高三物理《牛頓第二定律》教案 人教版選修3-1

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111 [課時(shí)21] 適用年級(jí) 高三 所需課時(shí) 1課時(shí) 作者姓名 張兆明 單位 聯(lián)系電話 13963268220 電子郵箱 概述（介紹本課時(shí)內(nèi)容在本章中的作用，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，具體細(xì)化的三維學(xué)習(xí)目標(biāo)，重點(diǎn)、難點(diǎn)，學(xué)習(xí)本節(jié)學(xué)生的優(yōu)勢(shì)和不足，主要學(xué)習(xí)活動(dòng)和預(yù)期學(xué)生表現(xiàn)性成果。） 本課時(shí)是在前一節(jié)牛頓第一定律、牛頓第三定律復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上展開的，進(jìn)一步具體的、定量的回答了物體的加速度與它所受外力的關(guān)系，以及加速度與物體自身的慣性—質(zhì)量的關(guān)系，是牛頓物理學(xué)的核心，同時(shí)也是本章內(nèi)容的核心。對(duì)于實(shí)驗(yàn)探究部分我們?cè)诤竺鏁?huì)獨(dú)立一節(jié)來復(fù)習(xí)研究，本節(jié)課重點(diǎn)在于進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)、體會(huì)牛頓第二定律所反映出的本質(zhì)上的東西，如同向性、瞬時(shí)性、獨(dú)立性等，并能運(yùn)用該規(guī)律分析和解決生活中的一些實(shí)際問題。 知識(shí)與技能方面：能準(zhǔn)確表述牛頓第二定律； 能從同時(shí)性、矢量性、獨(dú)立性、瞬時(shí)性等各方面深入理解牛頓第二定律； 能用牛頓第二定律分析和處理簡(jiǎn)單的物理問題。 過程與方法方面：從矢量性角度體會(huì)牛頓第二定律的使用； 理解牛頓第二定律是連接運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的橋梁； 能用牛頓第二定律解決實(shí)際生活上一些直覺上的誤區(qū)。 情感態(tài)度與價(jià)值觀方面： 從牛頓第二定律出發(fā)，體會(huì)因果規(guī)律在生活中的意義。 重點(diǎn)：從本質(zhì)上在進(jìn)一步認(rèn)識(shí)牛頓第二定律 難點(diǎn)：從瞬時(shí)性角度體會(huì)力與加速度的關(guān)系。 學(xué)生在本節(jié)的學(xué)習(xí)中最大的優(yōu)勢(shì)在于通過高一高二的學(xué)習(xí)，對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系有了初步的認(rèn)識(shí)，只是有些時(shí)候深度不夠，理解不夠透徹。 在學(xué)習(xí)活動(dòng)上力圖通過有針對(duì)性的討論與講解讓學(xué)生真正體會(huì)到牛頓第二定律在反映力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系方面具體作用。 預(yù)期通過部分題目的訓(xùn)練與對(duì)生活中一些問題的分析使學(xué)生認(rèn)識(shí)和把握牛頓第二定律。 課時(shí)問題設(shè)計(jì) 1.有人認(rèn)為牛頓第一定律是第二定律特例，故而牛頓第一定律可有可無。對(duì)此，你如何認(rèn)識(shí)？ 2.從牛頓第二定律知道，無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度?？墒俏覀冇昧μ嵋粋€(gè)放在地面上很重的物體，或者去推它時(shí)，卻提不起它，或推不動(dòng)它。這跟牛頓第二定律是否矛盾，為什么？ 3. 物體的速度可以突變嗎？為什么？物體受到的力和物體的加速度能否突變，兩者之間有怎樣的關(guān)系？ 4.應(yīng)用牛頓第二定律解題的基本步驟是什么？需要注意哪些問題？ 所需教學(xué)資源（列出學(xué)習(xí)過程中所需的各種支持資源。） 信息化資源 1.http://www.pep.com.cn/gzwl/jszx/tbjx/kb/st/bx1/201009/t20100903_869243.htm應(yīng)用牛頓第二定律解題的科學(xué)探究 2. http://www.pep.com.cn/gzwl/jszx/wlxs/wlxsjj/201009/t20100919_906632.htm 動(dòng)力學(xué)發(fā)展史 常規(guī)資源 導(dǎo)學(xué)案、多媒體展臺(tái)等 教學(xué)支持環(huán)境 具備投影功能的多媒體教室 評(píng)價(jià)設(shè)計(jì) 1.通過課堂上學(xué)生對(duì)前三個(gè)問題的回答情況，檢查學(xué)生對(duì)牛頓第二定律的認(rèn)識(shí)是否比較深刻或比新授時(shí)有所提升。 