[课时21]
适用年级
高三
所需课时
1课时
作者姓名
张兆明
单位
联系电话
13963268220
电子邮箱
概述（介绍本课时内容在本章中的作用，主要学习内容，具体细化的三维学习目标，重点、难点，学习本节学生的优势和不足，主要学习活动和预期学生表现性成果。）
本课时是在前一节牛顿第一定律、牛顿第三定律复习的基础上展开的，进一步具体的、定量的回答了物体的加速度与它所受外力的关系，以及加速度与物体自身的惯性—质量的关系，是牛顿物理学的核心，同时也是本章内容的核心。对于实验探究部分我们在后面会独立一节来复习研究，本节课重点在于进一步深入认识、体会牛顿第二定律所反映出的本质上的东西，如同向性、瞬时性、独立性等，并能运用该规律分析和解决生活中的一些实际问题。
知识与技能方面：能准确表述牛顿第二定律；
能从同时性、矢量性、独立性、瞬时性等各方面深入理解牛顿第二定律；
能用牛顿第二定律分析和处理简单的物理问题。
过程与方法方面：从矢量性角度体会牛顿第二定律的使用；
理解牛顿第二定律是连接运动学和动力学的桥梁；
能用牛顿第二定律解决实际生活上一些直觉上的误区。
情感态度与价值观方面：
从牛顿第二定律出发，体会因果规律在生活中的意义。
重点：从本质上在进一步认识牛顿第二定律
难点：从瞬时性角度体会力与加速度的关系。
学生在本节的学习中最大的优势在于通过高一高二的学习，对力和运动的关系有了初步的认识，只是有些时候深度不够，理解不够透彻。
在学习活动上力图通过有针对性的讨论与讲解让学生真正体会到牛顿第二定律在反映力与运动关系方面具体作用。
预期通过部分题目的训练与对生活中一些问题的分析使学生认识和把握牛顿第二定律。
课时问题设计
1.有人认为牛顿第一定律是第二定律特例，故而牛顿第一定律可有可无。对此，你如何认识？
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。可是我们用力提一个放在地面上很重的物体，或者去推它时，却提不起它，或推不动它。这跟牛顿第二定律是否矛盾，为什么？
3. 物体的速度可以突变吗？为什么？物体受到的力和物体的加速度能否突变，两者之间有怎样的关系？
4.应用牛顿第二定律解题的基本步骤是什么？需要注意哪些问题？
所需教学资源（列出学习过程中所需的各种支持资源。）
信息化资源
1.http://www.pep.com.cn/gzwl/jszx/tbjx/kb/st/bx1/201009/t20100903_869243.htm应用牛顿第二定律解题的科学探究
2. http://www.pep.com.cn/gzwl/jszx/wlxs/wlxsjj/201009/t20100919_906632.htm 动力学发展史
常规资源
导学案、多媒体展台等
教学支持环境
具备投影功能的多媒体教室
评价设计
1.通过课堂上学生对前三个问题的回答情况，检查学生对牛顿第二定律的认识是否比较深刻或比新授时有所提升。
2.通过例题的展示，看学生是否对牛顿第二定律的使用步骤比较熟练与科学。
学习活动设计（针对本课时选择的活动形式及过程。）
活动顺序及
时间安排
学生活动
教师活动
设计意图
问题驱动、自主学习
5min
1.有人认为牛顿第一定律是第二定律特例，故而牛顿第一定律可有可无。对此，你如何认识？
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。可是我们用力提一个放在地面上很重的物体，或者去推它时，却提不起它，或推不动它。这跟牛顿第二定律是否矛盾，为什么？
3. 物体的速度可以突变吗？为什么？物体受到的力和物体的加速度能否突变，两者之间有怎样的关系？
4.应用牛顿第二定律解题的基本步骤是什么？需要注意哪些问题？
学案展示问题，要求学生先独立思考、自主学习。
教师在各组巡查，随时调研。
通过学生的自主学习及独立思考加深对牛顿第二定律的理解和应用
展示交流、合作探究
