牛頓第二定律的教案示例（精選2篇）
牛頓第二定律的教案示例 篇1
一、教學(xué)目標
1.物理知識方面的要求：
(1)掌握牛頓第二定律的文字內(nèi)容和數(shù)學(xué)公式；
(2)理解公式中各物理量的意義及相互關(guān)系；
(3)知道在國際單位制中力的單位“牛頓”是怎樣定義的.
2.以實驗為基礎(chǔ)，通過觀察、測量、歸納得到物體的加速度跟它的質(zhì)量及所受外力的關(guān)系，進而總結(jié)出牛頓第二定律.培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Α⒏爬芰头治鐾评砟芰?
3.滲透物理學(xué)研究方法的教育.實驗采用控制變量的方法對物體的a、f、m三個物理量進行研究；運用列表法處理數(shù)據(jù)，使學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的；認識到由實驗歸納總結(jié)物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法.
二、重點、難點分析
1.本節(jié)的重點內(nèi)容是做好演示實驗.讓學(xué)生觀察并讀取數(shù)據(jù)，從而有說服力地歸納出a與f和m的關(guān)系，即可順理成章地得出牛頓第二定律的基本關(guān)系式.因此，熟練且準確地操作實驗就是本課的關(guān)鍵點.同時，也只有講清實驗裝置、原理和圓滿地完成實驗才能使學(xué)生體會到物理學(xué)研究的方法，才能達到掌握方法、提高素質(zhì)的目標.
2.牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達式簡單完美，記住并不難.但要全面、深入理解該定律中各物理量的意義和相互關(guān)聯(lián)；牢固掌握定律的物理意義和廣泛的應(yīng)用前景，對學(xué)生來說是較困難的.這一難點在本課中可通過定律的辨析和有針對性的鞏固練習(xí)加以深化和突破，另外，還有待在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用過程中去體會和理解.
三、教具
小車、本板、滑輪、鉤碼、投影儀.
四、主要教學(xué)過程
(一)引入新課
由牛頓第一定律可知，力是改變物體運動狀態(tài)的原因.而物體運動狀態(tài)的改變是物體運動速度發(fā)生變化，即加速度不為零.因而力又是產(chǎn)生加速度的原因，加速度與力有關(guān).
由牛頓第一定律還可知：一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，這種性質(zhì)叫慣性.而質(zhì)量是物體慣性大小的量度，因而加速度跟質(zhì)量有關(guān).
那么物體運動的加速度跟物體質(zhì)量及受力之間存在什么樣的關(guān)系？我們通過實驗來探求.
(二)教學(xué)過程設(shè)計
1.實驗設(shè)計
(1)啟發(fā)學(xué)生按如下思路得出實驗方法：對于一個物體(使m不變)，不受力時加速度為零→受力后加速度不為零→受力越大則加速度越大.
用同樣的力(使f不變)作用于不同物體→質(zhì)量小的易被拉動→質(zhì)量越小加速度越大.
就是說，在研究三個變量的關(guān)系時，要使其中一個量不變，即控制變量的方法.
(2)啟發(fā)學(xué)生按如下思路得出實驗原理：測定物體加速度的方法有多種，如利用打點計時器、分析紙帶等，這些方法較精確但費時→尋找一種用其它物理量直觀反應(yīng)加速度大小的辦法→由運動學(xué)公式 可知在相同時間內(nèi)位移與加速度成正比，我們的實驗就是由兩個小車在相同時間內(nèi)的位移來反映加速度大小跟力和質(zhì)量的關(guān)系.
(2)實驗裝置
實驗采用原必修本所述裝置稍加改進.在圖1中a、b、c三個位置加裝光滑金屬環(huán)以控制線繩位置不使脫落；另外通過環(huán)a將兩繩合并在一起可直接用手操作，以避免鐵夾操作的困難.這樣雖然增大了阻力，但只需使木板稍前傾平衡摩擦力即可.木板側(cè)面的刻度用以讀出位移大小.
