第二节 牛顿第二定律（表格式教学设计）物理沪科版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦牛顿第二定律核心知识点，通过“嫦娥四号”软着陆和足球运动实例导入，衔接牛顿第一定律，引导学生从定性到定量探究加速度与力、质量的关系，搭建运动学与动力学的学习支架。 以实验探究为主线，采用控制变量法设计实验，指导学生平衡摩擦力、用打点计时器测加速度，培养科学探究能力。通过图像转换处理数据归纳规律，深化对F=ma矢量性、瞬时性的科学思维理解，结合科技实例渗透科学态度与责任，助力学生构建物理观念，为教师提供清晰的实验教学与难点突破方案。

第二节 牛顿第二定律 （教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 第四章 牛顿定律 第二节 牛顿第二定律 （教学设计） 教学 目标 物理观念 1. 认识力是改变物体运动状态的原因，理解合外力不为零时物体必产生加速度； 2. 理解并能表述牛顿第二定律：a与F成正比，与m成反比，加速度方向与合外力方向相同； 科学思维 1. 能利用控制变量法设计实验，探究a与F、m的关系； 2. 能通过坐标变换、绘制图象对实验数据进行处理与规律归纳； 科学探究 1. 经历提出问题—猜想假设—制定方案—实施实验—处理数据—得出结论—评估反思的全过程； 2. 在实验中学会使用天平、打点计时器等仪器，学会估计和减小系统误差； 科学态度与责任 1. 体验严谨求实、尊重事实和数据的科学态度； 2. 感受牛顿定律对近现代科技的重要意义，增强责任意识和使命感； 教材 分析 教材将“力与运动”作为必修模块的核心内容之一，其中牛顿运动定律既是对运动学知识的进一步升华，也是后续电磁学、天体物理等内容的理论基础。本节课“牛顿第二定律”位于第四章“牛顿定律”中，是学生在学习了匀变速直线运动的运动学规律、掌握了牛顿第一定律（惯性定律）之后，第一次系统地探究力与加速度之间量的关系的内容。它既要通过实验探究揭示a、F、m之间的函数关系，又要进一步引导学生认识加速度与合外力方向一致的矢量性质、瞬时对应关系以及质量作为惯性量度的意义。 教学重点 1. 通过实验建立a、F、m之间的定量关系，并形成F=ma的表达式； 2. 理解F=ma的矢量性、瞬时对应关系以及质量与惯性的联系。 教学难点 1. 实验中对摩擦力的平衡处理与误差控制； 2. F=ma同体性、瞬时性与“速度不可突变”思维冲突的澄清。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 “嫦娥四号”探测器实现人类首次月球背面软着陆 足球赛场上，运动员开球时踢球的力使球由静止开始运动，球的速度变大；守门员对球的力改变了球的运动快慢和运动方向。可见，物体的加速度与物体受到的力有关。 【教师提问】加速度与力、质量之间有什么样的定量关系呢？ 结合实例思考问题 学习新课 一、探究加速度与物体受力、物体质量间的关系 1. 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 由上述定性的分析可知，物体的加速度与物体受力和物体质量都有关。 【提出问题】根据前面的定性分析我们知道，物体受力和物体质量都对加速度有影响，它们之间的定量关系如何？ 【实验方法】控制变量法 【实验思路】（1）保持物体质量m不变，改变物体受力，测a、F; （2）保持物体所受拉力F不变，改变物体质量，测a、m。 【实验原理与方案】根据牛顿第一定律，如果物体所受的力不为零，物体将无法保持静止或匀速直线运动状态，其运动状态将发生变化，即物体有了加速度。所以，力是使物体产生加速度的原因。由于物体具有质量，需要研究加速度与物体受力和物体质量之间的定量关系。本实验涉及 a、F、m 三个物理量，为了进一步确定它们之间的定量关系，可采用控制变量法。先保持物体质量不变，研究物体受力对加速度的影响；再保持物体受力不变，研究物体质量对加速度的影响；最后将两次研究的结论综合起来，得出物体受力和物体质量均变化时的加速度。 【实验装置与方法】 在桌面上放置平直导轨，导轨一端固定有定滑轮，导轨上放置小车；细绳与导轨平行，一端连接小车，另一端跨过定滑轮悬挂重物。本实验的对象为小车。研究小车质量和小车受力对小车加速度的影响。用天平测量小车与重物的质量；在小车中添加砝码以改变小车的质量。分体式位移传感器、频闪照片等均可用于测量小车的加速度。在实验时，采用适当的方法尽可能消除摩擦力对小车运动的影响。