高二物理第四章《牛頓運動定律》章末復習教案（新人教版必修1）

111第四章牛頓運動定律章末復習一、 教材分析本章是在前面對運動和力分別研究的基礎上的延伸研究力和運動的關(guān)系，建立起牛頓運動定律。牛頓運動定律是動力學的基礎，是力學中也是整個物理學的基本規(guī)律，正確地理解慣性概念，理解物體間的相互作用的規(guī)律，熟練地運用牛頓第二定律解決問題，是本章的學習要求，也為進一步學習今后的知識，提高分析解決問題的能力奠定基礎。本章還涉及到了許多重要的研究方法，如：在牛頓第一定律的研究中采用的理想實驗法；牛頓第二定律中的控制變量法；運用牛頓第二定律處理問題時常用的整體法與隔離法，以及單位的規(guī)定方法，單位制的創(chuàng)建等。對這些方法要認真體會、理解，以提高認知的境界。為了更扎實地理解牛頓第二定律，本章第二節(jié)安排了實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，并提供了參考案例，實驗操作方便，規(guī)律性強，結(jié)論容易獲得，控制變量法在此得到了實踐。第五節(jié)牛頓第三定律的研究引入了傳感器計算機的組合，現(xiàn)代氣息濃厚，實驗效果很好。物理知識來源于生活，最終應用于生活，本章的后兩節(jié)就是牛頓運動定律的簡單應用二、 教學目標1、知識與技能1、理解力和運動的關(guān)系，知道物體的運動不需要力來維持。2、理解牛頓第一定律，知道它是邏輯推理的結(jié)果，不受力的物體是不存在的。3、理解慣性的概念，知道質(zhì)量是慣性大小的量度2、過程與方法 1、培養(yǎng)學生分析問題的能力，要能透過現(xiàn)象了解事物的本質(zhì)，不能不加研究、分析而只憑經(jīng)驗，對物理問題決不能主觀臆斷正確的認識力和運動的關(guān)系2、幫助學生養(yǎng)成研究問題要從不同的角度對比研究的習慣3、培養(yǎng)學生邏輯推理的能力，知道物體的運動是不需要力來維持的。3、情感、態(tài)度與價值觀1、利用一些簡單的器材，比如：小球、木塊、毛巾、玻璃板等，來對比研究力與物體運動的關(guān)系，現(xiàn)象明顯，而且更容易推理。2、培養(yǎng)科學研究問題的態(tài)度。3、利用動畫演示伽利略的理想實驗，幫助學生理解問題。4、利用生活中的例子來認識慣性與質(zhì)量的關(guān)系。培養(yǎng)學生大膽發(fā)言，并學以致用。三、 教學重點1、慣性是物體的固有屬性，質(zhì)量是物體慣性大小的量度；運用慣性概念，解釋有關(guān)實際問題。2、通過實驗測量加速度、力、質(zhì)量，分別作出加速度與力、加速度與質(zhì)量的關(guān)系圖像；根據(jù)圖像寫出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系式，體會“控制變量法”對研究問題的意義。3、牛頓第二定律的內(nèi)容，會用正交分解法和牛頓第二定律解決實際問題。4、物理公式既確定物理量之間的關(guān)系，又確定物理量單位間的關(guān)系；基本單位、導出單位和單位制；國際單位制中力學的三個基本單位；單位制在物理學中的重要意義。5、通過對具體實例的觀察和演示實驗，認識力的作用是相互的；能找出某個力對應的反作用力，掌握牛頓第三定律的內(nèi)容,運用牛頓第三定律解釋生活中的有關(guān)問題。6、動力學兩類基本問題求解基本思路和一般步驟。7、共點力平衡條件的應用；應用牛頓運動定律解決超、失重問題。四、 教學難點1、理想實驗的推理過程；對牛頓第一定律的理解。2、明確實驗目的、分析實驗思路、制定實驗方案、得出實驗結(jié)論；認識數(shù)據(jù)處理時變換坐標軸的技巧，了解將”不易測量的物理量轉(zhuǎn)化為可測物理量”的實驗方法，會對實驗誤差作初步分析。3、加速度與物體所受的合力之間的關(guān)系（正比性、同體性、瞬時性和矢量性）。4、利用物理公式得出單位之間的關(guān)系；根據(jù)物理量單位之間的關(guān)系，判斷運算表達式是否錯誤。5、運用牛頓第三定律解決受力分析中的相互作用力問題；區(qū)分平衡力和作用力與反作用力。6、物體的受力分析與運動情況分析。