3.實驗過程
(1)加速度跟力的關(guān)系
使用兩個相同的小車，滿足m1=m2；在連小車前的繩端分別掛一個鉤碼和兩個鉤碼，使f1=f2.將二小車拉至同一起點處，記下位置.放手后經(jīng)一段時間使二小車同時停止，滿足時間t相同.讀出二小車的位移填入表1：(投影)
表1
改變f重復(fù)實驗，
比較可得，在誤差允許的范圍內(nèi)，a∝f.
(2)加速度跟質(zhì)量的關(guān)系
將小車1上加0.2kg砝碼，使m1=2m2；二小車前面繩端都掛一個鉤碼，使f1=f2.將二小車拉至同一起點處放開經(jīng)一段時間使其同時停止，讀出各小車位移記入表2：(投影)
表2
4.定律導(dǎo)出
速度跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，即牛頓第二定律的基本關(guān)
(2)上式可寫為等式f=kma，式中k為比例常數(shù).如果公式中的物理量選擇合適的單位，就可以使k=1，則公式更為簡單.
在國際單位制中，力的單位是牛頓.牛頓這個單位就是根據(jù)牛頓第二定律來定義的：使質(zhì)量是1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力為1n，即1n=1kg·m/s2.
可見，如果都用國際單位制中的單位，就可以使k=1，那么公式則簡化為f=ma，這就是牛頓第二定律的數(shù)學(xué)公式.
(3)當(dāng)物體受到幾個力的作用時，牛頓第二定律也是正確的，不過這時f代表的是物體所受外力的合力.牛頓第二定律更一般的表述是：
物體的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同.
數(shù)學(xué)公式是：
f合=ma.
5.定律的理解
牛頓第二定律是由物體在恒力作用下做勻加速直線運動的情形下導(dǎo)出的，但由力的獨立作用原理可推廣到幾個力作用的情況，以及應(yīng)用于變力作用的某一瞬時.還應(yīng)注意到定律表述的最后一句話，即加速度與合外力的方向關(guān)系，就是說，定律具有矢量性、瞬時性和獨立性，所以掌握牛頓第二定律還要注意以下幾點：
(1)定律中各物理量的意義及關(guān)系
f合是物體(研究對象)所受的合外力，m是研究對象的質(zhì)量，如果研究對象是幾個物體，則m為幾個物體的質(zhì)量和.a為研究對象在合力f合作用下產(chǎn)生的加速度；a與f合的方向一致.
(2)定律的物理意義
從定律可看到：一物體所受合外力恒定時，加速度也恒定不變，物體做勻變速直線運動；合外力隨時間改變時，加速度也隨時間改變；合外力為零時，加速度也為零，物體就處于靜止或勻速直線運動狀態(tài). 牛頓第二定律以簡單的數(shù)學(xué)形式表明了運動和力的關(guān)系.
6.鞏固練習(xí)
(1)從牛頓第二定律知道，無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度.可是我們用力提一個很重的物體時卻提不動它，這跟牛頓第二定律有無矛盾？為什么？
答：沒有矛盾，由公式f=ma看，f合為合外力，無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度，這個力應(yīng)是合外力.現(xiàn)用力提一很重的物體時，物體仍靜止，說明合外力為零.由受力分析可知f＋n-mg=0.
(2)對一個靜止的物體施加一個力，物體一定做加速運動，對嗎？
答：略.理由同上.
(3)下面哪些說法不對？為什么？
a.物體所受合外力越大，加速度越大.
b.物體所受合外力越大，速度越大.
c.物體在外力作用下做勻加速直線運動，當(dāng)合外力逐漸減小時，物體的速度逐漸減小.
d.物體的加速度大小不變一定受恒力作用.
答：b、c、d說法不對.根據(jù)牛頓第二定律，物體受的合外力決定了物體的加速度.而加速度大小和速度大小無關(guān).所以，b說法錯誤.物體做勻加速運動說明加速度方向與速度方向一致.當(dāng)合外力減小但方向不變時，加速度減小但方向也不變，所以物體仍然做加速運動，速度增加.c說法錯誤.
