高中物理 第四章牛顿运动定律教案 新人教版必修1

第四章牛顿运动定律
全章概述
本章是在前面对运动和力分别研究的基础上的延伸——研究力和运动的关系，建立起牛顿运动定律。

牛顿运动定律是动力学的基础，是力学中也是整个物理学的基本规律，正确地理解惯性概念，理解物体间的相互作用的规律，熟练地运用牛顿第二定律解决问题，是本章的学习要求，也为进一步学习今后的知识，提高分析解决问题的能力奠定基础。

本章还涉及到了许多重要的研究方法，如：在牛顿第一定律的研究中采用的理想实验法；牛顿第二定律中的控制变量法；运用牛顿第二定律处理问题时常用的整体法与隔离法，以及单位的规定方法，单位制的创建等。

对这些方法要认真体会、理解，以提高认知的境界。

为了更扎实地理解牛顿第二定律，本章第二节安排了实验：探究加速度与力、质量的关系，并提供了参考案例，实验操作方便，规律性强，结论容易获得，控制变量法在此得到了实践。

第五节牛顿第三定律的研究引入了传感器――计算机的组合，现代气息浓厚，实验效果很好。

物理知识来源于生活，最终应用于生活，本章的后两节就是牛顿运动定律的简单应用。

新课标要求
1、通过实验，探究加速度与质量、物体受力之间的关系。

2、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。

3、通过实验认识超重和失重。

4、认识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。

1、牛顿第一定律
一、知识与技能
1、理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持。

2、理解牛顿第一定律，知道它是逻辑推理的结果，不受力的物体是不存在的。

3、理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度．
二、过程与方法
1、培养学生分析问题的能力，要能透过现象了解事物的本质，不能不加研究、分析而只凭经验，对物理问题决不能主观臆断．正确的认识力和运动的关系．
2、帮助学生养成研究问题要从不同的角度对比研究的习惯．
3、培养学生逻辑推理的能力，知道物体的运动是不需要力来维持的。

三、情感、态度与价值观
1、利用一些简单的器材，比如：小球、木块、毛巾、玻璃板等，来对比研究力与物体运动的关系，现象明显，而且更容易推理。

2、培养科学研究问题的态度。

3、利用动画演示伽利略的理想实验，帮助学生理解问题。

4、利用生活中的例子来认识惯性与质量的关系。

培养学生大胆发言，并学以致用。

★教学重点
1、理解力和运动的关系。

2、理解牛顿第一定律，知道惯性与质量的关系。

★教学难点
惯性与质量的关系。

★教学方法
1、对比实验、自主探索、合理推理。

2、利用生活中的实例，理解惯性与质量的关系，贴近生活更易理解。

★教学用具：
小车、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺、木块、气垫导轨、滑块等。

★教学过程
一、引入新课
开门见山，阐述课题：前面几章学习了运动和力基础知识，这一章开始我们研究力和运动的关系。

第一节课我们来学习牛顿第一定律。

二、进行新课
教师活动：人推车走，不推车停，由此看来必须有力作用在物体上，物体才运
动，没有力作用在物体上，物体就不运动——这是两千多年前亚里士多德说的，不是我说的。

是这样吗？
学生活动：人推着车子，汗流侠背，推车的人放下车，一边擦汗，一边叹气。

思考问题。

教师活动：下面你就利用桌子上的器材来研究一下这个问题。

让学生利用桌子上的器材，自主设计实验，分别研究：
l、力推物动，力撤物停。

2、力撤物不停。

教师巡回指导，提出问题：物体的运动是不是一定需要力？
学生活动：利用桌子上的器材：小车、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺。

做实验：
1、桌子上铺毛巾，小车放在毛巾上，推它就动，不推就停。

2、撤去毛巾，让小车在桌面上，推一下小车，小车运动一段才停下来。

教师活动：你还能举出其他的例子来说明这个问题吗？
刚才的两个实验为什么会出现两种现象呢？矛盾出在哪呢？
学生活动：学生举例讨论，比如：自行车蹬一段时间后停止蹬车，自行车会滑行一段距离；溜冰；冰面上踢出去的冰块。