5min
小组内简单交流，然后小组代表展示组内研讨结果。
聆听、引导小组展示
看看学生对牛顿第二定律的认识是否达到一定高度，并发现学生理解上的一些问题。
[ ]
知识梳理、点拨归纳
10min
一．牛顿第二定律的相关理解
1.揭示了力和运动的具体关系。（对应问题一）
2.内容：
物体的加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与作用力的方向相同。
3.表达式： 一个有具体物理意义的关系式
4.“五个”性质
同向性：公式为矢量式，任一时刻F与a同向；
同一性：三个量对应同一物体或同一系统且各量使用同一国际单位；
因果性：F是产生a的原因，物体具有加速度是因为物体受到了力；
瞬时性：a与F对应同一时刻，v不能突变（对应问题三，突出惯性），但F和a均可以突变，且同步变化。
独立性：
①作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律
②物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和（对应问题二，突出合力决定物体的实际加速度）
5.适用范围
①牛顿第二定律只适用于惯性参考系（相对地面静止或做匀速直线运动的参考系）
②只适用于宏观物体（相对分子、原子）、低速运动（远小于光速）的情况。
二．应用牛顿第二定律解题的基本步骤
1.两类问题的分析
2.基本步骤：
①明确研究对象
②分析物体的受力情况和运动状态。
③根据受力分析图，选取正方向，列牛顿第二定律方程。
④解方程、检验结果。
由牛顿单位的定义，引出基本单位和导出单位，学生展示几个基本物理量及基本单位。
与前面所学力的矢量性及力的合成与分解对应起来
可以涉及两类基本问题。具体展开复习可在下节课。
例题评析、深化提高
15min
例1.（牛顿第二定律的瞬时性）如图所示，在光滑的水平面上，质量均为m的物体，在力F的作用下处于静止状态，此时弹簧处于压缩状态，现突然撤去F，这一瞬间A球的加速度为________，B球的加速度为________。
变式提高1：如图所示，物体A、B质量均为m，中间有一轻质弹簧相连，A用绳悬于O点，当突然剪断OA绳时，关于A物体的加速度，下列说法正确的是( )
A．0 B．g
C．2g D．无法确定
例2：如图为一滑梯的示意图，滑梯的长度AB为 L= 5.0m，倾角θ＝37°。 BC段为与滑梯平滑连接的水平地面。一个小孩从滑梯顶端由静止开始滑下，离开B点后在地面上滑行了s = 2.25m后停下。小孩与滑梯间的动摩擦因数为μ = 0.3。不计空气阻力。取g = 10m/s2。已知sin37°= 0.6，cos37°= 0.8。求：
（1）小孩沿滑梯下滑时的加速度a的大小；
（2）小孩滑到滑梯底端B时的速度v的大小；
（3）小孩与地面间的动摩擦因数μ′。
解：（1）物体受力如右图所示
由牛顿第二定律 mgsinθ －μN = ma
N － mgcosθ = 0
解得 a = gsinθ －μgcosθ = 3.6m/s2
（2） 由 错误！不能通过编辑域代码创建对象。 求出
（3）由匀变速直线运动规律 错误！不能通过编辑域代码创建对象。
由牛顿第二定律
解得错误！不能通过编辑域代码创建对象。
此类问题应注意两种基本模型的建立：首先，刚性绳（或接触面），微小形变。根据实际运动的需要，力可以突变。还有就是弹簧（或橡皮绳），形变量大，跟其相连的物体位置的变动需要时间，故一般力不会突变。
注意正确的受力分析，规范解题步骤。
（对应问题四）
例题的分析以学生为主，看学生的思路。
夯实基础、挑战潜能
8min
1．用40 N的水平力F拉一个静止在光滑水平面上、质量为20 kg的物体，力F作用3 s后撤去，则第5 s末物体的速度和加速度的大小分别是( )
A．v＝6 m/s，a＝0 B．v＝10 m/s，a＝2 m/s2
