【经典珍藏 高中物理教师备课必看--备课资料卡】牛顿第二定律

【知识点名称】牛顿第二定律【课标内容对照（沪科J）《课程标准》的要求（沪科J）*通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系。

理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。

通过实验认识超重和失重现象。

【三维目标】(鲁科J)1．通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系，体会探究过程中所用的科学方法。

理解对质量相同的物体来说，物体的加速度跟作用在它上面的力成正比；在相同力的作用下，加速度跟受力物体的质量成反比。

(鲁科J)2．理解力是使物体产生加速度的原因。

(鲁科J)3．理解牛顿第二定律一般表述的含义，知道物体运动的加速度的方向和合外力的方向一致。

(鲁科J)4．认识国际单位制在物理学中的重要意义，知道国际单位制中的力学单位。

(鲁科J)5．会用牛顿第二定律解释生活中的有关问题，会用牛顿第二定律和运动学公式解决简单的动力学问题。

(鲁科J)6．提高质疑能力、信息收集和处理能力，培养合作精神。

【教学建议】(鲁科J)1．本节课文首先引导学生用实验来探究加速度与力、质量的关系，而后归纳实验结果。

给出牛顿第二定律文字表述，接着导出牛顿第二定律公式。

由于该公式的导出形式与式中各物理量单位的选择密切相关，所以．课文最后讨论了围际单位制中的力学单位。

(鲁科J)2．探究加速度与力、质量关系的实验，课文中的做法比较简单。

只是在分析小车受到的水平拉力时，为了不使学生产生错误概念，课文中特别指出“当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么可近似认为重物所受的重力大小等于小车所受合外力的大小”。

由于这将牵涉到连接体的问题，因而在此不宜展开严格讨论，但要让学生知道，这个限制条件是可以证明的。

这个实验应当尽量让学生都动手来做，以调动他们的学习积极性，并取得更好的教学效果。

(鲁科J)应当向学生指出，以上实验表明，加速度与力、质量的关系是客观存在的，它反映了自然界的规律。

牛顿正是在总结了前人大量的理论和实验成果的基础上，再经过自己的长期研究，才提出牛顿第二定律的。

根据大量的实验和研究归纳出规律是人们认识客观规律的一种重要方法，课文中安排这个实验，就是想让学生通过自己的动手动脑，能够对此有所认识。

(鲁科J)3．在本节内容的教学中，教师要引导学生明确认识牛顿第二定律的物理意义。

要明确牛顿第二定律是对质点说的，这里的m是作为研究对象的质点所具有的质量，F是该质点所受的合外力，口是在合外力作用下该质点产生的加速度。

特别是要强调这里的F所指的是质点所受的合外力，它绝不是质点所受的几个力中的某一个或某几个力。

当合外力发生变化时，质点的加速度也随之而变化，所以牛顿第二定律反映了加速度与合外力之间的瞬时关系；当合外力恒定不变时，加速度也为恒量，则质点做匀变速运动，所以，物体的运动情况是由所受的合外力决定的。

(鲁科J)4．通过本节的学习，学生对物体惯性应有更深入的认识。

这就是说，应当使学生认识到，惯性不仅表现在物体保持静止或匀速直线运动的状态上，也表现在物体改变运动状态的难易程度上。

要引导学生在这两个意义上来理解质量是物体惯性大小的量度。

(鲁科J)5．从比例式F。

Cma导出牛顿第二定律公式时，要让学生知道，式中的比例系数k的数值与式中各个物理量单位的选择有关。

当质量和加速度都选用国际单位制中的主单位，并根据该公式来定义力的单位“牛顿”时，k的值就等于1。

(鲁科J)6．本节课文没有给出力的独立作用原理，如条件允许，教师可自行补充该内容。

(鲁科J)7．在讨论有关单位制问题时，应先让学生知道，单位是为了测量、比较物理量的大小而建立的。

在学习物理时，正确使用单位是非常重要的事情。

然后通过实例分析，使学生认识到物理公式在确定物理量的数量关系的同时，也确定了物理量之间的单位关系。

在这个基础上再介绍基本单位和导出单位的概念，以及力学中的三个基本单位等。

最后，通过实例让学生了解，单位制在物理计算中的作用是可以省去计算过程中单位的代入，从而使列式和计算都更加简便。

在这里，教师还应对今后物理汁算中单位的使用提出规范要求。

【导语引入】（沪科K）2000多年前，当人们对科学还茫然无知的时候，古希腊的亚里士多德就在观察和直觉的基础上开始了对运动和力的关系的思考，并且提出了一些说法：（沪科K）·要使一个静止的物体动起来，必须用力推它、拉它、提它，当力停止作用后，运动的物体便静止不动；（沪科K）·要使一个物体运动得更快，必须用更大的力推它；（沪科K）·要维持一个物体做匀速运动，必须有一个恒定的力作用于它。