等等。

点评：通过举例进一步理解物体的运动不需要力来维持。

教师活动：引导学生进行实验对比。

通过对比实验可以进行逻辑推理，如果接触面非常光滑没有摩擦，那小球会怎样？
学生活动：用小球做对比实验
A、使斜槽和桌面吻合，让小球从斜槽上滚下，标出滚动距离。

B、在桌面上放玻璃板，使斜槽和玻璃板吻合，让小球从同样的高度滚下，
标出滚动的距离。

对比发现，接触面越光滑，滚动距离越远。

［总结得出］小球运动停下来的原因是摩擦力。

如果接触面非常光滑小球会永不停止。

点评：1、对比实验，找出问题的本质．从而理解物体的运动和力的关系．
2、在对比实验的基础上进行合理的逻辑推理．
教师活动：在学生回答的基础上，结合实验进一步总结：（并板书）
物体的运动是不需要力来维持的。

（力撤物停的原因是因为摩擦力。

如果没有摩擦力，运动的物体会一直运动下去）。

最早发现这一问题的科学家是伽利略。

伽利略是怎么研究这个问题的呢？
教师活动：边介绍边用多媒体播放伽利略的理想实验。

要动态出以下效果：
（1）对称斜面，没有摩擦小球滚到等高。

（2）减小另一侧斜面倾角，小球从同一位置释放要滚到等高，滚动距离就会越远。

（3）把另侧斜面放平，小球要到等高，就会一直滚下去。

根据这一现象伽利略得出了什么样的结论？
学生活动：观察并回答提出的问题：
运动的物体如果不受力物体将匀速运动下去。

点评：通过观察伽利略的理想实验，启发学生在研究科学问题时大胆的设想和科学的推理都是很有必要的。

教师活动：用气垫导轨消除摩擦。

让滑块在导轨上滑动，利用光电门测出滑块在不同位置的速度。

学生活动：学生记录数据并比较。

确信他的正确性。

教师活动：引导学生认识、总结力和运动的关系。

让学生阅读课文找出：
l、伽利略的观点。

2、笛卡儿的补充和完善。

3、牛顿第一定律。

对比三个人的观点，他们都是叙述力和运动关系的，谁的更全面？
学生活动：阅读课文，回答问题。

1、伽利略：物体不受力时，运动的物体一直作匀速直线运动。

2、笛卡儿：物体不受力时，物体将永远保持静止或运动状态。

教师活动：既然牛顿第一定律是最完善的，那么它从几个方面阐述了力和运动的关系？
在学生回答的基础上，进一步总结：力不是维持物体运动状态的原因，力是改变运动状态的原因。

运动状态是指什么？
学生讨论回答：两个方面：不受力时，物体保持匀速直线运动状态或静止状态；受力时，力迫使它改变运动状态。

运动状态：速度的大小和方向。

点评：培养学生理解问题时能力。

教师活动：牛顿第一定律可不可以用实验来验证？
什么时候可以看作不受力并举例说明。

学生活动：学生回答不能。

因为不受力作用的物体是不存在的。

受力但合力为零时。

比如：冰面上的滑动的冰块。

冰壶球。

点评：培养学生刨根问底的严谨态度。

教师活动：牛顿定律又叫惯性定律，惯性是指什么？
你又怎样理解这种性质呢？举例说明。

因为这是一个新概念，学生刚接受可能不是很好理解。

通过实验来进一步的理解。

在小车上放一高的木块，让小车在光滑的玻璃上运动，前面固定一物块，当车运动到物块时被挡住，车上的木块前倾。

为什么？
再如，人站在匀速行使的车厢内竖直向上跳起，仍会落到原地。

这都是惯性。

再让学生举例，学生就必然入门了。

学生活动：学生观察并思考，再进一步理解惯性：是指物体具有保持原来运动状态或静止状态的性质。

举例。

点评：通过生活中的例子进一步理解惯性。

教师活动：进一步总结：物体不受力时将保持匀速直线运动状态或静止状态，理解时可认为不受力和合力为零效果是一样的，如果某个方向不受力，那么在这个方向物体也会保持匀速直线运动状态或静止状态。