加速度是矢量，其方向與合外力方向一致.加速度大小不變，若方向發(fā)生變化時，合外力方向必然變化.d說法錯.
(三)課堂小結(jié)(可引導(dǎo)學(xué)生總結(jié))
1.這節(jié)課以實驗為依據(jù)，采用控制變量的方法進行研究.這一方法今后在電學(xué)、熱學(xué)的研究中還要用到.我們根據(jù)已掌握的知識設(shè)計實驗、探索規(guī)律是物體研究的重要方法.
2.定義力的單位“牛頓”使得k=1，得到牛頓第二定律的簡單形式f=ma.使用簡捷的數(shù)學(xué)語言表達物理規(guī)律是物理學(xué)的特征之一，但應(yīng)知道它所對應(yīng)的文字內(nèi)容和意義.
3.牛頓第二定律概括了運動和力的關(guān)系.物體所受合外力恒定，其加速度恒定；合外力為零，加速度為零.即合外力決定了加速度，而加速度影響著物體的運動情況.因此，牛頓第二定律是把前兩章力和物體的運動構(gòu)成一個整體，其中的紐帶就是加速度.
五、說明
1.實驗采用課文所述裝置，簡單直觀，易得出結(jié)論.缺點是不夠精確，操作亦須謹慎，否則會出現(xiàn)誤差較大的情形.重復(fù)實驗時，也可逆向操作驗證.先確定二小車距終點位移，然后放手由同時到達終點驗證，操作較容易.有條件的學(xué)校可使用氣墊導(dǎo)軌、光電門進行精確測量驗證.
2.通過定律的探求過程，滲透物理學(xué)研究方法，是整個物理教學(xué)的重要內(nèi)容和任務(wù).本節(jié)內(nèi)容即為一典型探求過程：運用控制變量、實驗歸納的方法研究三個變量的關(guān)系.這種方法在熱學(xué)中研究p、v、t三量關(guān)系，在電學(xué)中u、d、e的關(guān)系等都要用到.這是人類認識世界的常用方法.所以本節(jié)課不只是讓學(xué)生掌握牛頓第二定律，更應(yīng)知道定律是如何得出的.
3.牛頓第二定律通過加速度將物體的運動和受力緊密聯(lián)系，使前三章構(gòu)成一個整體，這是解決力學(xué)問題的重要工具.應(yīng)使學(xué)生明確對于牛頓第二定律應(yīng)深入理解、全面掌握，即理解各物理量和公式的內(nèi)涵和外延，避免重公式、轉(zhuǎn)文字的現(xiàn)象.數(shù)學(xué)語言可以簡明地表達物理規(guī)律，使其形式完善、便于記憶，但它不能替代文字表述，更不能涵蓋與它關(guān)聯(lián)的運動和力的復(fù)雜多變的情況.否則就會將活的規(guī)律變?yōu)樗赖墓?
(陳則茂)
牛頓第二定律的教案示例 篇2
一、教學(xué)目標
1.在學(xué)生實驗的基礎(chǔ)上得出牛頓第二定律，并使學(xué)生對牛頓第二定律有初步的理解.
2.通過學(xué)生分組實驗，鍛煉學(xué)生的動手實驗?zāi)芰?
3.滲透科學(xué)的發(fā)現(xiàn)、分析、研究等方法.
二、重點、難點分析
1.牛頓第二定律本身是力學(xué)的重點內(nèi)容，所以在學(xué)生最初接觸這個規(guī)律時就應(yīng)打好基礎(chǔ).
2.由于采用新的教學(xué)方法，在課堂密度加大的情況下如何完成教學(xué)進度，成為教學(xué)過程中的一個難點.
三、教具
1.學(xué)生分組實驗牛頓第二定律器材(木板、小車、打點計時器、電源、小筒、細線、砝碼、天平、刻度尺、紙帶等).