C．v＝6 m/s，a＝2 m/s2 D．v＝10 m/s，a＝0
2.在一次救灾行动中，直升机悬停在空中向地面无初速投放救灾物品，物品所受的空气阻力与其下落的速率成正比。若用v、a、t分别表示物品的速率、加速度的大小和运动的时间，则在物品下落过程中，图1中表示其v－t和a－v关系的图像可能正确的是( )
3.“儿童蹦极”中，栓在腰间左右两侧的是弹性极好的橡皮绳。质量为m的小明如图静止悬挂时两橡皮绳的拉力大小均恰为mg，若此时小明右侧橡皮绳在腰间断裂，则小明此时( )
A．加速度为零
B．加速度a＝g，沿原断裂绳的方向斜向下
C．加速度a＝g，沿未断裂绳的方向斜向上
D．加速度a＝g，方向竖直向下
4.如图所示，物体P以一定的初速度沿光滑水平面向右运动，与一个右端固定的轻质弹簧相撞，并被弹簧反向弹回。若弹簧在被压缩过程中始终遵守胡克定律，那么在P与弹簧发生相互作用的整个过程中( )
A．P做匀速直线运动
B．P的加速度大小不变，但方向改变一次
C．P的加速度大小不断改变，当加速度数值最大时，速度最小
D．有一段过程，P的加速度逐渐增大，速度也逐渐增大
作业：
A组：1. 如图所示，一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧，其左端固定在小车上，右端与一小 球相连，设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态，若忽略小球与小车间的摩擦力，则 在这段时间内小车可能是
A．向右做加速运动 B．向右做减速运动
C．向左做加速运动 D．向左做减速运动
2.如图所示，一条轻质弹簧左端固定，右端系一小物块，物块与水平面各处动摩擦因数相同，弹簧无形变时，物块位于O点。今先后分别把物块拉到P1和P2点由静止释放，物块都能运动到O点左方，设两次运动过程中物块速度最大的位置分别为Q1和Q2点，则Q1与Q2点( )
A．都在O点
B．都在O点右方，且Q1离O点近
C．都在O点右方，且Q2离O点近
D．都在O点右方，且Q1、Q2在同一位置
3. 如图所示，抗震救灾运输机在某场地卸放物资时，通过倾角为30°的固定光滑斜轨道面进行。有一件质量为m＝2.0 kg的小包装盒，由静止开始从斜轨道的顶端A滑至底端B，然后又在水平面上滑行一段距离后停下。若A点距离水平面的高度h＝5.0 m，重力加速度g取10 m/s2，求：
(1)包装盒由A滑到B所经历的时间；
(2)若地面的动摩擦因数为0.5，包装盒在水平地面上还能滑行多远？(不计斜面和地面接触处的能量损耗)
B组：4.某同学为了探究物体与斜面间的动摩擦因数进行了如下实验，取一质量为m的物体使其在沿斜面方向的推力作用下向上运动，如图甲所示，通过力传感器得到推力随时间变化的规律如图乙所示，通过频闪照相处理后得出速度随时间变化的规律如图丙所示，若已知斜面的倾角α＝30°，取重力加速度g＝10 m/s2，则由此可得( )
A．物体的质量为3 kg
B．物体与斜面间的动摩擦因数为
C．撤去推力F后，物体将做匀减速运动，最后可以静止在斜面上
D．撤去推力F后，物体下滑时的加速度为 m/s2
5. .质量为2 kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去F，其运动的v－t图像如图所示。g取10 m/s2，求：
(1)物体与水平面间的动摩擦因数μ；
(2)水平推力F的大小；
(3)0～10 s内物体运动位移的大小。
以前四道题目为主，限时自测，两分钟展示总结。
分层作业：鼓励学生积极去做，结合自身情况，最大限度挑战自己。
教学评价
1.在自主学习过程中看学生的学习效率
方法：老师巡视现场评价
评价指标：静下心来认真自主学习；积极在学案上写下自己的想法。
2.交流讨论，互促提升过程中，看学生的参与度
评价方法：小组评价与教师评价相结合
评价指标：敢于提出自己的建议，认真思考别人的想法，敢于质疑，善于总结
