牛顿第二定律教案._牛顿第二定律教案
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“ 牛顿第二定律 ” 教学设计 陕西师大附中 高宝新
一、教材分析
1、教材的地位
牛顿第二定律将力学和运动学有机地结合在一起,是动力学中的核心内容, 而且是许多电学分析的基础, 因此深刻地认识和掌握这一定律具有十分重要 的意义。
2、教学目的理解加速度和力的关系以及加速度和质量的关系 知道国际单位中力的单位是怎样定义的 理解牛顿第二定律的内容及确切含义
3、重点、难点
总结出牛顿第二定律,并掌握牛顿第二定律的初步应用。
理解物理公式在确定物理量的数量关系的同时也确定了物理量的单位关系。
二、教学程序
师:我很高兴和同学们一起走入今天的物理课堂来共同学习牛顿第二定律, 希望 同学们能够开心度过!师:今天老师带了一个苹果过来,我想知道这个苹果的质量,谁能帮助我? 生:用台秤,天平等等。(苹果送给学生
师:同学们都知道物体的质量可以用天平测量, 那么我想知道正在轨道上运行的 火箭的质量, 你们还可以用天平帮我测量吗 ? 要是谁能够用天平测量, 我就送 给你一个火箭!
生:不行!师:很显然,这是一件不靠谱的事情!师:那么到底如何测量正在运行的火箭的质量呢?好, 下面老师带大家进入第一 个环节,科学之旅。
师:早在 1966年,人们就在地球的上空以牛顿第二定律为基础测量出了飞行着 火箭的质量,他们是怎样做的呢?人们用双子星号宇宙飞船去接触正在轨道 上运行着的火箭,接触以后,开动双子星号宇宙飞船的推进器,使之产生一 个推力,使飞船和火箭共同加速。已知:推进器的平均推力 F=895N,推进器 开动 7s ,测出飞船和火箭的速度改变了 0.91m/s,双子星号宇宙飞船的质量 m 1 =3400kg。
师:根据这些数据人们是如何测量出火箭的质量呢?可能目前我们同学看到这么 多数据还很茫然,不用着急,我们学完这节课之后,我相信同学们就可以轻 松解决这个问题了!那么我们带着这个问题进入第二个环节,温故而知新。师:在上节实验课中我们探究了物体的加速度与力、质量的关系, 你们还记得我 们在实验中用到了什么样的实验方法吗? 生:控制变量法。
师:非常好!控制变量法是我们物理学中最常用的实验方法之一。师:那你们还记得实验中得到的结论吗? 师:当质量一定时,物体的加速度与力的关系是什么样的呢? 生:质量一定时,物体的加速度与力成正比!师:那么力一定时,物体的加速度与自身质量是什么样的关系呢?
生:力一定时,物体的加速度与质量成反比!师:我们实验中的物体是只受到了一个力的作用吗? 生:不是。
师:那么我们刚才所说的力应该是物体所受到的什么力呢? 生:合力。
师:为了综合表示物体加速度与合力和质量的关系, 我们可不可以用一个式子来 表示呢? 生:可以!师:非常好,(ppt 展示并板书 物体的加速度跟受到合力成正比 , 跟物体的质量 成反比 我们还可以变形得到 F ∝ ma , 根据数学原理,我们知道 y ∝ x , 我们 可以写成 y=kx,我们能不能将 F ∝ ma 也写成一个等式呢? 生:能!我们可以引入一个比例系数,得到 F=kma。师:从这个公式我们看一下,哪些物理量是矢量? 生:力和加速度是矢量。
师:那么加速度的方向和力的方向有着怎样的关系呢? 生:相同。师:为什么呢? 生 : 随机性。
师:好,我们来看这样一个例子,用力在光滑水平面推物体,物体的加速度和速 度怎样呢?然后我们再用反向的力拉它让他停下来, 那么这个过程的加速度 和速度怎样呢? 生:分过程回答。
师:物体的加速度跟作用力成正比 , 跟物体的质量成反比 , 加速度的方向和作用 力的方向相同。这就是牛顿第二定律。
师:我们通过温故而知新环节, 得到了牛顿第二定律的内容, 希望同学们能够掌 握!我们一起来大声朗读一下牛顿第二定律的内容!师:公式 F=kma, K 是我们刚引入的一个比例系数, 那么这个比例系数是多少呢? 你知道吗? 生:不知道!师:好,带着这个问题我我们进入第三个环节,深入学习!师:要想知道比例系数是多少?需要了解当时的物理背景。在牛顿时代, 人们只 是知道力的存在, 但是并不知道一个力有多大, 当时人们已经知道力是改变 物体运动状态的原因, 但是由于力的大小没有一个标准使得好多运动学的问 题没有办法解决。当时物体的质量可以测量, 加速度也可以根据运动学公式 计算,但是由于不知道力的大小,根据公式 F=kma,那么比例系数的选取也 就具有任意性!这样我们无法用这个公式进行定量计算, 它也就失去了一个 公式的意义。后来人们就想啊!要是力的大小能够确定,那么比例系数 K 也就能够确定了。我们人类是很聪明的,力的大小并不是随随便便定义的, 人们为了使比例系数 k=1从而使公式变得更简单一些,于是人们规定;使质 量为 1千克的物体产生 1米 /秒 2加速度的力,叫做“一个单位的力”,后 来为了纪念牛顿,把一个单位的力称为 1牛顿。从此力的大小标准诞生了!师:则根据 F=kma, 当质量 m 和加速度 a 都取国际单位时, k=1.则牛顿第二定律 的数学表达式就可以写成 F=ma,这个公式成立的前提是质量和加速度必须 取国际单位!
