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1、4. 3牛顿第二定律教案 A备课资源惯性系和非惯性系我们在学习中经常说“牛顿运动定律是普遍适用的”，其实只能直接地应用在“惯性系”中；对于“非惯性系”，则需要引入一个虚拟的“惯性力”，才能应用牛顿定律。什么是“惯性系” ，何为“非惯性系”？下面我们从在本章习题里遇到的“升降机”问题中来予以说明。设某一物体在静止的起重机上时，所受的重力为G；当起重机匀加速上升（或匀减速下降）时，悬挂物体的弹簧秤的拉力T 大于 G；当起重机匀加速下降（或匀减速上升）时，弹簧秤的拉力T 小于 G。这种现象对于以地面为参考系的观察者来说，并不难理解， 因为：匀加速上升时： T- G=ma，所以 TG ；匀加速下降时
2、：G- T=ma，所以 TG 。但是以在起重机里的观察者看来，则感到似乎物体所受的重力发生了变化。由上边的例子可以看出：以不同的参考系进行观察，对同一事件可以得出不同的认识。当我们以地面为参考系时，可以运用牛顿运动定律来考虑问题，我们称这种“牛顿运动定律能够适用的参考系”为惯性系。当我们以做变速运动的起重机为参考系时，则不能直接应用牛顿运动定律来处理问题，我们称这种系统为“非惯性系”。例如前进中的车辆骤然停止时，在惯性系中的地面上的观察者看来，车厢中的乘客没有受到外力，仍然向前做惯性运动，但车内乘客却觉得自己好像受到一个力，使自己向前倒去。人们为了使牛顿运动定律也能应用于非惯性系而引入了“惯性
3、力”的概念。这个力不是由于物体间的相互作用而产生的， 而是为了描写非惯性系的变速运动的性质而引入的假想的力；上面乘客感觉受到的力即为惯性力，为了与“惯性力”相区别，我们把物体间相互作用的力称为“牛顿力” 。在非惯性系中运用牛顿第二定律处理问题时，不但要考虑“牛顿力” ，而且还要考虑“惯性力” 。当然，在我们中学物理教材中的力学问题，都是在惯性系中来讨论的。教学目标一、知识与技能1. 通过实验结论，归纳得出牛顿第二定律。进一步理解牛顿第二定律的内容和数学表达式。2. 知道在国际单位制中的力的单位“牛顿”是怎样定义的。会用牛顿第二定律进行有关的计算。二、过程与方法1. 以实验为基础，归纳得到物体的
4、加速度跟它的质量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律。2. 培养学生的概括能力和分析推理能力。三、情感、态度与价值观1. 渗透物理学研究方法的教育。2. 认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法。教学重点、难点教学重点牛顿第二定律的应用。教学难点牛顿第二定律的意义。教法方法1. 复习回顾，创设情景，归纳总结。2. 通过实例的分析、强化训练，使学生理解牛顿第二定律的意义。教学准备投影仪、多媒体等。教学过程一、导入新课利用多媒体播放自行车启动、汽车启动、火车启动等录像资料。教师提出问题：它们的速度变化量的比较，速度变化快慢的比较，它们分别由哪些因素决定？引导学生分析：学生观看，讨论其
5、可能性。教师提问：1. 物体的加速度与其所受的作用力之间存在什么关系？2. 物体的加速度与其质量之间存在什么关系？学生思考、讨论。教师引申提问：物体的加速度与其所受的作用力、质量之间存在怎样的关系呢？学生复习回顾上节课内容。板书：二、进行新课（一）牛顿第二定律教师总结：通过上一节课的实验，我们证明了：物体的加速度与物体的合外力成正比，与物体的质量成反比。 （板书）教师引导提问：如何用数学式子把以上的结论表示出来？学生可能回答： 。教师提问：如何把以上式子写成等式？学生可能回答：需要引入比例常数k。教师总结：我们可以把上式再变形为。板书： F 指的是物体受到的合力。（二）力的单位1选取合适的单位
6、，上式可以简化。2在国际单位制中力的单位是牛顿。其实，国际上牛顿这个单位是这样定义的：质量为 1 kg板书：的物体，获得1 m s2 的加速度时，受到的合外力为21 N=1 kg m s。1 N，即如果各物理量都采用国际单位，则k=1。板书：。这就是牛顿第二定律的数学表达式。（三）牛顿第二定律的理解及应用教师引导提问：牛顿第二定律不仅描述了 F 、 m、 a 的数量关系，还描述了它们的方向关系，结合上节课实验的探究，它们的方向关系如何？学生可能回答：因为质量m 是标量，没有方向，所以合力的方向与加速度方向相同。教师提问：同学们能否找出加速度与合外力的关系？学生可能回答：物体的加速度跟所受的合力
7、成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。教师总结： 加速度的方向与合外力的方向始终一致，我们说牛顿第二定律具有同向性。讨论与交流：（多媒体演示）一个物体静止在光滑水平面上，从某一时刻开始受到一个方向向右、大小为5 N 的恒定外力作用，若物体质量为5 kg ，求物体的加速度？若2 s 后撤去外力，物体的加速度是多少？物体2 s 后的运动情况如何？学生进行分组讨论。2物体所受的力为零，所以加速度为零。由于物体此时已经有了一个速度，所以2 s 以后物体保持匀速直线运动状态。课堂训练：讨论a 和 F 合 的关系，并判断下面这些说法正确的是（）。A只有物体受到力的作用，物体才具有加速度
