4.3 牛顿第二定律 教学设计-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

《牛顿第二定律》教学设计 一、教材分析 本节教材是人教版物理第四章第3节的内容。本节在分析上节课实验的基础上，提出了牛顿第二定律的具体内容表述，定量的回答了物体运动状态的变化率——加速度与它所受的外力的关系，以及加速度与它本身质量的关系，得出了牛顿第二定律的数学表达式。同时本节教材突出了力的单位1N的物理意义，为下一节力学单位制的内容做准备，本节内容在本章中起到承上启下的作用；因而成为了运动学的核心，也是学习其它动力学规律的基础。所以本节在本章乃至本册，甚至整个高中物理中具有非常重要的地位。 二、教学目标与核心素养 1物理观念： ①理解牛顿第二定律的内容，知道定律的确切含义。 ②掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式 2科学思维： ①渗透物理学研究方法的教育，建立牛顿第二定律概念 ②应用牛顿第二定律解决实际问题。 3科学探究： ①培养学生的概括能力和分析推理能力 ②培养学生对实验归纳、逻辑推理总结物理规律的方法的认识 4科学态度与责任： ①培养认真的科学态度，严谨、有序的思维习惯。 ②提高物理知识在生活中的应用意识，做到理论联系实际。 三、教学重难点 教学重点：牛顿第二定律的理解 教学难点：牛顿第二定律的应用 四、教学过程 (一)新课引入 让学生观看火车和汽车启动的过程，引出问题：火车启动时与赛车相比牵引力比较大，但质量也大，它的加速度比较小，那么加速度与它受到的作用力及本身的质量间存在什么样的定量关系呢？激发学生的兴趣，将学生带入加速度、力、质量的关系中。 引导学生分析上节课学生实验的数据，得出结论：小车的加速度a与它所受的作用力F成正比，与它的质量m成反比。 多次类似的实验发现：每次实验的点都可以拟合成直线，而这些直线与坐标轴的交点又都十分接近原点。大量的实验和观察到的事实都可以得出：物体的加速度 a 与它所受的作用力 F 成正比，与它的质量 m 成反比。 (二)新课教学 1.牛顿第二定律 (1)文字表述：物体加速度的大小跟它受到的合力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟它的合力方向相同 。 (2)表达式 a ∝ 添加比例系数k，写成等式 F=kma. 牛顿第二定律不仅阐述了力、质量和加速度三者数量间的关系，还明确了加速度的方向与力的方向一致。 实际物体所受的力往往不止一个，式中F指的是物体所受的合力。 2.力的单位 思考与讨论： 取质量的单位是千克（kg），加速度的单位是米每二次方秒（m/s2 ），根据上述牛顿第二定律中加速度与力、质量的关系，我们应该怎样确定力的单位？ 选择比例系数k=1后，力的单位唯一确定，可由牛顿第二定律确定1N的大小。 1N定义为使质量为1kg的物体产生获得1m/s2的加速度所施加的力，即 1N=1kg×1m/s2=1kg·m/s2 选择合适的单位，使得比例系数k=1，表达式变为F=ma 3.加速度的定义式与决定式： 定义式：它给出了测量物体的加速度的方法，但加速度大小与速度v及其变化△v均无因果关系 a方向与△v同向而与v方向无关。 决定式：它揭示了力是物体产生加速度的原因，也揭示了影响物体加速度的因素． 4.牛顿第二定律的应用 例题1：在平直路面上，质量为1 100 kg的汽车在进行研发的测试，当速度达到100 km/h时取消动力，经过70 s停了下来。汽车受到的阻力是多少？重新起步加速时牵引力为2 000 N，产生的加速度是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变。 例题2：某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球，在列车以某一加速度渐渐启动的过程中，细线就会偏过一定角度并相对车厢保持静止，通过测定偏角的大小就能确定列车的加速度如图所示。在某次测定中，悬线与竖直方向的夹角为θ，求列车的加速度。 5.太空漫步： 用动力学方法测质量 让学生观看视频：在太空中测量质量的方法。测量时，航天员把自己固定在支架的一端，另一名航天员将支架拉开到指定的位置，松手后支架拉着航天员从静止返回到舱壁。支架能够产生一个恒定的拉力F，用光栅测速装置，能够测量出支架复位的速度v和时间t，从而计算出加速度。这样就能够计算出航天员的质量m。 6.课堂练习 一个物体质量为m，放在一个倾角为θ的斜面上，物体从斜面顶端由静止开始加速下滑，求： （1）若斜面光滑，求物体的加速度； （2）若斜面粗糙，已知动摩擦因数为μ，求物体的加速度。 (三)课堂小结 牛顿第二定律 物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。 F=ma (四)布置作业 课堂作业：教材92页 第2、5、6题 五、板书设计 4.3牛顿第二定律 一、牛顿第二定律 1内容 2表达式：F=kma 二、力的单位 1N