师:我们知道了牛顿第二定律的计算公式,如果在一个运动中我们知道 F、m、a 中的任意两个,我们就可以求第三个物理量。下面我们一起进入第四个环 节,实战演练。
例题 1:某质量为 1100kg 的汽车在平直路面试车,当达到 100km/h的速度时关 闭发动机,经过 70s 停了下来。汽车受到的阻力的多大?重新起步加速时 牵引力为 2000N ,产生的加速度为多大?假定试车过程中汽车受到的阻力 不变。
师:我们先来看看这道题目的研究对象是谁啊?
生:汽车。
师:那么它的受力情况和运动情况分别是什么样子的?请同桌之间讨论一下。生:汽车减速时的受力情况,汽车重新加速时的受力情况
师:那我们看一下已知那些物理量,要求那些物理量? 例题讲解: 师:在解运动学问题时, 因为涉及到矢量的问题, 所以我们需要首先规定正方向。
师:在解决这类问题时,我们需要注意哪些问题呢? 生:随机。
师:矢量性,同体性,瞬时性 师:总结解题步骤。
师:牛顿之所以伟大, 是他把力和运动联系了起来, 那么力和运动到底有怎样的 关系呢?请小组同学之间展开讨论。
生:小组发言,总结归纳。
师:现在请同学们一起解决我们刚开始上课时的问题, 如何根据这些数据测量运 行着火箭的质量!看看那位同学最快能够完成任务!师:谢谢同学们的配合!再见!2 v 0.91m /a==0.13/t 7s m s s ∆=∆12(F m m a =+21289534003484.60.13/F N m m kg kg a m s =-=-= 板书设计: 牛顿第二定律
一、表述: 物体的加速度跟作用力成正比 , 跟物体的质量成反比 , 加速度的方向和作用 力的方向相同。
二、公式: =kmaF 合=maF 合(各物理量均取国际单位
三、应用: 例 1:解:规定沿汽车的运动方向为正方向。有匀变速直线运动公式:100km/h=27.8m/s 2v 027.8/a=0.397/70m s m s t s ∆-==-∆ 根据牛顿第二定律
F 阻 =ma=1100kg*(-0.397m/s2 =-437N F 合 =2000N-437N=1563N 21563N a'===1.42m/sm 1100Kg F 合 教学反思:教材将牛顿第二定律的探究实验和公式表达分为两节内容, 目的在于 加强实验探究和突出牛顿第二定律在力学中的重要地位。牛顿第二定律的价值在 于他确立了力和运动的直接关系, 使我们知道物体的运动情况就可以得知他的受 力情况,知道他的受力情况就可以知道他的运动情况。
本节内容从设计上分为三大块:1.以复习探究实验得出牛顿第二定律的内容 2.力单位的由来及牛顿第二定律公式的得出。3.用牛顿第二定律来解决生活科技中 简单的运动和力的问题。在授课过程中,讲公式 F=kma变成 F=ma的过程设计力 单位的由来,人们规定力的单位是想 k=1,在讲应用部分时,我们知道物理公式 都是用来进行定量计算的, 一般情况就是知道其中几个物理量, 来求剩下的那一 个物理量, 在应用部分主要是想让学生体验学了一个定律之后能够解决生活中实 际问题所带给他们的快乐。在课的后面, 我补充了一个环节, 让学生自己总结归 纳力和运动的关系, 让学生更加深入了解, 牛顿第二定律就是揭示了力和运动的 关系。
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