8、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，加速度也随即消失答案： ABCD教师点评： 牛顿第二定律是表示力的瞬时作用规律，描述的是力的瞬时作用效果是产生加速度。物体在某一时刻加速度的大小和方向，是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向来决定的。当物体所受到的合外力发生变化时，它的加速度随即也要发生变化， F ma 对运动过程的每一瞬间成立，加速度与力是同一时刻的对应量，即同时产生、同时变化、同时消失。这就是牛顿第二定律的瞬时性。注意当物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律也是正确的。例题 1. 某质量为1000kg 的汽车在平直路面上试车，当达到 7
9、2km h 的速度时关闭发动机，经过20s 停下来，汽车受到的阻力是多大？重新起步加速时牵引力为2000 N，产生的加速度应为多大？（假定试车过程中汽车受到的阻力不变）学生试分析： 物体在减速过程的初速度为72km h20 m s，末速度为零， 根据 a（ v- vo）/t 得物体的加速度为a - 1 m s2，方向向后。 物体受到的阻力f ma - l 000N 。当物体重新启动时牵引力为2 000N ，所以此时的加速度为a2=（ F+f）/m 1 m s2，方向向车运动的方向。例题 2 . 如图 4-3-1 所示，一倾角为30的斜面上放一木块，木块上固定支架，支架末端用丝线悬挂一小球，木块
10、在斜面上下滑时，小球与滑块相对静止共同运动，当细线：( 1) 沿竖直方向； ( 2) 与斜面方向垂直； ( 3) 沿水平方向。求上述三种情况下滑块下滑的加速度。图 4-3-1教师分析：从分析小球的受力情况入手，求加速度。由题意知，小球与木块的加速度相等，则此加速度必定沿斜面方向。（ 1）如图 4-3-2 （a）所示， T 与 mg 都是竖直方向，故不可能有加速度， T- mg=0，说明木块沿斜面匀速下滑。图 4-3-2（ 2）如图 4-3-2（ b）所示， T2 与 mg 的合力必为加速度方向，即沿斜面方向，作出平行四边形，可知： ，由牛顿第二定律知： ，即加速度沿斜面向下，大小为。（ 3）由
11、于细绳只能产生拉力且沿绳的方向，故小球受力情况如图4-3-2（ c）所示，由图可见，即：。教师总结：根据以上的学习， 同学们讨论总结一下牛顿第二定律应用时的一般步骤。1确定研究对象；2分析物体的受力情况和运动情况，画出研究对象的受力分析图；3求出合力。注意用国际单位制统一各个物理量的单位；4根据牛顿运动定律和运动学规律建立方程并求解。三、课堂小结 （可引导学生总结）1. 控制变量法的研究方法。2. 定义力的单位“牛顿” ，理解 F=kma 及知道它所对应的文字内容和物理意义。3. 牛顿第二定律概括了运动与力的关系。它把力和物体的运动构成了一个整体，其中“桥梁”就是加速度。四、布置作业1. 阅读
12、教材 P77 科学漫步用动力学方法测质量。2. 教材 P78 问题与练习第 2 题、 3 题、 4 题、 5 题。五、板书设计1. 牛顿第二定律物体的加速度与物体的合外力成正比，与物体的质量成反比。， 。2. 力的单位（ 1）在国际单位制中力的单位是牛顿。（ 2）国际上牛顿这个单位是这样定义的：质量为2速度时，受到的合外力为1 N ，即 1 N=1 kg m s1 kg 的物体，获得。1 m s2 的加（ 3）如果各量都采用国际单位，则 k=1，。六、课堂作业1原来做匀加速直线运动的物体，当它所受的合外力逐渐减小时，则（A它的加速度将减小，速度也减小B 它的加速度将减小，速度在增加C它的加速度
13、和速度都保持不变D 它的加速度和速度的变化无法确定）。2从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。可是当我们用一个很小的力去推很重的桌子时，却推不动它。这是因为（）。A 牛顿第二定律不适用于静止物体B桌子的加速度很小，速度的增量极小，眼睛不易觉察到C推力小于静摩擦力，加速度是负的D桌子所受的合力为零3如图 4-3-3 所示，沿平直轨道运行的车厢中的光滑水平桌面上用弹簧拴着一个小球，弹簧处于自然长度，当旅客看到弹簧的长度变短时对火车的运动状况判断正确的是（）。A 火车向右方运动，速度在增加中B火车向右方运动，速度在减小中C火车向左方运动，速度在增加中图 4-3-3D火车向左方运动
14、，速度在减小中2m/s2 的加速度。要使它产生5m/s2 的425N 的力作用在一个物体上，能使它产生加速度，作用力为_。5用一水平恒力将质量为250kg 的木箱沿水平地面推行50m，历时 l0s，若物体受到的阻力是物重的0.1 倍，则外加推力多大？（g=10m/s2 ）6一个质量为 5kg 的物体，以 2m s 的速度向右运动，从开始计时起在第3s 末受到一个大小为15N、方向向右的恒力作用，再经5s 物体的速度多大？在这8s 内物体的位移是多少？参考答案：1. B2 . D3. AD4. 62. 5N5. 500N6. 17 m/s53. 5m教育格言在过多地要求孩子的同时，也应该尽可能地尊重他们。