高中物理 牛顿定律 教案人教版必修一.docx

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高中物理牛顿定律教案人教版必修一

第一节牛顿运动第一定律

教学目标:

一、知识目标

1、理解牛顿第一定律和惯性的概念。

2、知道牛顿第一定律的建立过程。

3、正确理解力和物体运动的关系。

二、能力目标

培养学生的观察能力、思维能力及应用定律解决实际问题的能力。

教学重点:

牛顿第一运动定律、惯性

教学难点:

对牛顿第一运动定律和惯性的正确理解

教学用具:

小黑板、小车、木块、气垫导轨滑块

教学步骤:

一、导入新课

前一章我们学习了怎样描述物体的运动,但没有进一步讨论物体为什么会做这种或那种运动。

要讨论这个问题,必须知道运动和力的关系。

在力学中,只研究物体怎样运动而不涉及运动和力的关系的分科叫做运动学;研究运动和力的关系的分科,叫做动力学。

动力学知识在生产和科学研究中是很重要的,设计各种机器,控制交通工具的速度,研究天体运动,计算人造卫星的轨道等等,都离不开动力学知识。

动力学的奠基人是英国科学家牛顿。

牛顿在1687年出版了他的名著《自然哲学的数学原理》。

在这部名著中,牛顿提出了三条运动定律,这三条定律称为牛顿运动定律,是整个动力的基础。

这一章我们要学习的就是牛顿运动定律。

在讲台上放一辆小车,使它处于静止状态提出问题:

怎样才能让小车运动起来呢?

(学生答:

要用力去推它)师讲:

从这个例子很容易得到:

物体要运动,需要对它施加力的作用,那么力和运动之间关系如何呢?

本节课我们就来探究这个问题。

二、新课教学

1、历史的回顾:

①远在两千多年以前,人们已经提出了运动和力的关系问题,可是直到伽利略时代才对这个问题给出了正确的答案。

下边请同学们阅读课文有关内容,并回答下列问题。

②用小黑板概括历史上几位代表人物关于力和运动关系的看法。

代表人物对力和运动关系的看法:

代表人物

对力和运动关系的看法

雅里斯多德

伽利略

笛卡儿

亚里斯多德认为:

必须有力作用在物体上,物体才能运动,没有力的作用,物体就要静止下来。

伽利略认为:

在水平面上运动的物体所以会停下来,是因为受到摩擦阻力的缘故。

笛卡尔认为:

如果没有其他原因,运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会改变原来的方向。

③请同学们叙述伽利略的理想实验:

让小球从一个斜面从静止滚下来,小球将滚上另一个斜面,如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度。

师总结:

伽利略在可靠的实验基础上,推论说:

如果减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程,继续减小第二个斜面的倾角,使它最终成为水平面,小球就再也达不到原来的高度,而沿水平面以恒定速度继续运动下去。

④学生总结伽利略的研究方法,以可靠的事实为依据,抓住主要因素,忽略次要因素,解释自然规律。

⑤演示实验:

用气垫导轨近似地验证上述结论:

把滑块放在一个水气垫导轨上,使滑块和导轨之间形成气层,物体沿这种导轨运动时受到的阻力很小,推动一下物体,可以看到物体沿气垫导轨的运动很接近匀速直线运动。

2、牛顿第一定律:

(1)师讲:

伽利略和笛卡尔对物体的运动做了准确的描述,但是没有指明原因是什么,牛顿在前人研究的基础上,结合自己的研究,系统地总结了力学知识,提出了三条运动定律:

(2)牛顿第一定律:

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。

(3)什么是惯性:

物体的这种保持原来的匀速直线运动或静止状态的性质叫惯性,所以牛顿第一又叫惯性定律。

(4)惯性定律和惯性的区别和联系:

a:

惯性定律是物体不受外力作用时所遵从的运动规律。

b:

惯性是物体的固有属性,一切物体都有惯性。

3:

巩固训练:

(用小黑板出示)

(1)一切物体总保持状态或状态,直到有迫使它改变这种状态为止。

(2)物体保持的性质叫做惯性,惯性是物体的,与物体的运动情况或受力情况。

(3)伽利略的理想实验说明了。

4、运用牛顿第一定律解释现象:

(1)演示:

在小车上放一方木块,使它们静止在水平桌面上,然后,突然给小车一个推力,观察到木块会向后倾倒。

(2)引导学生对实验现象进行解析:

a:

施加推力前,小车和木块处于什么状态?