2.計算機及自編軟件，電視機(作顯示).
3.投影儀，投影片.
四、教學(xué)過程
(一)引入新課
1.復(fù)習(xí)提問：物體運動狀態(tài)改變快慢用什么物理量來描述，物體運動狀態(tài)改變與何因素有關(guān)？關(guān)系是什么？(學(xué)生回答：物體運動狀態(tài)改變快慢用加速度來描述；加速度與物體質(zhì)量及物體受力有關(guān)，關(guān)系是：物體受力越大，物體加速度越大；物體質(zhì)量越大，物體加速度越小.)
2.引課提問：物體的加速度與物體所受外力及物體的質(zhì)量之間是否存在一定的比例關(guān)系？如果存在，其關(guān)系是什么？請同學(xué)猜一猜.(當(dāng)學(xué)生提出物體加速度可能與物體受力成正比，與物體的質(zhì)量成反比時，教師予以表揚.)我們的猜想是否正確呢，需要用實驗來檢驗.這就是我們這節(jié)課所要研究的牛頓第二定律.
(二)教學(xué)過程
1.實驗介紹
投影：實驗裝置圖
講解：我們用小車作為研究對象，通過在小車上增減砝碼可以改變小車質(zhì)量.在小車上拴一根細線，細線通過定滑輪掛一個小桶，小桶內(nèi)可以放重物，這時小車受到的拉力大致是小桶及重物的重力，我們可以通過改變小桶內(nèi)的重物來改變小車受到的拉力.我們研究小車的加速度a與拉力f及小車質(zhì)量m的關(guān)系時，可先保持m一定，研究a與f的關(guān)系；再保持f一定，研究a與m的關(guān)系.這是物理學(xué)中常用的研究方法.
下面我們先保持小車質(zhì)量不變，拉力f取幾次不同的數(shù)值，測出每一次小車的加速度a，從而研究a與f的關(guān)系.
提問：如何測出小車的加速度？(學(xué)生回答：可用打點計時器.)再追問：測加速度的公式是什么？(學(xué)生回答公式，若學(xué)生回答不清時，可幫助其答出.)
講解：怎樣才能直觀地反映出a與f是否成正比呢？我們可以借助圖象：用橫軸表示拉力，用縱軸表示加速度，若加速度隨拉力的變化圖線是一條過原點的直線，就可以說明a與f成正比.我們改變幾次拉力的大小，并測出每次拉力所對應(yīng)的小車加速度，就可以得到幾組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)對應(yīng)圖象中的一個點，根據(jù)這幾個點就可以連出加速度隨拉力變化的圖象，并根據(jù)圖象作出是否成正比的判斷.
板圖：
講解：在小車運動過程中不可避免的要受到摩擦力的作用，這個摩擦力也會影響到小車的加速度，如何消除摩擦力的影響呢？我們可以把木板的一端墊高，使小車在沒有受到拉力時恰能夠在木板上做勻速運動，就是用重力的下滑分力與摩擦力平衡，這時再加拉力，小車的加速度就只由拉力而產(chǎn)生了.
由于一節(jié)課時間有限，所以我們共同完成這個實驗：每組只做一個拉力作用下小車產(chǎn)生加速度的情況，但不同的組取的拉力值不同，如第一組拉力為0.1n、第二組拉力為0.2n、第三組拉力為0.3n……而我們所用的小車質(zhì)量是相同的，這樣我們把大家的數(shù)據(jù)綜合起來，就得到質(zhì)量相同的小車在若干個不同拉力作用下的加速度了.
另外為了節(jié)約時間，我們采用計算機處理數(shù)據(jù).
開機并講解：這個數(shù)據(jù)處理軟件功能是這樣的：我們只要把s1、s2、s3、s4、s5、s6及記數(shù)點的時間間隔t輸入，計算機就會自動算出小車的加速度a，并且根據(jù)輸入的對應(yīng)拉力f的數(shù)值，作出a隨f變化的圖線.