2.通過例題的展示，看學(xué)生是否對(duì)牛頓第二定律的使用步驟比較熟練與科學(xué)。 學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)（針對(duì)本課時(shí)選擇的活動(dòng)形式及過程。） 活動(dòng)順序及 時(shí)間安排 學(xué)生活動(dòng) 教師活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖 問題驅(qū)動(dòng)、自主學(xué)習(xí) 5min 1.有人認(rèn)為牛頓第一定律是第二定律特例，故而牛頓第一定律可有可無。對(duì)此，你如何認(rèn)識(shí)？ 2.從牛頓第二定律知道，無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度。可是我們用力提一個(gè)放在地面上很重的物體，或者去推它時(shí)，卻提不起它，或推不動(dòng)它。這跟牛頓第二定律是否矛盾，為什么？ 3. 物體的速度可以突變嗎？為什么？物體受到的力和物體的加速度能否突變，兩者之間有怎樣的關(guān)系？ 4.應(yīng)用牛頓第二定律解題的基本步驟是什么？需要注意哪些問題？ 學(xué)案展示問題，要求學(xué)生先獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)。 教師在各組巡查，隨時(shí)調(diào)研。 通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)及獨(dú)立思考加深對(duì)牛頓第二定律的理解和應(yīng)用 展示交流、合作探究 5min 小組內(nèi)簡(jiǎn)單交流，然后小組代表展示組內(nèi)研討結(jié)果。 聆聽、引導(dǎo)小組展示 看看學(xué)生對(duì)牛頓第二定律的認(rèn)識(shí)是否達(dá)到一定高度，并發(fā)現(xiàn)學(xué)生理解上的一些問題。 知識(shí)梳理、點(diǎn)撥歸納 10min 一．牛頓第二定律的相關(guān)理解 1.揭示了力和運(yùn)動(dòng)的具體關(guān)系。（對(duì)應(yīng)問題一） 2.內(nèi)容： 物體的加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與作用力的方向相同。 3.表達(dá)式： 一個(gè)有具體物理意義的關(guān)系式 4.“五個(gè)”性質(zhì) 同向性：公式為矢量式，任一時(shí)刻F與a同向； 同一性：三個(gè)量對(duì)應(yīng)同一物體或同一系統(tǒng)且各量使用同一國(guó)際單位； 因果性：F是產(chǎn)生a的原因，物體具有加速度是因?yàn)槲矬w受到了力； 瞬時(shí)性：a與F對(duì)應(yīng)同一時(shí)刻，v不能突變（對(duì)應(yīng)問題三，突出慣性），但F和a均可以突變，且同步變化。 獨(dú)立性： ①作用于物體上的每一個(gè)力各自產(chǎn)生的加速度都遵從牛頓第二定律 ②物體的實(shí)際加速度等于每個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢量和（對(duì)應(yīng)問題二，突出合力決定物體的實(shí)際加速度） 5.適用范圍 ①牛頓第二定律只適用于慣性參考系（相對(duì)地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系） ②只適用于宏觀物體（相對(duì)分子、原子）、低速運(yùn)動(dòng)（遠(yuǎn)小于光速）的情況。 二．應(yīng)用牛頓第二定律解題的基本步驟 1.兩類問題的分析 2.基本步驟： ①明確研究對(duì)象 ②分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 ③根據(jù)受力分析圖，選取正方向，列牛頓第二定律方程。 ④解方程、檢驗(yàn)結(jié)果。 由牛頓單位的定義，引出基本單位和導(dǎo)出單位，學(xué)生展示幾個(gè)基本物理量及基本單位。 與前面所學(xué)力的矢量性及力的合成與分解對(duì)應(yīng)起來 可以涉及兩類基本問題。具體展開復(fù)習(xí)可在下節(jié)課。 例題評(píng)析、深化提高 15min 例1.（牛頓第二定律的瞬時(shí)性）如圖所示，在光滑的水平面上，質(zhì)量均為m的物體，在力F的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)彈簧處于壓縮狀態(tài)，現(xiàn)突然撤去F，這一瞬間A球的加速度為________，B球的加速度為________。 變式提高1：如圖所示，物體A、B質(zhì)量均為m，中間有一輕質(zhì)彈簧相連，A用繩懸于O點(diǎn)，當(dāng)突然剪斷OA繩時(shí)，關(guān)于A物體的加速度，下列說法正確的是(　　) A．0　　　　　　B．g C．2g D．