木板的不带定滑轮的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直到小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面上的分力平衡”（见高中课本）这

24、时小车所受的合外力FFfm0gsinF，画出的图线应当通过原点，该同学作出如图11-4乙所示的aF图线，是因为他在实验中没有进行平衡摩擦力这一步骤 典型例题4 利用例3图11-4（a）所示的装置做“探究牛顿第二定律”实验，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度。和小车所受拉力F的图像为图11-5中的直线，乙同学画出的aF图像为图11-5中的直线直线、在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是（ ） A实验前甲同学没有平衡摩擦力 B甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了 C实验前乙同学没有平衡摩擦力 D乙同学在平衡摩擦力时，把长

25、木板的末端抬得过高了 分析：图像在纵轴上有较大的截距，说明在绳对小车的拉力F0（还没有挂砂桶）的情况下，小车就有了沿长木板向下的加速度a0设长木板与水平桌面间的夹角为，小车所受的重力mg沿长木板向下的分力应为mg sin，长木板对小车的摩擦阻力应为mg cos又设运动系统所受的其他阻力为Ff（可视为定值），则应有mg sin（mg cosFf）ma0，在此式中m、g、Ff为定值如果适当减小值，可使sin减小而cos值增大，实现a00，图像起点回到坐标系的原点图像在横轴上有较大的截距，说明乙同学在实验前没有平衡摩擦力，因此在绳对小车有了较大的拉力F以后，小车的加速度仍然为零，其原因如例3所述由上

26、述分析可知，B、C选项的叙述正确 分析：（1）关键分析纵截距及其物理意义；（2）在实验中平衡摩擦力的标准是物体在不挂砂桶时匀速运动，即所连纸带上的点应是均匀分布的2019-2020年高中物理牛顿第二定律教案28 新人教版必修1第1课时知识要点表解 力是使物体产生加速度的原因，物体受到力的作用，就会产生加速度，而物体的加速度不仅与它所受力有关，还与物体质量有关，牛顿第二定律揭示了加速度与力和质量的关系.牛顿第二定律文字表述物体的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同公式F合=ma单位F:N m:kg a:m/s2教材分析 牛顿第二定律是动力学的核心规律，

27、动力学又是经典力学的基础，也是进一步学习热学、电学等其他部分知识所必须掌握的内容.所以，牛顿第二定律是本章的中心内容，更是本章的教学重点.1.本课以必修教材为依据.实验采用课文所述装置，简单直观，易得出结论.缺点是不够精确，操作亦须谨慎，否则会出现误差较大的情形.重复实验时，也可逆向操作验证.先确定两小车距终点位移，然后放手由同时到达终点验证，操作较容易.有条件的学校可使用气垫导轨、光电门进行精确测量验证.2.通过定律的探求过程，渗透物理学研究方法，是整个物理教学的重要内容和任务.本节内容即为一典型探求过程:运用控制变量、实验归纳的方法研究三个变量的关系.这种方法在热学中研究p、V、T三量关系

28、，在电学中研究U、d、E的关系等都要用到.这是人类认识世界的常用方法.所以本节课不只是让学生掌握牛顿第二定律，更应知道定律是如何得出的.3.牛顿第二定律通过加速度将物体的运动和受力紧密联系，使前三章构成一个整体，这是解决力学问题的重要工具.应使学生明确对于牛顿第二定律应深入理解、全面掌握，即理解各物理量和公式的内涵和外延，避免重公式、轻文字的现象.数学语言可以简明地表达物理规律，使其形式完善、便于记忆，但它不能替代文字表述，更不能涵盖与它关联的运动和力的复杂多变的情况,否则就会将活的规律变为死的公式. 设计思路:本节课的设计出发点在于更多地调动学生参与，使其动手动脑，以提高其能力.本节课的关键

29、在于电脑辅助实验数据处理，提高了课堂密度，有可能在一节课内完成讲授与实验.本节课设计时隐含了“假说”“实验验证”的科学研究方法、电脑辅助实验数据处理，烘托了科学研究气氛. 本节课学生实验器材即学生分组验证牛顿第二定律器材，电脑软件系自制软件:包括表格（输入s1至s6及即可算出a，根据a和F或1/M的值即可在图象中描点连线）和图象，也可以用一些现成的软件如Excel等.学生状态分析1.学生知道牛顿第一运动定律.2.知道加速度、速度、位移等概念，掌握加速度的测量方法.3.会对物体进行正确的受力分析.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