2.學(xué)生實驗
實驗：(約8至10分鐘)教師巡視；
提問：學(xué)生實驗數(shù)據(jù)報出并輸入計算機；
操作：由數(shù)據(jù)得出圖線；
講解：由實驗可知，物體的加速度與所受拉力成正比.
板書：a∝f
3.實驗介紹
講解：下面再保持拉力不變，研究a與m的關(guān)系.剛才我們猜測a與m可能是反比關(guān)系，怎樣才能從圖象上反映a與m是否反比呢？我們可以以1/m為橫軸，以a為縱軸，若所得圖線為過原點的直線，則表明a與1/m成正比，也就是a與1/m成反比.
下面我們?nèi)匀环纸M來進行實驗，我們都選拉力為0.1n，通過在小車上增加砝碼來改變小車質(zhì)量，第一組取小車的質(zhì)量為0.2kg、第二組取小車的質(zhì)量為0.3kg、第三組取小車的質(zhì)量為0.4kg……實驗數(shù)據(jù)的處理也與剛才相似，只是此時不再輸入拉力，而是輸入小車的質(zhì)量m并自動換算出質(zhì)量的倒數(shù)1/m，并根據(jù)幾組質(zhì)量值及對應(yīng)的加速度作出a隨1/m變化的圖線.
4.學(xué)生實驗
實驗：(約7到8分鐘)教師巡視；
提問：學(xué)生實驗數(shù)據(jù)報出并輸入計算機；
操作：由數(shù)據(jù)得出圖線；
講解：由實驗可知，物體的加速度與物體質(zhì)量成反比.
板書：a∝1/m
5.結(jié)論分析
根據(jù)實驗我們證實了我們的猜想：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體質(zhì)量成反比.這就是著名的牛頓第二定律.
板書：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體質(zhì)量成反比.
用公式表示為 a∝f/m f∝ma
若改寫為等式，應(yīng)乘一系數(shù)k f=kma
如果我們把1牛頓定義為：使質(zhì)量1千克的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力為1牛頓，這時等式左側(cè)為1，等式右側(cè)為k.也就是說我們采用這種定義方式可以使k=1，此時牛頓第二定律的表達式為
板書：f=ma
講解：下面我們對牛頓第二定律進行進一步的討論：首先我們可以注意剛才小車所受到的拉力，實際是小車所受到的合外力，所以牛頓第二定律中的f應(yīng)為物體受到的合外力.
板書：(1)f為合外力
其次我們可以注意到小車的加速度方向與拉力方向是一致的，這就是牛頓第二定律的方向性.
板書：(2)a的方向與f一致
另外，物體某一時刻的加速度，只由它此刻的受力決定，而與其他時刻的受力無關(guān)，這就是牛頓第二定律的即時性.
板書：(3)即時性
(三)課堂小結(jié)：這節(jié)課我們通過實驗得出了牛頓第二定律，并且對這個規(guī)律有了初步的了解.牛頓第二定律是力學(xué)中的一個很重要的規(guī)律，今后我們還要進一步學(xué)習(xí)和討論.
五、說明
1.設(shè)計思路：本節(jié)課的設(shè)計出發(fā)點在于更多地調(diào)動學(xué)生參與，使其動手動腦，以提高其能力.本節(jié)課的關(guān)鍵在于電腦輔助實驗數(shù)據(jù)處理，提高了課堂密度，有可能在一節(jié)課內(nèi)完成講授與實驗.本節(jié)課設(shè)計時隱含了“假說”——“實驗驗證”的科學(xué)研究方法，電腦輔助實驗數(shù)據(jù)處理，烘托了科學(xué)研究氣氛.
2.本節(jié)課學(xué)生實驗器材即學(xué)生分組驗證牛頓第二定律器材，電腦軟件系自制軟件：包括表格(輸入s1至s6及t即可算出a，根據(jù)a和f或1/m的值即可在圖象中描點連線)和圖象，也可以用一些現(xiàn)成的軟件如excel等.
(北京市第156中學(xué) 王方毅)