牛顿第二定律教案Word文件下载.docx
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③培养学生的概括能力和分析推理能力。
3.情感、态度与价值观
①通过探究实验,培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。
②通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神。
③培养与人合作的团队精神。
④通过定律的探索过程,渗透物理学研究方法;
体验物理方法的魅力。
教学重点
①经历探究加速度与物体质量、物体受力的关系的过程。
②理解牛顿第二定律。
教学难点
①分析实验数据得出加速度与力、质量的关系式。
②通过简单应用正确理解牛顿第二定律的内涵。
教学过程
一、复习预习
知识回顾
1.加速度的理解及其定义式.
2.改变物体运动状态的原因.
3.牛顿第一定律.
课前预习
1.探究加速度与力、质量的关系
2.牛顿第二定律
二、知识讲解
导入新课
【思考与讨论】:
从牛顿第一定律的内容你能得出什么疑问?
【结果】:
牛顿第一定律告诉我们,如果一个物体不受力,它将保持静止状态或匀速直线运动状态。
那么如果一个物体受到的合外力不为零它将会怎样运动?
【回顾】:
运动状态改变的原因
影响物体加速度的因素到底有哪些?
观察两车的启动快慢可得出什么样的结论
【结论】:
物体的加速度与物体的质量有关
观察两物块启动快慢可得出什么样的结论
物体的加速度与物体所受的合外力的大小有关
【总结】:
通过以上实例说明:
物体的加速度与力和质量有关
m一定时,F越大,加速度越大
F一定时,m越大,加速度越小
a、F、m之间到底有怎样的定量关系?
接下来我们通过设计实验进行定量分析
考点/易错点1探究加速度与力、质量的关系
设计实验要明确几个问题:
3.在实验时如何解决摩擦力带给我们的影响?
钩码重力近似等于绳子拉力,用以表示小车受到的合外力F
实验设计:
控制变量法
1.用天平测出小车和小盘的质量M和m,并把数据记录下来(要求:
M>
>
m)
2.安装好实验装置,在小车上装好纸带,纸带另一端穿过计时器限位孔,但先不要悬挂小
盘调整木板倾斜程度,平衡摩擦力。
3.用细线将钩码与小车相连,先接通电源,再释放小车,测出一组数据。
4.控制小车质量不变,改变钩码质量,多测几组数据。
5.控制钩码质量不变,在小车增加砝码质量,再测几组数据。
实验装置简略图:
如图所示
实验表格设计
实验1数据处理
a-F图象是一条过原点的倾斜直线
实验2数据处理
m-a图象是一条曲线,而1/m—a是一条过原点的直线
考点/易错点2牛顿第二定律
由上述实验得出:
物体的加速度跟作用力成正比,跟物体的质量成反比
公式表达:
a∝F/m
即,F=kma,(k—比例系数)
如果各物理量都用国际单位,则k=1
牛顿第二定律:
1、内容:
物体的加速度跟物体所受合外力F成正比,跟物体的质量m成反比,加速度的方向跟物体所受合外力的方向相同。
2、表达式:
F合=ma
1牛顿=1千克·
米/秒2
3、1N的物理意义:
使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度所需的力就是1N。
4、对牛顿第二定律的理解:
(1)矢量性:
F=ma是矢量式,a的方向由F的方向决定,且与所受力F的方向相同。
(2)瞬时性:
加速度具有瞬时性,与物体所受的合外力同时产生,同时变化,同时消失。
(3)同体性:
F=ma中,F、m、a都是对同一物体而言的。
(4)独立性:
作用于物体上的每一个力产生的加速度都遵从牛顿第二定律,而物体的实际加速度是这些加速度的矢量和。
三、例题精析
考点1.探究加速度与力、质量的关系
【基础巩固】
【例题1】
【题干】在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中,以下做法正确的是()
A.平衡摩擦力时,应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,后接通电源
D.“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足,对探究过程也不会产生影响
【答案】B
【解析】平衡摩擦力时,不把悬挂重物用细绳通过定滑轮系在小车上,即不对小车施加拉力.故A错误.设木板的倾角为θ,则平衡摩擦力后有mgsinθ=μmgcosθ,即tanθ=μ,θ与小车的质量无关,故每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力,所以B正确.实验时应先接通电源,待打点计时器工作稳定后再放开小车,故C错误.实验要求重物的质量远小于小车的质量,因为只有这样,重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力,故D错误.
【中等强化】
【例题2】
【题干】用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下:
A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量;
B.按图装好实验器材;
C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶;
D.将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量;
E.保持小桶及其中砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验;
F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值;
G.作a-M关系图象,并由图象确定a-M关系.
(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________________,该步骤应排在________步实验之后.
(2)在上述步骤中,有错误的是________,应把________改为________.