(静止)

b:

当给小车施加推力后,分析小车和木块会发生什么变化?

——当给小车施加推力后,木块的下部由于摩擦力作用随车前行,而木块的上部由于惯性,仍将保持原来的静止状态,所以会向后倾倒)

(3)巩固训练

a:

汽车突然开动的时候,乘客会向后倾倒,为什么?

b:

汽车突然停止的时候,乘客会向前倾倒,为什么?

三、小结

本节课我们主要学习了以下几个问题:

(1)历史上几位科学家对力和运动关系的看法和研究。

(2)伽利略得到力和运动关系的研究方法。

(3)牛顿第一定律的内容;

(4)惯性及应用惯性知识解决实际问题的方法。

四、作业:

1、阅读本节课文;

2、课本P48练习一①②③④——做在书本上!

 

第二节物体运动状态的改变

教学目标:

一、知识目标

1、知道物体运动状态的改变既包括速度大小的改变,又包括速度方向的改变,同时也包括速度大小和方向同时改变。

2、知道力是物体运动状态改变的原因,同时也是产生加速度的原因。

3、知道质量是物体惯性大小的量度,并能用来解释一些简单的现象。

二、能力目标进一步培养学生的分析能力和推理能力

教学重点

1.正确认识什么是物体运动状态的改变;

2.质量是物体惯性大小的量度。

教学难点理解惯性的意义

教学方法讲授法、举例法、分析归纳法

教学步骤:

一、导入新课

1.问题:

牛顿第一定律的内容是什么?

2.引入:

牛顿第一定律告诉我们:

物体如果没有受到力的作用,将保持原来的运动状态不变,直到有外力迫使它改变这状态为止。

那么,什么是物体运动状态的改变?

导致物体运动状态发生改变的原因是什么呢?

这就是我们本节课要共同学习的问题。

二、新课教学

1.力是物体产生加速度的原因。

①举例说明什么是物体运动状态的改变

a:

列车出站时,在机车牵引力作用下,由静止开始运动,并且速度不断增大。

b:

列车进站时,由于受到阻力的作用,速度不断减小,最后停下来。

c:

抛出的手榴弹,射出的炮弹,由于受到重力的作用,速度的大小和方向都不断发生改变;

②通过对上述实例的分析,得到:

a:

物体的运动状态的改变→指的是物体的速度发生了变化。

包括三种情形:

即速度的大小改变;速度的方向改变;或速度的大小、方向同时改变。

b:

在上述例子中,物体的运动状态都发生了改变,原因是受到了力的作用。

→力是物体运动状态发生改变的原因。

c:

当物体的运动状态发生改变时,物体具有加速度。

得到:

力是使物体产生加速度的原因。

2:

质量是物体惯性大小的量度。

①实例分析:

a:

用相同的牵引力分别拉一辆空车和一辆装满货物的车,使它们由静止开始运动,它们的运动情况改变相同吗?

b:

改变情况不相同。

空车的质量小,在较短的时间内可以达到某一速度,产生的加速度大,运动状态容易改变;装满货物的车,质量大,要在较长的时间内才能得到相同的速度,产生的加速度小,运动状态难改变。

②总结得到:

质量是物体惯性大小的量度

(即质量大的物体惯性大,运动状态难改变,质量小的物体惯性小,运动状态易改变)

③引言过渡:

惯性的大小在实际中是经常要加以考虑的,下边同志们阅读课文最后一段,并解答投影片上的问题。

④用投影片出示思考题:

a:

当我们要求物体的运动状态容易改变时,应该怎么办?

举例说明。

b:

当我们要求物体的运动状态不易改变时,应该怎么办?