（沪科K）亚里士多德的说法归纳起来，就是“力是维持运动的原因”。

这个说法并不正确，却一直流传到三四百年前。

为什么人们会在这么长的时间内被笼罩在亚里士多德的迷雾中呢?（沪科K）爱因斯坦曾说过，“有一个基本问题，几千年来都因为它太复杂而含糊不清。

这就是运动的问题。

”那么，导致运动问题太复杂的原因究竟是什么呢?（沪科K）在地面环境中，人们观察到的运动，离不开重力和摩擦力等阻力的干扰，于是，看到的就是亚里士多德描述的情景。

（沪科K）如今，航天技术的发展，可以为我们提供一个微重力、高真空的实验环境，爱因斯坦所说的几千年以来含糊不清的问题，在太空实验室中已可以轻松地解决。

（沪科K）本章中，我们将在回顾伽利略理想实验的基础上，结合太空的微重力环境，研究力和运动的关系，学习牛顿总结的运动三定律，从而奠定进一步学习现代物理学的基础。

图5-1从亚里士多德的思考开始，经过伽利略的实验，到牛顿总结出运动定律，经典力学的框架终于构建起来。

（沪科J）引言用三个里程碑式的人物，使学生认识到从亚里士多德的说法→伽利略的理想实验→牛顿创造性的总结的历程。

（沪科J）建议：亚里士多德的话在初中已有耳闻，爱因斯坦的话可能学生还会有疑问。

教学中可引导学生谈谈自己的认识，并分析其“复杂”的原因，为伽利略的理想实验做铺垫。

【知识点讲解】加速度与力、质量的关系(鲁科K)我们已经知道，外力作用的结果是物体的运动速度发生了变化，而速度变化又意味着产生了加速度。

所以，可以说外力的作用结果是产生了加速度。

那么，外力与加速度之间有什么关系呢?我们将通过实验来探究这一问题。

(鲁科K)日常经验告诉我们，用大小不同的力推同一辆车，速度改变的快慢是不同的。

推力越大，速度改变越快，加速度越大；而用同样的外力推空车和推满载的车，速度改变的快慢也不同(图6—13)，满载时小车速度改变慢，加速度小。

于是我们猜想，物体所获得的加速度可能与外力有关，还可能与物体本身的质量有关。

根据日常经验，我们可以提出这样的假设：物体所获得的加速度，由它的质量和它所受的合外力共同决定。

(鲁科K)假设加速度a与质量m及合外力F都有关，要确定它们之间的关系，就必须运用控制变量法，保持其中一个量不变，研究另两个量之间的关系。

此外，在实验中还必须能够具体测出这三个量的数值。

其中，m与F都有直接测量的工具；a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点，通过计算得出物体运动的加速度。

(1)加速度与物体受力的关系(2)加速度与物体质量的关系（沪科K）影响加速度的因素（沪科K）从伽利略的理想实验到牛顿的总结，已经告诉我们，力是改变物体速度的原因。

而物体的运动速度发生了变化，说明产生了加速度，所以，力是使物体产生加速度的原因。

（沪科K）那么，物体受到力作用后产生的加速度还跟什么因素有关呢?(鲁科K)方法点拨(鲁科K)利用图象处理数据是一种常用的重要方法。

将实验中得到的数据通过描点作出图象，可以非常直观地看出两个物理量之间的关系，也可以有效地减小实验误差，确定并排除实验中测得的一些错误数据。

(鲁科K)另外，在实验中如果发现一个量x 与另一个量y 成反比，那么，x 就应与1/y 成正比。

据此，我们可以将反比函数的曲线转化为正比函数的直线。

因为，在处理数据时，判断一条曲线是否为正比函数图象，比判断它是否为反比函数图象要简单得多。

(鲁科K)在整个探究活动中，你认为还有未能得到解决的矛盾吗?你还发现了什么新问题?你对探究的方案有什么改进建议?你认为还可能有别的因素影响物体的加速度吗?你是否还有其他的实验探究设计方案?你认为从本次探究活动中应该吸取的教训是什么?(人教K)加速度与力、质量 (人教K) 物体运动状态变化的快慢，也就是物体加速度的大小，与物体的质量有关。

例如，一般小汽车从静止加速到100km／h ，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢得多。

物体运动状态变化的快慢，还与物体受力的大小有关。

例如，竞赛用的小汽车，质量与一般的小汽车相仿，但因为安装了强大的发动机，能够获得巨大的牵引力，可以在四五秒的时间内从静止加速到100km ／h 。

这些事实告诉我们，物体的质量一定时，受力越大，其加速度越大；物体受力一定时，它的质量越小，加速度也越大。

然而，物理学不满足于这样定性的描述。

我们还想知道，物体的加速度与它受的力、它的质量有什么定量关系。

（人教J ）探究性实验是以获取物理新知识为目的的教学方式，所以实验安排在学习新知识之前，这样就比验证性实验的难度要大。

其中难就难在从牛顿第一定律过渡到确定研究哪些物理量之间的关系上。

学生需要在反复领会了牛顿第一定律的前提下，确定自己研究的课题和方法，教科书在引导学生确定课题时，为学生运用逻辑判断来确定物理量之间的联系进行了很好的铺垫。

从前几章知识可知，物体的速度是描述物体运动状态的物理量，物体的运动状态变化，是以速度这一物理量的变化表现出来的，而我们已经学习过的加速度又是描述物体速度变化快慢的物理量，所以，第一个课题的确定就应是研究加速度与力的关系。

而在相同力的作用下，由于物体的惯性不同，速度变化的快慢也不同，质量是物体惯性的量度，所以，第二个课题的确定是研究加速度与质量的关系。

这是学生第一次遇到用实验探究一个物理量同时跟两个物理量有关的多元问题，所以应引导学生去寻找研究问题的实验方法，与研究运动学的方法相似，我们仍然是从简单的实例人手。

如先保持物体的质量不变，研究它的加速度跟外力的关系；再保持外力相同，研究物体的加速度跟它的质量的关系。

(人教K)加速度与质量的关系实验的基本思路：保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。

实验数据的分析：设计第一个表格，把不同物体在相同力的作用下的加速度填在表中。

根据我们的经验，在相同力的作用下，质量m 越大，加速度a 越小。

这可能是“a 与m 成反比”，但也可能是“a 与2m 成反比”，甚至是更复杂的关系。

我们从最简单的情况人手，检验是否“a 与m 成反比”。

在数据处理上要用到下面的技巧。

“a 与m 成反比”实际上就是“a 与m1成正比”，如果以。

为纵坐标、m1为横坐标建立坐标系，根据a －m1图象是不是过原点的直线，就能判断加速度。