無法確定 例2：如圖為一滑梯的示意圖，滑梯的長(zhǎng)度AB為 L= 5.0m，傾角θ＝37。 BC段為與滑梯平滑連接的水平地面。一個(gè)小孩從滑梯頂端由靜止開始滑下，離開B點(diǎn)后在地面上滑行了s = 2.25m后停下。小孩與滑梯間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ = 0.3。不計(jì)空氣阻力。取g = 10m/s2。已知sin37= 0.6，cos37= 0.8。求： （1）小孩沿滑梯下滑時(shí)的加速度a的大小； （2）小孩滑到滑梯底端B時(shí)的速度v的大小； （3）小孩與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ′。 B A θ C N mg f 解：（1）物體受力如右圖所示 　　　　 由牛頓第二定律　mgsinθ －μN(yùn) = ma 　　 　　　　　　　N － mgcosθ = 0　　 　 解得 a = gsinθ －μgcosθ = 3.6m/s2 （2） 由　 求出　　 （3）由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律　 由牛頓第二定律 解得　　　 　 此類問題應(yīng)注意兩種基本模型的建立：首先，剛性繩（或接觸面），微小形變。根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)的需要，力可以突變。還有就是彈簧（或橡皮繩），形變量大，跟其相連的物體位置的變動(dòng)需要時(shí)間，故一般力不會(huì)突變。 注意正確的受力分析，規(guī)范解題步驟。 （對(duì)應(yīng)問題四） 例題的分析以學(xué)生為主，看學(xué)生的思路。 夯實(shí)基礎(chǔ)、挑戰(zhàn)潛能 8min 1．用40 N的水平力F拉一個(gè)靜止在光滑水平面上、質(zhì)量為20 kg的物體，力F作用3 s后撤去，則第5 s末物體的速度和加速度的大小分別是(　　) A．v＝6 m/s，a＝0 B．v＝10 m/s，a＝2 m/s2 C．v＝6 m/s，a＝2 m/s2 D．v＝10 m/s，a＝0 2.在一次救災(zāi)行動(dòng)中，直升機(jī)懸停在空中向地面無初速投放救災(zāi)物品，物品所受的空氣阻力與其下落的速率成正比。若用v、a、t分別表示物品的速率、加速度的大小和運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，則在物品下落過程中，圖1中表示其v－t和a－v關(guān)系的圖像可能正確的是(　　) 3.“兒童蹦極”中，栓在腰間左右兩側(cè)的是彈性極好的橡皮繩。質(zhì)量為m的小明如圖靜止懸掛時(shí)兩橡皮繩的拉力大小均恰為mg，若此時(shí)小明右側(cè)橡皮繩在腰間斷裂，則小明此時(shí)(　　) A．加速度為零 B．加速度a＝g，沿原斷裂繩的方向斜向下 C．加速度a＝g，沿未斷裂繩的方向斜向上 D．加速度a＝g，方向豎直向下 4.如圖所示，物體P以一定的初速度沿光滑水平面向右運(yùn)動(dòng)，與一個(gè)右端固定的輕質(zhì)彈簧相撞，并被彈簧反向彈回。若彈簧在被壓縮過程中始終遵守胡克定律，那么在P與彈簧發(fā)生相互作用的整個(gè)過程中(　　) A．P做勻速直線運(yùn)動(dòng) B．P的加速度大小不變，但方向改變一次 C．P的加速度大小不斷改變，當(dāng)加速度數(shù)值最大時(shí)，速度最小 D．有一段過程，P的加速度逐漸增大，速度也逐漸增大 作業(yè)： A組：1. 如圖所示，一輛有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的小車上有一水平放置的彈簧，其左端固定在小車上，右端與一小 球相連，設(shè)在某一段時(shí)間內(nèi)小球與小車相對(duì)靜止且彈簧處于壓縮狀態(tài)，若忽略小球與小車間的摩擦力，則 在這段時(shí)間內(nèi)小車可能是 A．向右做加速運(yùn)動(dòng)　　　 B．向右做減速運(yùn)動(dòng) C．向左做加速運(yùn)動(dòng) D．向左做減速運(yùn)動(dòng) 2.如圖所示，一條輕質(zhì)彈簧左端固定，右端系一小物塊，物塊與水平面各處動(dòng)摩擦因數(shù)相同，彈簧無形變時(shí)，物塊位于O點(diǎn)。今先后分別把物塊拉到P1和P2點(diǎn)由靜止釋放，物塊都能運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)左方，設(shè)兩次運(yùn)動(dòng)過程中物塊速度最大的位置分別為Q1和Q2點(diǎn)，則Q1與Q2點(diǎn)(　　) A．都在O點(diǎn) B．都在O點(diǎn)右方，且Q1離O點(diǎn)近 C．都在O點(diǎn)右方，且Q2離O點(diǎn)近 D．都在O點(diǎn)右方，且Q1、Q2在同一位置 3. 如圖所示，抗震救災(zāi)運(yùn)輸機(jī)在某場(chǎng)地卸放物資時(shí)，通過傾角為30的固定光滑斜軌道面進(jìn)行。有一件質(zhì)量為m＝2.0 kg的小包裝盒，由靜止開始從斜軌道的頂端A滑至底端B，然后又在水平面上滑行一段距離后停下。