(3)在上述步骤中,处理不恰当的是________,应把________改为________.
【答案】
(1)平衡摩擦力B
(2)D6V电压的蓄电池6V以下交流电压的学生电源
(3)Ga-Ma-1/M
【解析】实验中把桶及其中砂子的重力看做与小车所售的重力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须平衡摩擦力,电磁打点计时器接在6v电压的蓄电池上将无法工作,必须接在6v以下交流电压的学生电源上,作a-M关系图,得到的是曲线,很难做出判断,必须“化曲为直”,改作a-1/M关系图像。
【培优拔高】
【例题3】
【题干】在“验证牛顿运动定律”的实验中,采用如图所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出.
(1)当M与m的大小关系满足_______时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力.
(2)如图(a),甲同学根据测量数据做出的a-F图线,说明实验存在的问题______.
【答案】
(1)M≫m
(2)平衡摩擦力时木板倾角过大
【解析】
(1)只有M与m满足M≫m才能使绳对小车的拉力近似等于盘及盘中砝码的重力.
(2)平衡摩擦力时木板倾角过大.
考点2.牛顿第二定律
【例题4】
【题干】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:
()
A、由F=ma可知,物体所受的合外力与物体的质量成正比,与物体的加速度成反比;
B、由m=F/a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=F/m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=F/a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。
【答案】CD
【解析】物体所受的合外力与物体的加速度具有因果关系。
合外力是因,加速度是果。
故A选项错误。
物体的质量是物体本身具有的一种属性,与其所受的合外力无关,故B
选项错误。
【例题5】
【题干】一个物体,质量是2kg,受到互成120°
角的两个力F1和F2的作用,这两个力的大小都是10N,这个物体产生的加速度是多大?
【答案】5m/s2
【解析】如图所示,受力分析
【例题6】
【题干】如图所示,质量为4kg的物体与水平地面的动摩擦因数为μ=0.20。
现对它施加一向右与水平方向成37°
,大小为20N的拉力F,使之向右做匀加速运动,求物体运动的加速度大小。
【答案】2.6m/s2
【解析】如图对物体受力分析
四、课堂运用
1.为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系,往往用二者的关系图象表示出来,该关系图象应选( )
A.a-m图象 B.m-a图象
C.a-
图象D.
-a图象
【答案 C
【解析】在作用力相同的情况下,质量越大,速度的变化越慢,加速度越小,两者可能成反比,则用a-
图象更容易判断.
2.如果a-
图象是通过原点的一条直线,则说明( )
A.物体的加速度a与质量m成正比
B.物体的加速度a与质量m成反比
C.物体的质量m与加速度a成正比
D.物体的质量m与加速度a成反比
【答案】B
【解析】a-
图象是通过原点的一条直线,则a与
成正比,则加速度a与质量m成反比,A项错误,B项正确.物体的质量为定值,故C、D选项错误.
3.在利用打点计时器和小车做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,下列说法中正确的是( )
A.平衡摩擦力时,应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上
B.连接砝码盘和小车的细绳应与长木板保持平行
C.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动
D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车
【答案】BCD
【解析】本实验先平衡摩擦力而后再把悬挂小盘的细绳系在小车上,所以A选项错误.
4.在“验证牛顿第二定律”的实验中,在研究加速度a与小车的质量M的关系时,由于没有注意始终满足M≫m的条件,结果得到的图象应是图中的( )
【答案】 D
【解析】在本实验中,小车的加速度a=
=
,则绳子的张力F=
,在研究加速度跟小车质量M的关系时,保持m不变,若横轴为1/(M+m),则a-1/(M+m)图象应是过原点的直线,当满足M≫m时,m可以忽略不计,a≈
,a-1/M图象还可以满足图象是过原点的直线;
当小车的质量较小,不满足M≫m时,斜率将变小,图象便发生弯曲.故选D.
5.质量为m的物体从高处释放后竖直下落,在某时刻受到的空气阻力为f,加速度为a=
,则f的大小为
A.
B.
C.f=mg D.
【解析】以物体为研究对象,根据牛顿第二定律有mg-f=ma,解得
,故B正确。
6.某人站在升降机底板的台秤上,发现台秤的示数比他的体重减少了20%.以下判断正确的是( )
A.升降机一定是在下降过程
B.升降机一定是在减速状态
C.如果是在下降过程,则升降机肯定处于加速状态
D.如果升降机是在减速状态,则升降机肯定处于上升过程
【解析】台秤示数比实际体重小说明人所受支持力减小,重力不变,故所受合力竖直向下,由牛顿第二定律可知,升降机与人的加速度方向竖直向下;
若在下降过程,加速度与速度方向同向,升降机速度增加,C项正确;
若在减速,说明加速度与速度方向相反,即升降机处于上升过