7、超重失重現(xiàn)象的理解。五、 教學過程一知識復習 本課學習內(nèi)容是第三章牛頓運動的第1節(jié)第3節(jié)，即牛頓第一定律；物體運動狀態(tài)的改變；牛頓第二定律。 本課學習目的是以下三點： 知道伽利略和亞里士多德對力和運動關(guān)系的不同認識，知道伽利略的理想實驗及其推理過程和結(jié)論，知道理想實驗是科學研究的重要方法；理解牛頓第一定律的內(nèi)容和意義；知道什么是慣性，會正確解釋有關(guān)慣性的現(xiàn)象。 理解力是使物體產(chǎn)生加速度的原因，理解質(zhì)量是慣性大小的量度。 理解加速度與力的關(guān)系，理解加速度與質(zhì)量的關(guān)系，知道得出這兩個關(guān)系的實驗；知道國際單位制中力的單位是如何定義的；理解牛頓第二定律的內(nèi)容，知道牛頓第二定律表達式的確切含義；會用牛頓第二定律進行簡單的計算。二要重點講解： 1力不是維持物體運動的原因 (1)伽利略理想實驗.伽利略理想實驗說明了物體維持自己的運動并不需要力.如果我們能夠細心觀察、分析一些常見物體的運動，也很容易驗證伽利略的結(jié)論.滾動的足球會停下來，不是因為沒有維持它運動的力，而是因受到摩擦阻力的作用.瓦片可以在水平冰面上滑行很遠才停止，就是所受摩擦力很小的緣故.假設冰面對瓦片無阻力且空氣阻力也可忽略，瓦片將會沿冰面一直滑行下去，而無需施加任何沿運動方向的外力. 在實際生活中，我們很難找到使物體不受任何阻力的實驗環(huán)境，這就顯示了伽利略理想實驗的優(yōu)越性.理想實驗是科學研究的重要方法. (2)運動是物質(zhì)自身的屬性.自然界中的任何物體都處在永不停止的運動中.我們看到一幢大樓是靜止的，這其實是以地面為參照物的觀察結(jié)果.若以太陽為參照物，大樓一方面與地球一起繞地軸轉(zhuǎn)動，另一方面還要隨地球一起繞太陽轉(zhuǎn)動.整個宇宙中，大到恒星、星系，小到原子、電子，都處在永不停止的運動中.可見運動是物體自身的屬性，只要物體存在，它就必然要運動.從這個意義上講，物體的運動也無需外力去維持. 2慣性. (1)慣性是物體的固有性質(zhì).牛頓第一定律告訴我們，物體在不受外力作用時將保持自己原來的運動狀態(tài)：勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，這是一切物體所固有的性質(zhì)即物體的慣性.任何物體都具有慣性，這與物體是運動著的還是靜止的無關(guān)，也與物體正在作何種運動無關(guān). (2)物體的慣性與物體的受力狀況無關(guān).牛頓第一定律所描述的狀態(tài)是一種理想狀態(tài)，即物體不受外力作用的狀態(tài).實際上任何物體均與周圍物體發(fā)生相互作用,不受外力作用的物體是不存在的.但物體受到外力作用并不會引起物體慣性的變化.若物體所受外力的合力為零，物體將保持自己的運動狀態(tài)：勻速直線運動或靜止.顯然，物體的慣性與不受外力時相同.若物體作變速運動，也不能說物體就不具有慣性.如物體在重力作用下作自由落體運動,物體的速度不斷增加，運動狀態(tài)不斷改變，但并不說明物體的慣性已經(jīng)消失.在運動中的任一時刻，若給物體施一大小與重力相等、方向與重力相反的外力，則物體將保持那一時刻的速度作勻速直線運動.這說明了，物體的慣性并沒有發(fā)生變化.運動狀態(tài)的變化是受外力作用的結(jié)果，但運動狀態(tài)的變化并不是物體慣性的變化，物體的慣性與是否受外力以及所受合外力是否為零均無關(guān). 3物體運動狀態(tài)的改變. 物體運動狀態(tài)的變化與物體所受外力和物體的慣性均有關(guān).力是物體改變運動狀態(tài)的原因，而慣性決定著物體改變運動狀態(tài)的難易程度. (1)力是物體產(chǎn)生加速度的原因.物體在不受外力作用或所受外力的合力為零時均保持自己原來的運動狀態(tài)而不會發(fā)生運動狀態(tài)的變化，只有當物體所受合外力不為零時，物體的運動狀態(tài)才會改變，力是改變物體運動狀態(tài)的原因.