牛顿第二定律教案.docx

牛顿第二定律教案第十一讲：牛顿第二定律 适用学科 适用区域 知识点 物理 全国新课标人教版 适用年级 课时时长 高一 120分钟 1探究加速度与力、质量的关系。 2牛顿第二定律。 教学目标 1.知识与技能 会通过“控制变量法”探究加速度与力、质量的关系。 掌握利用图象处理数据的方法。 掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式。 2.过程与方法 指导学生利用控制变量法及实验原理去设计实验。 帮助学生学会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。 培养学生的概括能力和分析推理能力。 3.情感、态度与价值观 通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。 通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神。 培养与人合作的团队精神。 通过定律的探索过程，渗透物理学研究方法；体验物理方法的魅力。 教学重点 经历探究加速度与物体质量、物体受力的关系的过程。 理解牛顿第二定律。 教学难点 分析实验数据得出加速度与力、质量的关系式。 通过简单应用正确理解牛顿第二定律的内涵。 1 教学过程 一、复习预习 知识回顾 1.加速度的理解及其定义式. 2.改变物体运动状态的原因. 3.牛顿第一定律. 课前预习 1探究加速度与力、质量的关系 2牛顿第二定律 二、知识讲解 导入新课 ：从牛顿第一定律的内容你能得出什么疑问？ ：牛顿第一定律告诉我们，如果一个物体不受力，它将保持静止状态或匀速直线运动状态。那么如果一个物体受到的合外力不为零它将会怎样运动？ ：运动状态改变的原因 ：影响物体加速度的因素到底有哪些？ 2 观察两车的启动快慢可得出什么样的结论 ：物体的加速度与物体的质量有关 观察两物块启动快慢可得出什么样的结论 ：物体的加速度与物体所受的合外力的大小有关 ：通过以上实例说明：物体的加速度与力和质量有关 m 一定时，F 越大，加速度越大 F 一定时，m 越大，加速度越小 ：a、F、m 之间到底有怎样的定量关系？ 接下来我们通过设计实验进行定量分析 考点/易错点1探究加速度与力、质量的关系 设计实验要明确几个问题: 3.在实验时如何解决摩擦力带给我们的影响？ 3 钩码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F 实验设计:控制变量法 1.用天平测出小车和小盘的质量 M 和m，并把数据记录下来(要求：M>>m) 2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔，但先不要悬挂小 盘调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。 3.用细线将钩码与小车相连，先接通电源，再释放小车，测出一组数据。 4.控制小车质量不变，改变钩码质量，多测几组数据。 5.控制钩码质量不变，在小车增加砝码质量，再测几组数据。 实验装置简略图：如图所示 实验表格设计 4 实验1数据处理 a - F图象是一条过原点的倾斜直线 实验2数据处理 5 m-a图象是一条曲线，而1/m a是一条过原点的直线 考点/易错点2牛顿第二定律 由上述实验得出： 物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比 公式表达： aF/m 即，F=kma， 如果各物理量都用国际单位，则k=1 牛顿第二定律: 1、内容：物体的加速度跟物体所受合外力F成正比，跟物体的质量m成反比，加速度的方向跟物体所受合外力的方向相同。 2、表达式： F合 =ma 1牛顿1千克·米/秒2 3、1N的物理意义：使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度所需的力就是1N。 4、对牛顿第二定律的理解： 矢量性：F=ma 是矢量式，a的方向由F的方向决定，且与所受力F的方向相同。 瞬时性：加速度具有瞬时性，与物体所受的合外力同时产生，同时变化，同时消失。 同体性： F=ma中，F、m、a都是对同一物体而言的。 独立性：作用于物体上的每一个力产生的加速度都遵从牛顿第二定律，而物体的实际加速度是这些加速度的矢量和。 三、例题精析 考点1.探究加速度与力、质量的关系 6 在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法正确的是( ) A. 平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上 B. 每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C. 实验时，先放开小车，后接通电源 D. “重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响 B 平衡摩擦力时，不把悬挂重物用细绳通过定滑轮系在小车上，即不对小车施加拉力. 故A错误.