举例说明。

⑤巩固训练

1)某人用力推一下原来静止在水平地面上的物体,此物体便开始运动,此后改用较小的力就可使物体做匀速直线运动,可见:

A:

力是使物体运动的原因;

B:

力是维持物体运动速度的原因;

C:

力是改变物体运动状态的原因;

D:

力是改变物体惯性的原因。

2)关于惯性,下列哪些说法是正确的

A:

惯性除了跟物体质量有关外,还跟物体速度有关。

B:

物体只有在不受外力作用的情况下才能表现出惯性。

C:

乒乓球可快速抽杀,是因为乒乓球的惯性小的缘故。

D:

战斗机投入战斗时,必须丢掉副油箱,减小惯性以保证其运动的灵活性。

三、小结

1:

本节课我们主要学习了:

a:

什么是物体运动状态的改变?

b:

力是物体运动状态改变的原因;

c:

惯性是物体固有的属性,质量是惯性大小的量度。

2:

拓展:

a:

当物体不受外力或所受合外力为零时,惯性表现为运动状态不变;

b:

当物体所受合外力不为零时,惯性则表现为改变物体运动状态的难易程度。

四、作业:

两辆质量相等的汽车,高速车难以停下来,说明速度大惯性也大,这种看法对吗?

为什么?

 

第三节牛顿第二定律

教学目标:

一、知识目标

1.理解加速度与力和质量的关系;

2.理解牛顿第二定律的内容,知道定律的确切含义;

3.知道得到牛顿第二定律的实验过程。

二、能力目标

培养学生的实验能力、分析能力和解决问题的能力。

教学重点

1.牛顿第二定律的实验过程;

2.牛顿第二定律。

教学难点

牛顿第二定律的意义。

教学用具

两辆质量相同的小车,光滑的水平板(一端带有定滑轮);砝码(一盒),细绳、夹子

课时安排2课时

教学过程

一、导入新课

1.提问:

什么是物体运动状态的改变?

物体运动状态发生改变的原因是什么?

2.引入新课:

通过上节课的学习,我们已知道:

物体运动状态改变时产生加速度,而产生的加速度又和物体的质量及所受力的大小有关,那么:

加速度跟物体所受力的大小及物体质量之间有什么关系呢?

本节课我们就来研究这个问题。

二、新课教学

1、加速度和力的关系:

(1)用投影片出示本节课所用的实验装置,教师进行讲解:

图中是两辆质量相同的小车,放在光滑的水平板上,小车的前端各系上细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里放有数量不等的砝码,使两辆小车在不同的拉力下做匀加速运动。

(2)对本次实验中说明的两个问题

a:

砝码跟小车相比质量较小,细绳对小车的拉力近似地等于砝码所受的重力。

b:

用一只夹子夹住两根细绳,以同时控控制两辆小车。

(3)实验的做法:

a:

在两砝码盘中放不同数量的砝码,以使两小车所受的拉力不同。

b:

打开夹子,让两辆小车同时从静止开始运动,一段时间后关上夹子,让它们同时停下来。

(4)需观察的现象,观察两辆车在相等的时间里,所发生的位移的大小。

(实验现象:

所受拉力大的那辆小车,位移大)

(5)分析推理:

a:

由公式

得到在时间t一定时,位移s和加速度a成正比;

b:

由实验现象得到:

小车的位移与他们所受的拉力成正比。

c:

推理得到结论:

对质量相同的物体,物体的加速度跟作用在物体上的力成正比,即:

(6)巩固练习:

a.据

得到:

要使物体在短时间内速度的改变很大,即加速度很大,就必须给物体提供。

b.竞赛用的小汽车,要求起动后几秒钟内速度由零达到60m/s以上,他们为什么要装备功率很大的发动机?

2:

加速度和质量的关系:

(1)实验装置同上;

(2)说明与前次实验的不同。

前一次实验中,我们是保持小车质量不变,而改变小车所受力的大小,来研究加速度和力之间的关系的。

本次实验是使两辆小车所受拉力相同,而在一辆小车上加放砝码的,以增大质量,研究加速度和质量之间关系的。

(3)实验现象:

在相同的时间里,质量小的那辆小车的位移大。

(4)分析推理,得到结论:

在相同的力作用下,物体的加速度跟物体的质量成反比,即

a1/a2=m2/m1或a∝

3:

牛顿第二运动定律

(1)综合上述实验中得到的两个关系,得到下述结论:

物体的加速度跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,且加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同。

(2)公式表示:

a∝

或者F∝ma

即:

F=kma

a:

如果每个物理量都采用国际单位,k=1;

b:

力的单位(牛顿)的定义:

使质量为1千克的物体产生1m/s2的加速度的力叫做1牛顿。

(3)推广:

上面我们研究的是物体受到一个力作用的情况,当物体受到几个力作用时,上述关系可推广为:

物体的加速度跟所受的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的放心跟合力的方向相同。

即F合=ma。

(4)介绍F合和a的瞬时对应关系

a:

只有物体受到力的作用,物体才具有加速度。

b:

力恒定不变,加速度也恒定不变。

c:

力随着时间改变,加速度也随着时间改变。

d:

力停止作用,加速度也随即消失。

4:

例题分析(课本例题)

(1)学生阅读例题内容

(2)分析:

要求物体的加速度

质量m已知

必须先求F1和F2的合力,而合力的大小可以用作图法求解,也可以用计算法求解。

(3)用投影片展示解题过程:

如图所示,建立平面直角坐标系,把力F1和F2分别沿x轴和y轴的方向分解F1的两个分力为:

F2的两个分力为:

F1y和F2y大小相等,方向相反,相互抵消,F1x和F2x的方向相同,所以:

已知合力F合和质量m,据F合=ma,即可求得:

三、小结

1:

本节课的研究方法——控制变量法

2:

牛顿第二运动定律确定了a和F之间的大小关系,也确定的a和F的方向关系

3:

求解合力时,可采用建立平面直角坐标系,将各个力沿x轴和y轴分解,最后求合力的方法。

四、作业

课本P53练习二

 

第四节牛顿第三定律

教学目标

1、明确物体间的作用是相互的,知道作用力和反作用力的概念

2、掌握牛顿第三定律的内容,正确理解其确切含义

3、能正确区分平衡力与作用力反作用力

4、通过实例分析,弄清作用力与反作用力的特点

教学用具

小木塞两个,小磁铁两根,水,大水盘一只,玩具汽车一辆,薄木板一块,同型号号的玻璃试管4根(圆珠笔也行),同型号弹簧秤2把

教学过程

一、引力新课

常言道:

“一个巴掌拍不响”现在请大家比赛拍巴掌,看谁拍得最响。

”之后,请拍得最响的同学谈感受:

两只巴掌都拍疼了,变红了。

这说明了什么?

由此引进新课。

[板书]第四节牛顿第三定律

新课教学

一、力是物体间的相互作用

通过分析拍巴掌后会痛、巴掌变红了,说明两手之间存在作用力,并且是相互的,同时的。

[板书:

一、力是物体间的相互作用]

【演示实验一】

 

第五节力学单位制

教学目标

一、知识目标

1、知道什么是单位制,什么是基本单位,什么是导出单位;

2、知道力学中的三个基本单位。

二、能力目标:

培养学生在计算中采用国际单位,从而使运算过程的书写简化

教学重点:

1、什么是基本单位,什么是导出单位;

2、力学中的三个基本单位。

教学难点:

统一单位后,计算过程的正确书写。

教学过程

一、导入新课

前边我们已经学过许多物理量,它们的公式各不相同,并且我们知道,有的是通过有关的公式找到它们之间的联系的:

那么各个物理量的单位之间有什么区别?

它们又是如何构成单位制的呢?

本节课我们就来共同学习这个问题。

二、新课教学:

1、基本单位和导出单位:

(1)举例:

a:

对于公式

,如果位移s的单位用米,时间t的单位用秒;我们既可用公式得到v、s、t之间的数量关系,又能够确定它们单位之间的关系,即可得到速度的单位是米每秒。

b:

用公式F=ma时,当质量用千克做单位,加速度用米每二次方秒做单位,求出的力的单位就是千克米每二次方秒,也就是牛,并且我们也能得到力、质量、加速度之间的数量关系。

(2)总结推广:

物理公式在确定物理量的数量的同时,也确定了物理量的单位关系。

(3)基本单位和导出单位:

a:

在物理学中,我们选定几个物理量的单位作为基本单位;

b:

据物理公式中这个物理量和其他物理量之间的关系,推导出其他物理量的单位,叫导出单位;

c:

举例说明:

1)我们选定位移的单位米,时间的单位秒,就可以利用

推导得到速度的单位米每秒。

2)再结合公式

,就可以推导出加速度的单位:

米每二次方秒。

3)如果再选定质量的单位千克,利用公式F=ma就可以推导出力的单位是牛。

(4)基本单位和到单位一起构成了单位制。

(5)学生阅读课文,归纳得到力学中的三个基本单位。

a:

长度的单位——米;

b:

时间的单位——秒;

c:

质量的单位——千克。

(6)巩固训练:

现有下列物理量或单位,按下面的要求填空:

A:

质量;B:

N;C:

m/s2D:

密度;E:

m/s;F:

kg;G:

cm;H:

s;I:

长度;J:

时间。

1)属于物理量的是。

2)在国际单位制中作为基本单位的物理量有;

3)在国际单位制中属于基本单位的有,属于导出单位的有。

2、例题教学:

(1)用投影片出示例题:

一个原来静止的物体,质量是7千克,在14牛的恒力作用下:

a:

5秒末的速度是多大?

b:

5秒内通过的路程是多大?

(2)分析:

本题中,物体的受力情况是已知的,需要明确物体的运动情况,物体的初速度v0=0,在恒力的作用下产生恒定的加速度,所以它作初速度为零的匀加速直线运动,已知物体的质量m和所受的力F,据牛顿第二定律F=ma求出加速度a,即可用运动学共识求解得到最终结果。

(3)学生在胶片上书写解题过程,选取有代表性的过程进行评析:

已知:

m=7kg,F=14N,t=5s

求:

vt和S

解:

=2m/s2=2N/kg

vt=at=2m/s2×5s=10m/s

s=

at2=

×2m/s2×25s2=25m

(4)评析:

刚才这位同学在解答过程中,题中各已知量的单位都是用国际单位表示的,计算的结果也是用国际单位表示的,做的很好。

引申:

既然如此,我们在统一各已知量的单位后,就不必一一写出各物理的单位,只在数字后面写出正确单位就可以了。

(5)用投影片出示简化后的解题过程:

(6)巩固训练:

质量m=200g的物体,测得它的加速度为a=20cm/s2,则关于它所受的合力的大小及单位,下列运算既正确又符合一般运算要求的是。

A:

F=200

20=400N;B:

F=0.2

0.2=0.04N:

C:

F=0.2

0.2=0.04;D:

F=0.2kg

0.2m/s2=0.04N

三、小结

通过本节课的学习,我们知道了什么是导出单位,什么是基本单位,什么是单位制,以及统一单位后,解题过程的正确书写方法。

四、作业

一个物体在光滑的水平面上受到一个恒力的作用,在0.3秒的时间内,速度从0.2m/s增加到0.4m/s;这个物体受到另一个恒力的作用时,在相同的时间内,速度从0.5m/s增加到0.8m/s,第二个力和第一个力之比是多大?

五、板书设计:

五:

力学单位制

 

第六节牛顿运动定律的应用

教学目标

1、进一步学习分析物体的受力情况,并能结合物体的运动情况进行受力分析

2、掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法

3、学会如何从牛顿运动定律入手,求解有关物体运动状态参量

4、学会根据物体运动状态参量的变化,求解有关物体的受力情况

教学用具小黑板一块

教学过程

一、引入新课

本章我们学过了牛顿运动定律。

我们知道如果一个物体所受的合外力为零时,物体的运动状态就保持不变;如果一个物体所受的合外力不为零时,物体就有加速度(即:

物体运动状态发生变化)牛顿第二定律确定了运动和力的关系,使我们能够把物体的运动情况和受力情况联系起来。

如果已知物体的受力情况,由牛顿第二定律求出加速度,再由运动学公式就可以知道物体的运动情况;相反地,已知物体的运动情况,知道了加速度,由牛顿第二定律就可以求出未知的力。

下面举例说明

二、新课教学

【例1】如图所示,质量为4kg的物体静止于水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,物体受到大小为20N,与水平方向成300角斜向上的拉力F作用时沿水平面做匀加速运动,求物体的加速度是多大?