培养学生灵活运用物理规律解决问题的能力。

教师活动：一切物体都具有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，当力使它改变这种状态时，它就会有抵抗运动状态改变的的“本领”。

这个本领与什么有关呢？比如货车启动时，由静止到运动得需要一段时间，是空车好启动还是满载时？你还能举出什么例子来？
学生活动：学生思考
比如骑自行车，单人时和带人时的感觉相比。

从实例可看出，运动状态变化的难易程度与质量有关。

点评：通过生活中的一些例子理解惯性大小与质量有关．
三、课堂总结、点评
教师活动：让学生概括总结本节的内容。

请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，计学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

四、实例探究
☆对惯性的理解
1、被踢出去的冰块在摩擦力可以忽略的冰面上运动受没受向前的力？为什么能够向前运动？
2、船在水中匀速行驶，一人站在船尾向上竖直跳起，它会落入水中吗？为什么？
3、为什么跳远运动员要助跑才能跳的远些？
4、在一向北匀速直线行驶的火车车厢中，一小球静止在水平桌面上，当坐在桌旁的人看到小球向南滚动时，火车做什么运动？
5、一铅球 3千克，静止在地面上，把它水平扔出后，做加速运动，它的惯性如何变化？
☆受力分析
6、一物块滑上了光滑的斜面，受几个力？
附录1
牛顿简介
牛顿，是英国伟大的数学家、物理学家、大文学家和自然哲学家。

1642年12月25日生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村，1727年3月20日在伦敦病逝。

牛顿是经典力学理论的集大成者。

他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。

正象他自己所说的那样“如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上”。

牛顿的研究领域非常广泛，他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越贡献外，他还花费大量精力进行化学实验。

牛顿在科学上最卓越的贡献是微积分和经典力学的创建。

附录2
教材分析
牛顿运动定律是动力学的基础，正确认识力和运动的关系，是学好物理的关键，教学中应联系生活、贴近实际，以激发学生学习的兴趣。

l、理解力和运动的关系是本节课的重点，通过实验和生活的例子进一步体会，力不是维持物体运动的原因，而是改变运动状态的原因。

这对以后研究问题，受力分析都是非常重要的。

2、惯性与质量的关系是这节课的难点，通过举例反复体会。

附录3
学生分析
1、力是维持物体运动状态的原因还是改变物体运动状态的原因，人们正确认识这个问题，经历了漫长的历史过程，同样学生要正确认识它，也要克服日常经验带来的错误认识，所以一开始就用了两个实验，让他们通过观察、思考，来澄清错误的认识。

2、惯性是一个重要的概念。

虽然学生在初中接触过，但仍有一些学生误认为“物体在保持匀速直线运动或静止时才有惯性”。

不理解一切物体都有惯性，而且惯性大小与质量有关。

要解决这问题也不是一蹴而就的，需要通过实例分析慢慢接受。

2、实验：探究加速度与力、质量的关系
一、知识与技能
1、理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关。

2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。

3、培养学生动手操作能力。

二、过程与方法
1、使学生掌握在研究三个物理量之间关系时，用控制变量法实现。

2、指导学生根据原理去设计实验，处理实验数据，得出结论．
3、帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。

三、情感、态度与价值观
1、通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神。

2、使学生养成实事求是的科学态度，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

3、培养学生的合作意识，相互学习，交流，共同提高的学习态度．
★教学重点
1、怎样测量物体的加速度
2、怎样提供和测量物体所受的力
★教学难点
指导学生选器材，设计方案，进行实验。