设木板的倾角为，则平衡摩擦力后有mgsin =mgcos ,即tan =,与小车的质量无关，故每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，所以B正确. 实验时应先接通电源,待打点计时器工作稳定后再放开小车,故C错误.实验要求重物的质量远小于小车的质量，因为只有这样，重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力，故D错误. 用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下： A用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量； B按图装好实验器材； C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶； D将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量； 7 E保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验； F分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； G作aM关系图象，并由图象确定aM关系 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在_步实验之后 (2)在上述步骤中，有错误的是_，应把_改为_ (3)在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把_改为_ 平衡摩擦力 B D 6V电压的蓄电池 6V以下交流电压的学生电源 G a-M a-1/M 实验中把桶及其中砂子的重力看做与小车所售的重力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力，电磁打点计时器接在6v电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6v以下交流电压的学生电源上，作a-M关系图，得到的是曲线，很难做出判断，必须“化曲为直”，改作a-1/M关系图像。 在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出 8 (1)当M与m的大小关系满足_时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力 (2)如图(a)，甲同学根据测量数据做出的a-F图线，说明实验存在的问题_ (1)Mm (2)平衡摩擦力时木板倾角过大 (1)只有M与m满足Mm才能使绳对小车的拉力近似等于盘及盘中砝码的重力(2)平衡摩擦力时木板倾角过大 考点2.牛顿第二定律 下列对牛顿第二定律的表达式Fma及其变形公式的理解，正确的是：( ) A、由Fma可知，物体所受的合外力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比； B、由mFa可知，物体的质量与其所受的合外力成正比，与其运动的加速度成反比； C由aFm可知，物体的加速度与其所受的合外力成正比，与其质量成反比； D、由mFa可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合外力而求得。 CD 物体所受的合外力与物体的加速度具有因果关系。合外力是因，加速度是果。故A选项错误。物体的质量是物体本身具有的一种属性，与其所受的合外力无关，故B 选项错误。 9 一个物体，质量是2kg，受到互成120°角的两个力F1和F2的作用，这两个力的大小都是10N，这个物体产生的加速度是多大？ 5m/ s2 如图所示，受力分析 如图所示，质量为4kg的物体与水平地面的动摩擦因数为=0.20。现对它施加一向右与水平方向成37°，大小为20N的拉力F，使之向右做匀加速运动，求物体运动的加速度大小。 2.6m/s2 如图对物体受力分析 a=F合10N=5m/s2m2kg 10 四、课堂运用 1. 为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用二者的关系图象表示出来，该关系图象应选 1 1 ( ) Aam图象 Ca图象 Bma图象 D.a图象 mm【答案 C 在作用力相同的情况下，质量越大，速度的变化越慢，加速度越小，两者可能成反比，则用a图象更容易判断 1m2. 如果a图象是通过原点的一条直线，则说明 1m ( ) A物体的加速度a与质量m成正比 B物体的加速度a与质量m成反比 C物体的质量m与加速度a成正比 D物体的质量m与加速度a成反比 B a图象是通过原点的一条直线，则a与成正比，则加速度a与质量m成11mm反比，A项错误，B项正确物体的质量为定值，故C、D选项错误 3. 