(g取10m/s2)

解析:

以物体为研究对象,其受力情况如图所示,建立平面直角坐标系把F沿两坐标轴方向分解,则两坐标轴上的合力分别为

物体沿水平方向加速运动,设加速度为a,则x轴方向上的加速度ax=a,y轴方向上物体没有运动,故aY=0,由牛顿第二定律得

所以

又有滑动摩擦力

以上三式代入数据可解得

物体的加速度a=0.58m/s2.

小结:

当物体的受力情况较复杂时,根据物体所受力的具体情况和运动情况建立合适的直角坐标系,利用正交分解法来解.

【例2】一斜面AB长为10m,倾角为30°,一质量为2kg的小物体(大小不计)从斜面顶端A点由静止开始下滑,如图所示(g取10m/s2)

(1)若斜面与物体间的动摩擦因数为0.5,求小物体下滑到斜面底端B点时的速度及所用时间.

(2)若给小物体一个沿斜面向下的初速度,恰能沿斜面匀速下滑,则小物体与斜面间的动摩擦因数μ是多少?

解析:

(1)以小物体为研究对象,其受力情况如图所示,建立直角坐标系,把重力G沿x轴和y轴方向分解:

小物体沿斜面即x轴方向加速运动,设加速度为a,则ax=a,物体在y轴方向没有发生位移,没有加速度则ay=0,由牛顿第二定律得,

 

所以

设小物体下滑到斜面底端时的速度为v,所用时间为t,小物体由静止开始匀加速下滑,

得

得

(2)小物体沿斜面匀速下滑时,处于平衡状态,其加速度a=0,则在图示的直角坐标系中

由牛顿第二定律,得

所以,小物体与斜面间的动摩擦因数

小结:

若给物体一定的初速度,当μ=tgθ时,物体沿斜面匀速下滑;当μ>tgθ(μmgcosθ>mgsinθ)时,物体沿斜面减速下滑;当μ<tgθ(μmgcosθ<mgsinθ)时,物体沿斜面加速下滑.

【例3】静止在水平地面上的物体的质量为2kg,在水平恒力F推动下开始运动,4s末它的速度达到4m/s,此时将F撤去,又经6s物体停下来,如果物体与地面的动摩擦因数不变,求F的大小.

解析:

物体的整个运动过程分为两段,前4s物体做匀加速运动,后6s物体做匀减速运动.

前4s内物体的加速度为

①

设摩擦力为Fμ,由牛顿第二定律得

②

后6s内物体的加速度为

③

物体所受的摩擦力大小不变,由牛顿第二定律得

④

由②④可求得水平恒力F的大小为

小结:

解决动力学问题时,受力分析是关键,对物体运动情况的分析同样重要,特别是像这类运动过程较复杂的问题,更应注意对运动过程的分析.

在分析物体的运动过程时,一定弄清整个运动过程中物体的加速度是否相同,若不同,必须分段处理,加速度改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量.分析受力时要注意前后过程中哪些力发生了变化,哪些力没发生变化.

【例4】如图所示,质量为2m的物块A和质量为m的物块B与地面的摩擦均不计.在已知水平推力F的作用下,A、B做加速运动.A对B的作用力为多大?

解析:

取A、B整体为研究对象,其水平方向只受一个力F的作用

根据牛顿第二定律知:

F=(2m+m)a

a=F/3m

取B为研究对象,其水平方向只受A的作用力F1,根据牛顿第二定律知:

F1=ma

故F1=F/3

小结:

对连结体(多个相互关联的物体)问题,通常先取整体为研究对象,然后再根据要求的问题取某一个物体为研究对象.

 

第七节超重和失重

教学目标:

一、知识目标:

1:

了解超重和失重现象

2:

运用牛顿第二定律研究超重和失重的原因。

二、能力目标:

培养学生运用牛顿第二定律分析和解决问题的能力。

三、德育目标:

渗透“学以致用”的思想,激发学生的学习热情。

教学重点:

超重和失重的实质

教学难点:

在超重和失重中有关对支持物的压力和对悬

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