3.例题评析过程中，学生的自主性的发挥
评价方法：教师现场评价、学生互评结合
评价指标：有限时间对题目有一定的思路，敢于说出自己的想法，对问题的分析是否正确
4.限时训练阶段，学生的实际效果
评价方法：小组内互评
评价指标：有限时间能否高效思考，思考结果的准确性，敢于提出自己的意见。
实施方案
实施前：教学环境的准备
学生分析：对牛顿第一定律、第三定律有了进一步的认识，对牛顿第二定律需要有本质的认识和灵活运用的能力。
实施中：按照前面教学整个流程设计，稳步推进，以学生为主，重点看学生的参与度、自主度和实际效果。
实施后： 各小组学习成果评价：教师总评价各小组成员的学习成果。
小组成员评价：请各小组长根据评价要素对小组成员打分。收交各小组的各项评价打分。
思考下一课时的开展：下一课时重点牛顿第二定律两类问题的分析，根据下发学案适度提前复习。
教学材料
运动状态的改变与牛顿第二定律
人教新课标高一物理必修（一）写道：“实验表明，对于任何物体，在受到相同的作用力时，决定它们运动状态变化难易程度的唯一因素就是它们的质量。”可以得出结论，质量是物体慢性的唯一量度，这一表述，在定性或定量比较哪个物体惯性大时，非常有效。可以这样理解，在相同的外力作用下，质量大的物体运动状态改变相对难一些，质量小的物体运动状态改变得相对容易一些。然而在有些情况下，如果定量地研究物体运动状态的改变，还要结合牛顿第二定律。且看下例：
例 在一密闭的汽车内，一氢气球用细绳系在座位上，设空气的密度为，氢气球的质量为，体积为，问：汽车以恒定的加速度启动时，氢气球向哪个方向偏转，稳定后偏转角是多少？
分析：我们有这样的生活经验，我们平时坐车的时候，汽车启动后，由于惯性，我们要向后仰，如果作类比，容易得气球向后偏的错误结论。我们从运动状态改变的难易程度上去分析，汽车启动后，车内的空气随之加速，由于氢气的密度小，或者说氢气球的质量比同体积的空气的质量小，所以氢气球的运动准状态改变的相对容易一些，故氢气球要向前偏。然而这只是一种定性的解释，还没有指出氢气球向前偏转的跟本原因。或者说还没有对氢气球的受力进行分析，第二步在算稳定后氢气球的偏转角时也必须对其进行受力分析。汽车在启动后，空气随着汽车一起加速。设想有一和氢气球体积相同的“空气球”，则质量为：，由于其加速度为，故其受到周围空气对它在水平方向上的合力为：，这个合力是由“空气球”前后压强的不同所引起的。换成是氢气球后，在水平方向上由于空气前后压强的不同所引起的这个力必定仍等于，而氢气球自身的质量为，故其在水平方向上的合力应为，由于，在水平方向上必定受到一个向后的力，这个力由绳子的拉力在水平方向上的分力所提供，也就是说绳子是斜向后拉氢气球的，所以氢气球向前倾斜。其倾角的计算如下：
?
解：已知氢气球质量，体积，空气密度，汽车加速度，重力加速度，设氢气球受到的浮力为，细绳与竖直方向上的夹角为，细绳上的拉力为。氢气球的受力分析如下图:
在竖直方向有：（1）
在水平方向上有： （2）
由（1），（2）可解出，即。
质量是惯性的唯一量度，我们在讨论物体运动状态改变难易的时候，总是给它施加一个相同的外力，其实这正是利用了牛顿第二定律，当相同时，比较的大小，因此我们分析问题时，可以将第一定律及第二定律结合起来。
使用建议
一、成功之处：
（1）注重知识的逐步展开及分析，不求一步到位。问题和活动紧紧围绕牛顿第二定律的本质及应用这个核心来展开。学习方式多样，体现自主、合作、探究的方式引导思考、引发讨论。
（2）评价设计先于教学活动设计。
（3）本节的亮点应该在对牛顿第二定律瞬时性的分析及解题基本步骤上。
二、遗憾之处：
（1）时间安排稍有紧张
（2）学生的自主学习感觉还是有点低效，有时感觉就是让老师牵着鼻子走。
（3）例题的分析给学生留下展开讨论的时间少。
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