在利用打点计时器和小车做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，下列说法中正确的是 ( ) A平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上 B连接砝码盘和小车的细绳应与长木板保持平行 C平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动 D小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车 BCD 本实验先平衡摩擦力而后再把悬挂小盘的细绳系在小车上，所以A选项错误 4. 在“验证牛顿第二定律”的实验中，在研究加速度a与小车的质量M的关系时，由于没有注意始终满足Mm的条件，结果得到的图象应是图中的 11 ( ) D 在本实验中，小车的加速度aFmgMMm，则绳子的张力FMmgMm，在研究加速度跟小车质量M的关系时，保持m不变，若横轴为1/(Mm)，则a1/(Mm)图象应是过原点的直线，当满足Mm时，m可以忽略不计，amgM，a1/M图象还可以满足图象是过原点的直线；当小车的质量较小，不满足Mm时，斜率将变小，图象便发生弯曲故选D. 5. 质量为m的物体从高处释放后竖直下落，在某时刻受到的空气阻力为f，加速度为a1g，则f的大小为 3124Af=mg Bf=mgCfmg Df=mg 333B 以物体为研究对象，根据牛顿第二定律有mgfma，解得f=确。 6. 某人站在升降机底板的台秤上，发现台秤的示数比他的体重减少了20%.以下判断正确的是( ) A升降机一定是在下降过程 B升降机一定是在减速状态 C如果是在下降过程，则升降机肯定处于加速状态 D如果升降机是在减速状态，则升降机肯定处于上升过程 CD 台秤示数比实际体重小说明人所受支持力减小，重力不变，故所受合力竖直向下，由牛顿第二定律可知，升降机与人的加速度方向竖直向下；若在下降过程，加速度与速度方向同向，升降机速度增加，C项正确；若在减速，说明加速度与速度方向相反，即升降机处于上升过程中，D项正确 2mg，故B正3五、课程小结 12 1力是物体产生加速度的原因 2用控制变量法探究物体的加速度与合外力、质量的关系. 3牛顿第二定律：F=ma 4牛顿第二定律具有同向性、瞬时性、同体性、独立性 六、课后作业 1. 质量为m的物体从高处释放后竖直下落，在某时刻受到的空气阻力为f，加速度为a1g，则f的大小为 3124Af=mg Bf=mgCfmg Df=mg 333B 以物体为研究对象，根据牛顿第二定律有mgfma，解得f=对。 2. 如图，一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧，其左端固定在小车上，右端与一小球相连，设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态，若忽略小球与小车间的摩擦力，则在此段时间内小车可能是 A.向右做加速运动 B.向右做减速运动 C.向左做加速运动 D.向左做减速运动 AD 对小球水平方向受到向右的弹簧弹力N，由牛顿第二定律可知，小球必定具有向右的加速度，小球与小车相对静止，故小车可能向右加速运动或向左减速运动。 13 2mg，故B33. 人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，如图所示。以下说法正确的是 A人受到重力和支持力的作用 B人受到重力、支持力和摩擦力的作用 C人受到的合外力不为零 D人受到的合外力方向与速度方向相同 A 由于人随扶梯斜向上匀速运动，对其受力分析可知，人只受重力和支持力的作用，选项A正确。 4. 一质量为M的探空气球在匀速下降，若气球所受浮力F始终保持不变，气球在运动过程中所受阻力仅与速率有关，重力加速度为g现欲使该气球以同样速率匀速上升，则需从气球吊篮中减少的质量为 A.2(M-2FFF) B.M- C.2M- D. 0 gggA 考查牛顿运动定律。设减少的质量为m，匀速下降时：Mg=Fkv，匀速上升时：Mgmgkv = F，解得mg = 2(M)，A正确。本题要注意受力分析各个力Fg的方向。 5. 一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动，小球通过细绳与车顶相连。小球某时刻正 14 处于图示状态。设斜面对小球的支持力为N，细绳对小球的拉力为T，关于此时刻小球的受力情况，下列说法正确的是 A.若小车向左运动，N可能为零 B.若小车向左运动，T可能为零 C.若小车向右运动，N不可能为零 D.若小车向右运动，T不可能为零 AB 本题考查牛顿运动定律。对小球受力分析，当N为零时，小球的合外力水平向右，加速度向右，故小车可能向右加速运动或向左减速运动，A对C错；当T为零时，小球的合外力水平向左，加速度向左，故小车可能向右减速运动或向左加速运动，B对D错。解题时抓住N、T为零时受力分析的临界条件，小球与车相对静止，说明小球和小车只能有水平的加速度，作为突破口。 6. 某汽车的部分参数如下表，请根据表中数据完成表的其他部分。 整车行使质量1500Kg 加速性能 0108Km/h(即30m/s)所需时间 11s 车辆以36Km/h行使时的制动距 离 制动性能 6.5m 2.73 1.15×104 由a=1.15×104N _N 制动过程中所受合外力 最大功率92KW 平均加速度 _m/s2 Dv2可得a2.73m/s2；根据0-v0=2(-a)s和Fma可得FDt 15