若A點(diǎn)距離水平面的高度h＝5.0 m，重力加速度g取10 m/s2，求： (1)包裝盒由A滑到B所經(jīng)歷的時(shí)間； (2)若地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，包裝盒在水平地面上還能滑行多遠(yuǎn)？(不計(jì)斜面和地面接觸處的能量損耗) B組：4.某同學(xué)為了探究物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)，取一質(zhì)量為m的物體使其在沿斜面方向的推力作用下向上運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示，通過力傳感器得到推力隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，通過頻閃照相處理后得出速度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖丙所示，若已知斜面的傾角α＝30，取重力加速度g＝10 m/s2，則由此可得(　　) A．物體的質(zhì)量為3 kg B．物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 C．撤去推力F后，物體將做勻減速運(yùn)動(dòng)，最后可以靜止在斜面上 D．撤去推力F后，物體下滑時(shí)的加速度為 m/s2 5. .質(zhì)量為2 kg的物體在水平推力F的作用下沿水平面做直線運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后撤去F，其運(yùn)動(dòng)的v－t圖像如圖所示。g取10 m/s2，求： (1)物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ； (2)水平推力F的大小； (3)0～10 s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)位移的大小。 以前四道題目為主，限時(shí)自測(cè)，兩分鐘展示總結(jié)。 分層作業(yè)：鼓勵(lì)學(xué)生積極去做，結(jié)合自身情況，最大限度挑戰(zhàn)自己。 教學(xué)評(píng)價(jià) 1.在自主學(xué)習(xí)過程中看學(xué)生的學(xué)習(xí)效率 方法：老師巡視現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)指標(biāo)：靜下心來認(rèn)真自主學(xué)習(xí)；積極在學(xué)案上寫下自己的想法。 2.交流討論，互促提升過程中，看學(xué)生的參與度 評(píng)價(jià)方法：小組評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)相結(jié)合 評(píng)價(jià)指標(biāo)：敢于提出自己的建議，認(rèn)真思考別人的想法，敢于質(zhì)疑，善于總結(jié) 3.例題評(píng)析過程中，學(xué)生的自主性的發(fā)揮 評(píng)價(jià)方法：教師現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)結(jié)合 評(píng)價(jià)指標(biāo)：有限時(shí)間對(duì)題目有一定的思路，敢于說出自己的想法，對(duì)問題的分析是否正確 4.限時(shí)訓(xùn)練階段，學(xué)生的實(shí)際效果 評(píng)價(jià)方法：小組內(nèi)互評(píng) 評(píng)價(jià)指標(biāo)：有限時(shí)間能否高效思考，思考結(jié)果的準(zhǔn)確性，敢于提出自己的意見。 實(shí)施方案 實(shí)施前：教學(xué)環(huán)境的準(zhǔn)備 學(xué)生分析：對(duì)牛頓第一定律、第三定律有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)牛頓第二定律需要有本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和靈活運(yùn)用的能力。 實(shí)施中：按照前面教學(xué)整個(gè)流程設(shè)計(jì)，穩(wěn)步推進(jìn)，以學(xué)生為主，重點(diǎn)看學(xué)生的參與度、自主度和實(shí)際效果。 實(shí)施后： 各小組學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)：教師總評(píng)價(jià)各小組成員的學(xué)習(xí)成果。 小組成員評(píng)價(jià)：請(qǐng)各小組長(zhǎng)根據(jù)評(píng)價(jià)要素對(duì)小組成員打分。收交各小組的各項(xiàng)評(píng)價(jià)打分。 思考下一課時(shí)的開展：下一課時(shí)重點(diǎn)牛頓第二定律兩類問題的分析，根據(jù)下發(fā)學(xué)案適度提前復(fù)習(xí)。 