可以证明，当重物的质量远小于小车的质量时，小车所受拉力 F 的大小近似等于重物所受重力的大小。更换不同重物来改变小车所受的拉力大小。实验时，如何确定小车做匀加速直线运动？如何测量小车的加速度？若小车做的不是匀加速直线运动，应如何调整实验装置？ （1）测量质量 测量工具：天平 可通过增减在小车上的砝码的数量来实现对小车质量的改变。 （2）测量力 ①如何给小车施加一个可以测量的恒力T呢？ 直接用弹簧测力计拉小车，可以吗？还是借助定滑轮和钩码来拉？ ②细线给小车提供的拉力是小车受到合力吗？ （3）平衡摩擦力 原则：利用重力的分力平衡摩擦力和斜面弹力。小车受到的合外力等于绳的拉力F。 标准：将木板垫上薄木块，使小车在不挂钩码，但要连接纸带，观察纸带上点均匀即可） 注意：只需平衡一次摩擦力 （4）测量加速度 ①方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车移动的位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a＝计算出加速度a。 ②方法2：利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度，小车做匀加速直线运动时，有 【实验操作与数据收集】 释放小车，小车将在细绳拉力的作用下沿导轨做加速运动。保持小车的质量 m 不变，更换不同质量的重物，分别测量小车所受的拉力F和相应的加速度a，并将数据记录在表中。 保持重物不变，即小车所受拉力 F 不变，在小车内加入砝码，记录小车的质量 m，测量小车的加速度 a，并将实验数据记录在表中。 如果画出的图像在一条过原点的直线上，说明这两个物理量成正比。如果画出的图像是一条曲线，就较难确定这两个物理量间的定量关系。通常可从最简单的情况入手，猜想它们有可能是反比关系，即一个物理量与另一个物理量的倒数成正比。通过转换坐标可将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线。若转换后的图像为过原点的直线，表明猜想是正确的。从画出的图可以看出a与m并不是正比关系， 【实验结论】小车的加速度a跟它所受的作用力成正比，与它的质量m成反比。 思考实验中需要测量哪些物理量？用什么测量工具，如何进行测量？ 注意砝码与槽码的区别 掌握质量的测定方法 掌握力的测定方法 掌握平衡摩擦力的方法 掌握测量加速度的两种方法 理解并掌握实验结论 学习新课 二、牛顿第二定律 1. 牛顿第二定律 大量的实验和观察到的事实都可以得出与上节课实验同样的结论，由此可以总结出一般性的规律：物体加速度的大小与物体受到的作用力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律。 用等式表示为F =kma式中的 k 为比例系数。只要 k 是常数，关系式就能正确表示 F 与 m、a 之间的比例关系。如果我们规定能使质量为 1 个单位的物体获得 1个单位的加速度的力为 1 个单位。 当k =1时，质量 m = 1 kg 的物体，在某力作用下获得 a = 1 m/s2 的加速度所需要的力：F=ma=1 kg×1m/s2= 1 kg·m/s2 把 1 kg·m/s2 叫做“一个单位”的力，力F的单位就是千克米每二次方秒。 在国际单位制中质量的单位为kg，加速度的单位为 m/s2，力的单位就是 kg·m/s2，后人为了纪念牛顿，将“牛顿”命名为力的单位，用符号N表示，即1 N = 1 kg·m/s2。按上述规定，使质量为1 kg物体产生1 m/s2 加速度的力为 1 N。实际上，物体所受的力往往不止一个。我们可以将物体所受的多个力等效为一个力——合力。上式中F指的就是物体所受的合力。 2. 对牛顿第二定律的理解 （1）因果性：力是产生加速度的原因，合外力不为零时一定有加速度； （2）同体性：a 、F、m对应于同一物体; （3）矢量性：F=ma是一个矢量式，a与F 的方向总是相同; （4）瞬时性：a与F是瞬时对应关系（含大小和方向），即a与F同时产生，同时变化，同时消失。加速度与力一样可以突变，而速度是无法突变的; （5）独立性：每个力各自独立地能使物体产生一个加速度，与物体是否受其他力无关。 惯性是物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。根据牛顿第二定律 a = F/m，当力 F 一定时，物体的质量 m 越大，加速度 a 就越小，运动状态越难改变，表明物体的惯性越大；相反，如果物体的质量 m 越小，加速度 a 就越大，运动状态越容易改变，表明物体的惯性越小。