作出图象，得出结论
★教学方法
1、提出问题，导入探究原理――自主选器材，设定方案，进行操作，总结归纳――进行交流。

2、对学生操作过程细节进行指导，对学生实验过程的疑难问题进行解答。

★教学用具：
小车、一端带滑轮长木板、钩码、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺、气垫导轨、微机辅助实验系统一套。

★教学过程
一、引入新课
教师活动：
定性讨论：物体质量
一定，力不同，物体加速
度有什么不同？力大小相
同，作用在不同质量物体
上，物体加速度有什么不同？
物体运动状态改变快慢取决哪些因素？定性关系如何？
学生活动：学生讨论后回答：第一种情况，受力大的产生加速度大，第二种情况：质量大的产生加速度小。

学生再思考生活中类似实例加以体会。

点评：教师还可举日常生活中一些实例，如赛车和普通小汽车质量相仿，但塞车安装了强大的发动机，牵引力巨大，可产生很大加速度。

再如并驾齐驱的大货车和小汽车在同样大的制动力作用下，小汽车容易刹车．通过类似实例使学生获得感性认识：加速度大小既与力有关，也与质量有关，为下一步定量研究做好铺垫．
二、进行新课
1、物体加速度与它受力的定量关系探究
教师活动：现在我们探究物体加速度与力、质量的定量关系（用控制变量法）。

保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，探究加速度与力的定量关系。

请同学生据上述事例，猜测一下它们最简单关系
学生猜测回答：加速度与力可能成正比。

教师活动：如何测量加速度a？需什么器材？请同学样设计方案。

学生回答：第二章我们已探究过小车速度随时间变化规律，可用该实验器材测加速度。

小车在钩码牵引下作匀加速运动，利用打出纸带求加速度。

教师活动：现实中，除了在真空中抛体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎不存在，但一个单独的力作用效果与跟它等大、方向相同的合力作用效果相同，因此实验中力F的含义可以是物体所受的合力。

如何为运动物体提供一个恒定合力？如何测？请同学们想办法。

教师引导：可利用前边测加速度的器材，在钩码质量远小于小车质量条件下，钩码重力大小等于对小车拉力（至于为什么以后再讨论），但必须设法使木板光滑，或使用气垫导轨以减少摩擦直至忽略不计。

这样小车受的合力就等于钩码重力。

教师对学生设计方案的可行性进行评估，筛选出最佳方案进行实验。

学生活动：学生思考，设计可行方案测量，也可借鉴教师提供案例进行设计教师活动：指导学生分组实验，把小车在不同拉力下的加速度填在设计好的表格中。

学生活动：学生设计实验步骤，进行分组实验，取得数据。

教师活动：如何直观判断加速度a与F的数量关系？指导学生以a为纵坐标，以F为横坐标建立坐标系，利用图象找规律。

利用实物投影展示某同学做的图象，让大家评价。

学生活动：学生在事先发给的坐标纸上描点，画图象，看图象是否是过原点的直线，就能判断a 与F 是否成正比。

分析研究表格中数据，得出结论。

2、物体的加速度与其质量的定量关系探究
教师活动：保持物体所受力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与质量关系，请同学们用最简单关系猜测一下二者是什么关系？教师解释：若a 与m 成反比，其实是a 与1／m 成正比，a －l ／m 的图象应是什么？
学生猜测回答：加速度与质量可能成反比。