教學(xué)材料 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變與牛頓第二定律 人教新課標(biāo)高一物理必修（一）寫道：“實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于任何物體，在受到相同的作用力時(shí)，決定它們運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化難易程度的唯一因素就是它們的質(zhì)量?！笨梢缘贸鼋Y(jié)論，質(zhì)量是物體慢性的唯一量度，這一表述，在定性或定量比較哪個(gè)物體慣性大時(shí)，非常有效。可以這樣理解，在相同的外力作用下，質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變相對(duì)難一些，質(zhì)量小的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變得相對(duì)容易一些。然而在有些情況下，如果定量地研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，還要結(jié)合牛頓第二定律。且看下例： 　　例　在一密閉的汽車內(nèi)，一氫氣球用細(xì)繩系在座位上，設(shè)空氣的密度為，氫氣球的質(zhì)量為，體積為，問：汽車以恒定的加速度啟動(dòng)時(shí)，氫氣球向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，穩(wěn)定后偏轉(zhuǎn)角是多少？ 　　分析：我們有這樣的生活經(jīng)驗(yàn)，我們平時(shí)坐車的時(shí)候，汽車啟動(dòng)后，由于慣性，我們要向后仰，如果作類比，容易得氣球向后偏的錯(cuò)誤結(jié)論。我們從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度上去分析，汽車啟動(dòng)后，車內(nèi)的空氣隨之加速，由于氫氣的密度小，或者說氫氣球的質(zhì)量比同體積的空氣的質(zhì)量小，所以氫氣球的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)狀態(tài)改變的相對(duì)容易一些，故氫氣球要向前偏。然而這只是一種定性的解釋，還沒有指出氫氣球向前偏轉(zhuǎn)的跟本原因?；蛘哒f還沒有對(duì)氫氣球的受力進(jìn)行分析，第二步在算穩(wěn)定后氫氣球的偏轉(zhuǎn)角時(shí)也必須對(duì)其進(jìn)行受力分析。汽車在啟動(dòng)后，空氣隨著汽車一起加速。設(shè)想有一和氫氣球體積相同的“空氣球”，則質(zhì)量為：，由于其加速度為，故其受到周圍空氣對(duì)它在水平方向上的合力為：，這個(gè)合力是由“空氣球”前后壓強(qiáng)的不同所引起的。換成是氫氣球后，在水平方向上由于空氣前后壓強(qiáng)的不同所引起的這個(gè)力必定仍等于，而氫氣球自身的質(zhì)量為，故其在水平方向上的合力應(yīng)為，由于，在水平方向上必定受到一個(gè)向后的力，這個(gè)力由繩子的拉力在水平方向上的分力所提供，也就是說繩子是斜向后拉氫氣球的，所以氫氣球向前傾斜。其傾角的計(jì)算如下： 　　解：已知?dú)錃馇蛸|(zhì)量，體積，空氣密度，汽車加速度，重力加速度，設(shè)氫氣球受到的浮力為，細(xì)繩與豎直方向上的夾角為，細(xì)繩上的拉力為。氫氣球的受力分析如下圖: 　　在豎直方向有：（1） 　　在水平方向上有：　（2） 　　由（1），（2）可解出，即。 　　質(zhì)量是慣性的唯一量度，我們?cè)谟懻撐矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變難易的時(shí)候，總是給它施加一個(gè)相同的外力，其實(shí)這正是利用了牛頓第二定律，當(dāng)相同時(shí)，比較的大小，因此我們分析問題時(shí)，可以將第一定律及第二定律結(jié)合起來。 使用建議 一、成功之處： （1）注重知識(shí)的逐步展開及分析，不求一步到位。問題和活動(dòng)緊緊圍繞牛頓第二定律的本質(zhì)及應(yīng)用這個(gè)核心來展開。學(xué)習(xí)方式多樣，體現(xiàn)自主、合作、探究的方式引導(dǎo)思考、引發(fā)討論。 （2）評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)先于教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)。 （3）本節(jié)的亮點(diǎn)應(yīng)該在對(duì)牛頓第二定律瞬時(shí)性的分析及解題基本步驟上。 二、遺憾之處： （1）時(shí)間安排稍有緊張 （2）學(xué)生的自主學(xué)習(xí)感覺還是有點(diǎn)低效，有時(shí)感覺就是讓老師牽著鼻子走。 （3）例題的分析給學(xué)生留下展開討論的時(shí)間少。  111