當物體運動狀態(tài)發(fā)生變化時，物體的速度必然發(fā)生變化(大小變化，方向變化或大小、方向均變化)，因而此時物體的合力必定不為零.這就是說，物體有加速度時，物體所受外力的合力必定不為零，即力是物體產(chǎn)生加速度的原因. (2)質(zhì)量是物體慣性大小的量度，在同樣外力作用下，質(zhì)量越大的物體，改變其運動狀態(tài)就越困難.例如，用同樣大小的水平力推兩輛原靜止在水平面上的小車，一輛空車，一輛裝滿貨物.要使它們達到相同的速度，實車比空車所需時間要長.物體的慣性是物體保持原有運動狀態(tài)的特性，慣性越大，說明物體保持自己原來運動狀態(tài)的能力越大，亦即改變物體運動狀態(tài)就越困難.可見質(zhì)量越大，物體的慣性越大.質(zhì)量越小，物體的慣性越小.物體的慣性大小可以用質(zhì)量去量度. 初中時我們學過“質(zhì)量是物體所含物質(zhì)的多少”，這與我們現(xiàn)在學習的“質(zhì)量是物體慣性大小的量度”并不矛盾，這是質(zhì)量所具有兩種物理意義. 4正確理解牛頓第二定律 同一性 牛頓第二定律中是物體（或系統(tǒng)）所受的合外力，a是指同物體（或同系統(tǒng)）的加速度，而m是該物體（或該系統(tǒng)）的質(zhì)量，即、m、a對應與同一研究對象，這就是研究對象的同一性。 矢量性 合外力F和加速度a均是矢量，所以牛頓第二定律=ma是一個矢量關(guān)系式。物體的加速度a的方向始終與物體所受的合外力F的方向一致，此即a、F的同向性（或矢量性），而決不能理解為與物體的速度方向相同或相反。 因果性 物體受到的合外力不為零就一定產(chǎn)生加速度，力是產(chǎn)生加速度的原因。=ma中的“=”號說明與ma的數(shù)量相等，方向相同，不能把ma與看作是相同的物理量，ma不是一個力。 瞬時性 牛頓第二定律所揭示的規(guī)律具有瞬時性，表現(xiàn)為：加速度與合外力對應于同一時刻，即合外力為零時，加速度為零，物體保持靜止或勻速直線運動；合外力為恒力時，加速度不變，物體做勻速直線運動；而當合外力為變力或物體變質(zhì)量時，加速度隨著變化，物體做變加速運動。注意：因為力可以發(fā)生突變，所以加速度也可以發(fā)生突變，而速度不能突變。 獨立性 牛頓第二定律=ma中，若物體同時受到幾個外力的作用，一個外力對應產(chǎn)生一個加速度，某方向的合外力對應在該方向產(chǎn)生一個加速度，每個加速度的方向與所對應的外力方向相同。求解某方向的問題時就只考慮該方向的力所產(chǎn)生的加速度，這就是a和F的獨立性。 相對性 在牛頓第二定律中，加速度a與參照物的選取有關(guān)。在處理問題時，必須選取相對于地球保持靜止或做勻速直線運動的物體為參照物，這就是牛頓第二定律的相對性。通常我們選取地球為參照物，若物體的加速度不是相對與地球的，則必須將其轉(zhuǎn)化為相對與地球的加速度，然后才可代入=ma中求解。 統(tǒng)一性 在國際單位制中，F(xiàn)的單位為牛（N），質(zhì)量的單位為千克（kg），加速度的單位為米/秒2（m/s2）只有采用國際單位制，才存在關(guān)系式=ma，所以應用牛頓第二定律時必須注意單位的統(tǒng)一性。 適用性 牛頓第二定律只適用與宏觀物體相對慣性參照系做低速運動的情形。所謂慣性參照系是指參照物本身沒有加速度，相對于地面靜止或勻速直線運動的參照物可以看作慣性系。所謂低速是指物體運動速度比光速小得多，當研究電子、質(zhì)子等接近光速運動時，牛頓第二定律就不再適用了。 牛頓第二定律的初步應用應用牛頓第二定律解題時，常見的較簡單的問題有兩類：第一類是已知物體的受力狀況，應用牛頓第二定律求出加速度，再進一步去研究物體的運動；第二類是已知物體的運動狀況，應用運動學公式求出加速度，再應用牛頓第二定律去求解未知力.對于這兩類問題，都應在分析研究對象的受力狀況和運動狀況的基礎上列方程.通常可采用如下的基本解題步驟： (1) 確立研究對象，并分析其受力狀況； (2) 分析運動狀況，確定加速度方向； (3) 建立恰當?shù)闹苯亲鴺讼担谜环ǚ纸馕矬w所受的各外力.通常使加速度方向與 某一坐標軸重合. (4) 以速度方向為正方向建立如下方程組(設a與x軸重合)并解之： 課堂小結(jié)六、111