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牛顿第二定律 教学设计4

1.教学目标:

①学会用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系

②能熟练的应用图像法分析处理数据

③理解牛顿第二定律的内涵和外延

④会应用牛顿第二定律解释生活中的相关现象,并能运用牛顿第二定律进行定量计算

⑤了解国际单位制的组成并知道力学单位制中的基本单位及导出单位

2.目标制定依据:

A学生状态分析

①学生知道牛顿第一运动定律

②知道加速度,速度,位移能概念,掌握加速度的测量方法

③会对物体进行正确的受力分析。

B教材分析

牛顿第二定律是动力学的核心规律,动力学又是经典力学的基础,也是进一步学习热学、电学等其它部分知识所必须掌握的内容。所以,牛顿第二定律是本章的中心内容,更是本章的教学重点。

3.教学准备

了解学生的和本节相关的已有知识和生活经验。以提问方式和演示实验将学生引入课堂教学。

4.评价标准

学生能否通过探究实验分析得到加速度与力和质量之间的关系,能否利用牛顿第二定律解释生活中的相关现象能否知道国际单位制的组成

5.教学步骤

一、引入

1、实验:用一根绳子牵引着一个小车在粗糙的水平桌面上匀速运动,然后松开手让车自己运动然后停下来。

2、学生观察现象后,老师提问这样两个问题:①开始时为什么小车能做匀速运动?②松手后小车为什么还能运动,做什么运动,为什么?

3、如果要想让小车快一点停下来可以采取什么样的方案,回答并设计实验

4、小车停下的快慢实际上就是它的加速度的表现

5、影响加速度的因素又会是那些呢?学生猜测并给出相应的理由

(学生最终在老师的启发下和同学的相互讨论下能够猜测到加速度和力,以及质量有关,因为力是物体产生加速度的原因。而质量是物体惯性的量度,质量越大惯性越大,物体的运动状态越难改变)

6、可以通过怎样的方法来研究这个问题呢?

二、实验与探究

问题1:加速度可能跟力有关系,同时也可能跟质量有关系,那么到底怎么来判断加速度是不是跟力有关系呢?

学生回答:可以让质量不变,改变力来研究加速度跟力的关系同样可以用同样的方法来研究加速度跟质量之间的关系

教师在此基础上提出“控制变量法”的思想。

问题2:加速度如何来测量?能否设计一个实验来测量加速度并研究加速度跟力和质量的关系,学生可以讨论并提出自己的设想。

3 教师介绍课本中的实验:

在实验中必须能够具体的测出加速度、力和质量这三个量的数值。其中质量和力都有直接测量的工具;加速度虽然不能直接测量,但可以利用打点计时器在纸带上打出的计数点,通过计算得出物体的加速度。所以实验可以这样设计:

如图所示,在水平木板上放置一辆小车。小车的前端系上细绳,细绳的另一端跨过定滑轮并挂一个质量很小的重物。小车的尾部挂上一条纸带,纸带穿过打点计时器。为了消除摩擦力对小车运动的影响,必须将木板无滑轮的一端稍微垫高一些,用重力的分力来抵消摩擦力,直到小车不不挂重物时能匀速运动为止。当挂上重物时,只要重物的质量远小于小车的质量,那么可近似的认为重物所受的重力大小等于小车所受的合外力的大小。将小车从某一位置释放,小车在绳子的拉力作用下做匀加速直线运动。利用纸带上打出的点便可算出小车的加速度。

(1)加速度与物体受力的关系:

保持小车的质量m不变。测出所挂物体的重力,挂上重物后将小车由静止释放,根据纸带上打出的点算出小车的加速度。改变所挂重物的重力,重复几次实验,每次实验时都要将小车从同一位置释放。将几次实验的数据填入表中。

实验次数

加速度a/m.s-2

小车受力F/N

1

2

3

(2)加速度与物体质量之间的关系

保持合外力F不变,也就是保持所挂重物的重力不变。测出小车的质量,挂上重物后将小车由静止释放,根据纸带上打出的点算出小车的加速度。通过在小车上叠放砝码的方法改变小车的质量,重复几次实验,每次实验时都要将小车从同一位置释放。将几次实验的数据填入表中。

实验次数

加速度a/m.s-2

小车受力F/N

1

2

3

4.数据分析:为了便于得出正确的实验结论,应利用以上数据分别作出m不变时的a-F图像合F不变时的a-m图像。

在我们的猜想中,F不变时,m越大,a越小,有可能是成反比关系。可以通过a与1/m的图像关系来验证。

得出结论:

①当m不变时,a与F的关系是:

②当F不变时,a与m的关系是:

三、牛顿第二定律

根据实验我们证实了我们的猜想:物体的加速度跟作用力成正比,跟物体质量成反比。这就是著名的牛顿第二定律。

板书:物体的加速度跟作用力成正比,跟物体质量成反比。

用公式表示为 a∝F/mF∝ma

若改写为等式,应乘一系数kF=kma

如果我们把1牛顿定义为:使质量1千克的物体产生1米/秒2加速度的力为1牛顿,这时等式左侧为1,等式右侧为k。也就是说我们采用这种定义方式可以使k=1,此时牛顿第二定律的表达式为

板书:F=ma讲解:下面我们对牛顿第二定律进行进一步的讨论:首先我们可以注意刚才小车所受到的拉力,实际是小车所受到的合外力,所以牛顿第二定律中的F应为物体受到的合外力。

板书:(1)F为合外力

其次我们可以注意到小车的加速度方向与拉力方向是一致的,这就是牛顿第二定律的方向性。

板书:(2) a的方向与F一致

另外,物体某一时刻的加速度,只由它此刻的受力决定,而与其他时刻的受力无关,这就是牛顿第二定律的即时性。

板书:(3)即时性

四、力学单位制

前面我们应用F=ma定义了1牛顿=1kgm/s2,我们在这之前也学习了很多物理量的单位。教师提问:请学生列举一些前面学习的物理量(力、长度、时间、质量、速度、加速度的单位)

教师提出国际单位制。

板书:国际单位制是由基本单位和导出单位组成的。

强调指出三个力学基本单位。顺便介绍其他四个基本单位

板书:m(长度单位)、kg(质量单位)、s(时间单位)、A(电流单位)cd(光强度单位)、K(温度单位)、mol(物质量的单位)。

请学生列举学过的物理公式,通过公式

教师讲解并指出:如果已知量的单位是国际单位,那么在计算过程中不必带单位计算,只要在结果中写出代求量的单位即可。

五、举例并讲解。

六、布置作业。

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