应该是过原点直线。

教师活动：保持钩码质量一定，即拉力大小一定，如何改变小车质量？
将不同质量的小车的加速度填入设计好的表格中，建立a 一1／m 坐标系作图象。

学生回答：在小车上加砝码。

学生设计实验步骤，进行分组实验，测出不同质量时加速度。

在坐标纸上描点，作a －l ／m 图象，据a －l ／m 图象建否是过原点直线就能判断加速度是否与质量成反比。

点评：由于学生刚开始从事探究实验，缺乏经验，需要教师指导，比如设计方案，利用图象处理数据，学生一无经历，二不习惯，所以宜采用定向探究，逐步使学生走向自由探究。

3、对实验可靠性进行评估
教师活动：如果同学们猜想是正确的，那么根据实验数据，以a 为纵坐标，以F 横坐标，或以a 为纵坐标，1／m 为横坐标，作出图象都应该是过原点的直线，但实际描的点并不严格在某直线上，也不一定过原点。

若真是a ∝F ，a ∝l ／m 得需多次实验才能证实。

附录1
实验分析
牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的重要铺垫。

该实验的器材选取、方案设定，因第二章使用过，学生自然会想到用该器材测加速度。

但测力有一定困难，还需平衡摩擦。

为此可借助气垫导轨避免这一点。

另外，测加速度可在气垫导轨上安放两个光电计时门，通过微机辅助系统记录，小车通过两个计时门的时间间隔，测出两计时门间距离，可由221at x
求加速度a ，数据完全可由微机处理，甚至a －F ，a －1／m 图象由微机处理作出，收到事半功倍的效果。

附录2
学生分析
该实验是探索规律的实验，学生对加速度与力和质量的关系的定量关系是未知的，但通过实例，对加速度与力和质量的定性关系是可以理解的。

怎样定量研究需在教师指导下，学生动手、动脑进行设计研究，教师只是一个引导者、评判者，只要学生的设计方案合理，亲身体验探究过程，至于能否得出正确结果并不重要。

3、牛顿第二定律
一、知识与技能
1、掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式；
2、理解公式中各物理量的意义及相互关系。

3、知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。

4、会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算。

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
牛顿第二定律
★教学难点
牛顿第二定律的意义
★教学方法
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。

★教学过程
一、引入新课
教师活动：利用多媒体播放汽车启动、飞机起飞等录像资料。

教师提出问题，启发引导学生讨论它们的速度的变化快慢即加速度由哪些因素决定？
学生活动：学生观看，讨论其可能性。

点评：通过实际问题及现象分析，激发学生学习兴趣，培养学生发现问题的能力
教师活动：提出问题让学生复习回顾：
l、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？
学生活动：学生回顾思考讨论。

教师活动：（进一步提出问题，完成牛顿第二定律探究任务的引入）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？
学生活动：学生思考讨论，并在教师的引导下，初步讨论其规律．
点评；通过多媒体演示及学生的讨论，复习回顾上节内容，激发学生的学习兴趣。

培养学生发现问题、探究问题的能力。

二、进行新课
教师活动：学生分析讨论后，教师进一步提出问题：
l、牛顿第二定律的内容应该怎样表述？
2、它的比例式如何表示？
3、各符号表示什么意思？
4、各物理量的单位是什么？其中，力的单位“牛顿”是如何定义的？
学生活动：学生讨论分析相关问题，记忆相关的知识。

教师活动：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，上述规律又将如何表述？
学生活动：学生讨论分析后教师总结：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

点评：培养学生发现一般规律的能力
教师活动：讨论a和F合的关系，并判断下面哪些说法不对？为什么？
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。

E、物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速
度逐渐减小。

F、物体的加速度大小不变一定受恒力作用。

学生活动：学生讨论分析后教师总结：力是使物体产生加速度的原因，力与物体的加速度具有矢量性、瞬时性和独立性
点评：牛顿第二定律是由物体在恒力作用下做匀加速直线运动的情形下导出的，但由力的独立作用原理可推广到几个力作用的情况，以及应用于变力作用的某一瞬时。

教师活动：出示例题引导学生一起分析、解决。

例题1：某质量为1100kg的汽车在平直路面试车，当达到100km／h的速度时关闭发动机，经过70s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。

例题 2：一个物体，质量是2 kg，受到互成 120°角的两个力F1和F2的作。