所以物体的质量是惯性大小的量度。 掌握并理解 牛顿第二定律 注意k的取值问题 理解牛顿第二定律的性质，尤其是矢量性和瞬时性 课 堂 练 习 1 （多选）下列对牛顿第二定律的表达式F＝ma及其变形公式的理解，正确的是（ CD ） A.由F＝ma可知，物体所受的合外力与物体的质量成正比，与物体的加速度成正比； B.由m＝ 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a＝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m＝ 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 2. 在牛顿第二定律F=kma式中，比例常数k的数值（ D ） A.在任何情况下都等于1 B.k值是由质量、加速度和力的大小决定的 C.k值是由质量、加速度和力的单位决定的 D.在国际单位制里，k的数值一定等于1 3. （多选）下列对牛顿第二定律的理解正确的是(　CD　) A．由F＝ma可知，F与a成正比，m与a成反比 B．牛顿第二定律说明当物体有加速度时，物体才受到外力的作用 C．加速度的方向与合外力的方向一致 D．当外力停止作用时，加速度随之消失 4 在平直路面上，质量为1 100kg的汽车在进行研发的测试，当速度达到100km/h时取消动力，经过70s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 000N，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。 【解析】设汽车运动方向为正方向,关闭发动机后,汽车水平受力如下图 第一阶段，汽车做匀变速运动 v0=100 km/h=27.8 m/s ，t=70 s ， v=0 m/s 负号表示与运动方向相反 5. 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，（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。 【解析】（1）若斜面光滑，对物体受力分析如图： 根据牛顿第二定律：mgsinθ=ma，得：a=gsinθ （2）若斜面粗糙，物体受力如图 根据牛顿第二定律：mgsinθ-Ff=ma Ff=μFN，FN=mgcosθ 联立得：a=gsinθ-μgcosθ 板 书 设 计 第二节 牛顿第二定律 一、探究加速度与物体受力、物体质量间的关系 1. 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 【实验方法】控制变量法 【实验思路】（1）保持物体质量m不变，改变物体受力，测a、F; （2）保持物体所受拉力F不变，改变物体质量，测a、m。 （1）测量质量 测量工具：天平 可通过增减在小车上的砝码的数量来实现对小车质量的改变。 （2）测量力 ①如何给小车施加一个可以测量的恒力T呢？借助钩码来拉 ②细线给小车提供的拉力不是小车受到合力，需要平衡摩擦力。 （3）平衡摩擦力 原则：利用重力的分力平衡摩擦力和斜面弹力。小车受到的合外力等于绳的拉力F。 标准：将木板垫上薄木块，使小车在不挂钩码，但要连接纸带，观察纸带上点均匀即可。 注意：只需平衡一次摩擦力 （4）测量加速度 ①方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车移动的位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a＝计算出加速度a。 ②方法2：利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度，小车做匀加速直线运动时，有 【实验结论】小车的加速度a跟它所受的作用力成正比，与它的质量m成反比。 二、牛顿第二定律 1. 牛顿第二定律 物体加速度的大小与物体受到的作用力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律。 2. 对牛顿第二定律的理解 （1） 因果性（2） 同体性 （3） 矢量性（4） 瞬时性（5） 独立性 课堂小结 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $