初中物理牛頓第二定律教案優(yōu)秀范文
初中物理牛頓第二定律教案優(yōu)秀范文
下面是小編為大家收集了牛頓第二定律教案，希望你們能喜歡。
初中物理牛頓第二定律教案優(yōu)秀范文一
教學(xué)準(zhǔn)備
教學(xué)目標(biāo)
知識與技能
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.
4.會用牛頓第二定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計算.
過程與方法
1.通過對上節(jié)課實驗結(jié)論的總結(jié)，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(jìn)而總結(jié)出牛頓第二定律，體會大師的做法與勇氣.
2.培養(yǎng)學(xué)生的概括能力和分析推理能力.
情感態(tài)度與價值觀
1.滲透物理學(xué)研究方法的教育.
2.認(rèn)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.
3.通過牛頓第二定律的應(yīng)用能深切感受到科學(xué)源于生活并服務(wù)于生活，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.
教學(xué)重難點
教學(xué)重點
牛頓第二定律的特點.
教學(xué)難點
1.牛頓第二定律的理解.
2.理解k=1時，F(xiàn)=ma.
教學(xué)工具
多媒體、板書
教學(xué)過程
一、牛頓第二定律
1.基本知識
(1)內(nèi)容
物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.
(2)表達(dá)式
F=kma，F(xiàn)為物體所受的合外力，k是比例系數(shù).
2.思考判斷
(1)牛頓第一定律是牛頓第二定律在合外力為零時的特例.(×)
(2)我們用較小的力推一個很重的箱子，箱子不動，可見牛頓第二定律不適用于較小的力.(×)
(3)加速度的方向跟作用力的方向沒必然聯(lián)系.(×)
探究交流
如圖所示的賽車，為什么它的質(zhì)量比一般的小汽車質(zhì)量小的多，而且還安裝一個功率很大的發(fā)動機?
【提示】為了提高賽車的靈活性，由牛頓第二定律可知，要使物體有較大的加速度，需減小其質(zhì)量或增大其所受到的作用力，賽車就是通過增加發(fā)動機動力，減小車身質(zhì)量來增大啟動、剎車時的加速度，從而提高賽車的機動靈活性的，這樣有益于提高比賽成績.
二、力的單位
1.基本知識
(1)國際單位
牛頓，簡稱牛，符號N.
(2)1N的定義
使質(zhì)量為1 kg的物體產(chǎn)生1_m/s2的加速度的力叫1 N，即1 N=1 kg·m/s2.
(3)比例系數(shù)的意義
?、僭贔=kma中，k的選取有一定的任意性.
?、谠趪H單位制中k=1，牛頓第二定律的表達(dá)式為F=ma，式中F、m、a的單位分別為牛頓、千克、米每二次方秒.
2.思考判斷
關(guān)于牛頓第二定律表達(dá)式F=kma中的比例系數(shù)k
(1)只要力F的單位取N就等于1.(×)
(2)在國際單位制中才等于1.(√)
(3)只要加速度單位用m/s2就等于1.(×)
探究交流
在一次討論課上，甲說：“由a=Δt(Δv)可知物體的加速度a與Δv成正比，與Δt成反比”，乙說：“由a=m(F)知物體的加速度a與F成正比，與m成反比”.你認(rèn)為哪一種說法是正確的?
【提示】 乙的說法正確.物體的加速度的大小是由物體所受合力的大小和物體的質(zhì)量共同決定的，與速度的變化量及所用時間無關(guān).其中a=Δt(Δv)定義了加速度的大小為速度變化量與所用時間的比值，而a=m(F)則揭示了加速度取決于物體所受合力與物體的質(zhì)量.
三、牛頓第二定律的幾個性質(zhì)
【問題導(dǎo)思】
1.加速度的方向與合力的方向有什么關(guān)系?
2.作用在物體上的力發(fā)生變化時，加速度是否變化?
3.作用在物體上的各個分力也能產(chǎn)生加速度嗎?
牛頓第二定律揭示了加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系，指明了加速度大小和方向的決定因素，對牛頓第二定律，還應(yīng)從以下幾個方面深刻理解.
是加速度的定義式，它給出了測量物體的加速度的方法，這是物理上用比值定義物理量的方法.
是加速度的決定式，它揭示了物體產(chǎn)生加速度的原因及影響物體加速度的因素.
例：如圖所示，一輛有動力驅(qū)動的小車上有一水平放置的彈簧，其左端固定在小車上，右端與一小球相連，設(shè)在某一段時間內(nèi)小球與小車相對靜止且彈簧處于壓縮狀態(tài)，若忽略小球與小車間的摩擦力，則在此段時間內(nèi)小車可能是( )
A.向右做加速運動 B.向右做減速運動
C.向左做加速運動 D.向左做減速運動
【審題指導(dǎo)】 解答該題注意應(yīng)用以下程序
力和運動關(guān)系的定性分析
根據(jù)牛頓第二定律先由受力情況分析加速度，再由加速度與速度的關(guān)系分析運動性質(zhì)，即同向加速運動，反向減速運動.
四、牛頓第二定律的簡單應(yīng)用
【問題導(dǎo)思】
1.如果物體受到力的作用，就一定有加速度嗎?
2.求物體的加速度的方法有哪些?
3.應(yīng)用牛頓第二定律解題的一般步驟是什么?
應(yīng)用牛頓第二定律解題的方法一般有兩種：矢量合成法和正交分解法.
1.矢量合成法：若物體只受兩個力作用時，應(yīng)用平行四邊形定則求這兩個力的合力，再由牛頓第二定律求出物體的加速度的大小及方向.加速度的方向就是物體所受合力的方向.反之，若知道加速度的方向也可應(yīng)用平行四邊形定則求物體所受的合力.
2.正交分解法：當(dāng)物體受多個力作用時，常用正交分解法求物體的合外力.應(yīng)用牛頓第二定律求加速度，在實際應(yīng)用中常將受力分解，且將加速度所在的方向選為x軸或y軸，有時也可
例：質(zhì)量為m的木塊，以一定的初速度沿傾角為θ的斜面向上滑動，斜面靜止不動，木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，如圖所示.
(1)求向上滑動時木塊的加速度的大小和方向.
(2)若此木塊滑到最大高度后，能沿斜面下滑，求下滑時木塊的加速度的大小和方向.
【審題指導(dǎo)】 解答本題時可按以下思路進(jìn)行分析：
【解析】 (1)以木塊為研究對象，因木塊受到三個力的作用，故采用正交分解法求解，建立坐標(biāo)系時，以加速度的方向為x軸的正方向.木塊上滑時其受力分析如圖甲所示，根據(jù)題意，加速度的方向沿斜面向下，將各個力沿斜面和垂直斜面方向正交分解.根據(jù)牛頓第二定律有
mgsinθ+f=ma，N-mgcosθ=0
又f=μN，聯(lián)立解得a=g(sinθ+μcosθ)，方向沿斜面向下.
(2)木塊下滑時其受力分析如圖乙所示，由題意知，木塊的加速度方向沿斜面向下.根據(jù)牛頓第二定律有
mgsinθ-f′=ma′，N′-mgcosθ=0
又f′=μN′，聯(lián)立解得a′=g(sin θ-μcosθ)，方向沿斜面向下.
【答案】
(1)g(sinθ+μcosθ)，方向沿斜面向下
(2)g(sin θ-μcos θ)，方向沿斜面向下
應(yīng)用牛頓第二定律解題的一般步驟：
1.確定研究對象.
2.進(jìn)行受力分析和運動狀態(tài)分析，畫出受力分析圖，明確運動性質(zhì)和運動過程.
3.求出合力或加速度.
4.根據(jù)牛頓第二定律列方程求解.
五、常見力的突變
例：如圖所示，質(zhì)量相等的三個物塊A、B、C，A與天花板之間、B與C之間均用輕彈簧相連，A與B之間用細(xì)繩相連，當(dāng)系統(tǒng)靜止后，突然剪斷A、B間的細(xì)繩，則此瞬間A、B、C的加速度分別為(取向下為正)( )
A.-g、2g、0 B.-2g、2g、0
C.0、2g、0 D.-2g、g、g
【解析】剪斷細(xì)繩前，對B、C整體進(jìn)行受力分析，受到總重力和細(xì)繩的拉力而平衡，故FT=2mg;再對物塊A受力分析，受到重力、細(xì)繩拉力和彈簧的拉力;剪斷細(xì)繩后，重力和彈簧的彈力不變，細(xì)繩的拉力減為零，故物塊B受到的合力等于2mg，向下，物塊A受到的合力為2mg向上，物塊C受到的力不變，合力為零，故物塊B有向下的加速度，大小為2g，物塊A具有向上的加速度，大小為2g，物塊C的加速度為零，故選B.
【答案】 B
輕繩、輕桿、輕彈簧、橡皮條辨析
1.它們的共同點是：質(zhì)量忽略不計，都因發(fā)生彈性形變產(chǎn)生彈力，同時刻內(nèi)部彈力處處相等且與運動狀態(tài)無關(guān).
2.它們的不同點是：出國留學(xué)網(wǎng)
課后小結(jié)
這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了
1.牛頓第二定律：F=ma.
2.牛頓第二定律具有同向性、瞬時性、同體性、獨立性.
3.牛頓第二定律解決問題的一般方法.
板書
4.3牛頓第二定律
1.內(nèi)容:物體的加速度跟所受的臺力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同
2.表達(dá)式 F=ma
3.理解
(1)同向性：加速度的方向與力的方向始終一致
(2)瞬時性;加速度與力是瞬間的對應(yīng)量，即同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失
(3)同體性：加速度和合外力(還有質(zhì)量)是同屬一個物體的
(4)獨立性：當(dāng)物體受到幾個力的作用時，各力將獨立地產(chǎn)生與其對應(yīng)的加速度，而物體表現(xiàn)出來的實際加速度是物體所受各力產(chǎn)生加速度疊加的結(jié)果。
初中物理牛頓第二定律教案優(yōu)秀范文二
教學(xué)準(zhǔn)備
教學(xué)目標(biāo)
1、掌握牛頓第二定律相關(guān)知識;
2、了解控制變量法，培養(yǎng)學(xué)生動手實驗?zāi)芰头治龈爬ㄖR的能力。
教學(xué)重難點
重點：牛頓第二定律的知識及其應(yīng)用;難點：實驗演示的操作。
教學(xué)工具
教學(xué)課件
教學(xué)過程
一、復(fù)習(xí)引入：
1、我們講了牛頓第一定律，它的內(nèi)容是什么呢?
一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。也就是說，沒有外力作用時，物體保持原來的狀態(tài)，靜止的保持靜止、運動的保持勻速運動。那如果有外力作用呢?
(引導(dǎo)回答)有外力作用----狀態(tài)改變----速度改變----有加速度產(chǎn)生。
在上節(jié)課中我們還講了：質(zhì)量是物體慣性大小的量度，質(zhì)量越大的，狀態(tài)越難改變。這就涉及到三個物理量：力、加速度和質(zhì)量，三者之間到底有何關(guān)系呢?我們這節(jié)課就來研究它。
二、進(jìn)行新課
1、實驗介紹
實驗是我們掌握物理知識的一個重要途徑，今天就利用實驗來幫助我們解決這個問題。F、m、a三者都是變量，在研究此類問題時，我們先使其中一個量保持不變，來研究另外兩個量的關(guān)系，這就是控制變量法。
(1) 原理：F可以用彈簧秤測量，m可以用天平測量，那加速度呢?
a=(S2-S1)/T2
測量加速度的方法： a=(Vt-V0)/t2
S= V0t+at2/2------------ S= at2/2------------a=2S/t2
(2) 設(shè)計
在光滑的導(dǎo)軌上放一量小車，一端系有細(xì)繩，繞過定滑輪后吊著砝碼，砝碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。
受到恒力作用的小車做勻速直線運動，有S= V0t+at2/2---- S= at2/2------a=2S/t2，為了便于比較，我們?nèi)蓚€小車做雙軌實驗。當(dāng)時間t相同時，有a1/a2=S1/S2。
(3) 實驗操作(1)
平衡摩擦力;將兩輛質(zhì)量相同的小車放在導(dǎo)軌上;系上細(xì)繩，跨過定滑輪掛上質(zhì)量不同的砝碼;利用控制桿控制兩輛小車同時運動;記錄數(shù)據(jù)。
(4) 實驗操作(2)
將兩輛質(zhì)量不同的小車放在導(dǎo)軌上;系上細(xì)繩，跨過定滑輪掛上質(zhì)量相同的砝碼。
利用控制桿控制兩輛小車同時運動;記錄數(shù)據(jù)。
2、實驗結(jié)論
m一定時，F(xiàn)與a成正比;F一定時，m與a成反比。
3、牛頓第二定律
內(nèi)容：物體的加速度與力成正比，與質(zhì)量成反比。公式：F=Kma;注：取國際單位時，K等于1。
平衡摩擦力分析(導(dǎo)出)牛頓第二定律更一般的表述：物體的加速度與合外力成正比，與質(zhì)量成反比，加速度的方向與外力的方向相同。
三、本節(jié)小結(jié)
課后習(xí)題
完成課后作業(yè)第1、2、3題。
高一物理上冊必修1《牛頓第二定律》教案【二】
教學(xué)準(zhǔn)備
教學(xué)目標(biāo)
知識與技能
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.
4.會用牛頓第二定律的公式進(jìn)行有關(guān)的計算.
過程與方法
1.通過對上節(jié)課實驗結(jié)論的總結(jié)，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(jìn)而總結(jié)出牛頓第二定律，體會大師的做法與勇氣.
2.培養(yǎng)學(xué)生的概括能力和分析推理能力.
情感態(tài)度與價值觀
1.滲透物理學(xué)研究方法的教育.
2.認(rèn)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.
3.通過牛頓第二定律的應(yīng)用能深切感受到科學(xué)源于生活并服務(wù)于生活，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.
教學(xué)重難點
教學(xué)重點
牛頓第二定律的特點.
教學(xué)難點
1.牛頓第二定律的理解.
2.理解k=1時，F(xiàn)=ma.
教學(xué)過程
[復(fù)習(xí)鞏固]見課件
[新課導(dǎo)入]
師：利用多媒體播放上節(jié)課做實驗的過程，引起學(xué)生的回憶，激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生再一次體會成功的喜悅，迅速把課堂氛圍變成研究討論影響物體加速度原因這一課題中去.
學(xué)生觀看，討論上節(jié)課的實驗過程和實驗結(jié)果.
師：通過上一節(jié)課的實驗，我們知道當(dāng)物體所受的力不變時物體的加速度與其所受的作用力之間存在什么關(guān)系?
生：當(dāng)物體所受的力不變時物體運動的加速度與物體所受的作用力成正比，
師：當(dāng)物體所受力不變時物體的加速度與其質(zhì)量之間存在什么關(guān)系?
生：當(dāng)物體所受的力不變時物體的加速度與物體的質(zhì)量成反比.
師：當(dāng)物體所受的力和物體的質(zhì)量都發(fā)生變化時，物體的加速度與其所受的作用力、質(zhì)量之間存在怎樣的關(guān)系呢?
[新課教學(xué)]
一、牛頓第二定律
師：通過上一節(jié)課的實驗，我們再一次證明了：物體的加速度與物體的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比.
師：如何用數(shù)學(xué)式子把以上的結(jié)論表示出來?
生：a∝F/m
師：如何把以上式子寫成等式?
生：需要引入比例常數(shù)k
a=kF/m
師：我們可以把上式再變形為F=kma.
選取合適的單位，上式可以，簡化。前面已經(jīng)學(xué)過，在國際單位制中力的單位是牛頓.其實，國際上牛頓這個單位是這樣定義的：質(zhì)量為1 kg的物體，獲得1 m/s2的加速度時，受到的合外力為1 N，即1 N=1 kgom/s2 .
可見，如果各量都采用國際單位，則k=1，F(xiàn)=ma
這就是牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式.
師：牛頓第二定律不僅描述了F、m、a的數(shù)量關(guān)系，還描述了它們的方向關(guān)系，結(jié)合上節(jié)課實驗的探究，它們的方向關(guān)系如何?
生：質(zhì)量m是標(biāo)量，沒有方向.合力的方向與加速度方向相同.
師：對，我們?nèi)绾斡谜Z言把牛頓第二定律表達(dá)出來呢?
生：物體的加速度跟所受的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同.
師：加速度的方向與合外力的方向始終一致，我們說牛頓第二定律具有同向性。
[討論與交流]
(多媒體演示課件)一個物體靜止在光滑水平面上，從某一時刻開始受到一個方向向右、大小為5 N的恒定外力作用，若物體質(zhì)量為5 kg，求物體的加速度.若2 s后撤去外力，物體的加速度是多少?物體2 s后的運動情況如何?
學(xué)生進(jìn)行分組討論
師：請同學(xué)們踴躍回答這個問題.
生：根據(jù)牛頓第二定律F=ma，可得a=F/m，代入數(shù)據(jù)可得a=lm/s2，2s后撤去外力，物體所受的力為零，所以加速度為零.由于物體此時已經(jīng)有了一個速度，所以2 s以后物體保持勻速直線運動狀態(tài).
師：剛才這位同學(xué)說2s后物體不再受力，那么他說的對不對呢?
生：不對.因為此時物體仍然受到重力和水平地面對它的支持力.
師：那么在這種情況下的加速度又是多少呢?
生：仍然是零，因為重力和支持力的合力為零，牛頓第二定律中物體所受的力是物體所受的合力，而不是某一個力.
師：非常好.以后我們在利用牛頓第二定律解題時一定要注意這個問題，即用物體所受的合力來進(jìn)行處理.
[課堂訓(xùn)練]
討論a和F合的關(guān)系，并判斷下面哪些說法不對，為什么.
A.只有物體受到力的作用，物體才具有加速度
B.力恒定不變，加速度也恒定不變
C. 力隨著時間改變，加速度也隨著時間改變
D.力停止作用，加速度也隨即消失
答案：ABCD
教師點評：牛頓第二定律是表示力的瞬時作用規(guī)律，描述的是力的瞬時作用效果是產(chǎn)生加速度.物體在某一時刻加速度的大小和方向，是由該物體在這一時刻所受到的合外力的大小和方向來決定的.當(dāng)物體所受到的合外力發(fā)生變化時，它的加速度隨即也要發(fā)生變化，F(xiàn)=ma對運動過程的每一瞬間成立，加速度與力是同一時刻的對應(yīng)量，即同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失.這就是牛頓第二定律的瞬時性.
師：根據(jù)牛頓第二定律，即使再小的力也可以產(chǎn)生加速度，那么我們用一個較小的力來水平推桌子，為什么沒有推動呢?這和牛頓第二定律是不是矛盾?
生：不矛盾，因為牛頓第二定律中的力是合力.
師：如果物體受幾個力共同作用，應(yīng)該怎樣求物體的加速度呢?
生：先求物體幾個力的合力，再求合力產(chǎn)生的加速度.
師：好，我們看下面一個例題.
多媒體展示例題
(例1)一物體在幾個力的共同作用下處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)使其中向東的一個力F的值逐漸減小到零，又逐漸使其恢復(fù)到原值(方向不變)，則…………………( )
A.物體始終向西運動 B.物體先向西運動后向東運動
C.物體的加速度先增大后減小 D.物體的速度先增大后減小
生l：物體向東的力逐漸減小，由于原來合力為零，當(dāng)向東的力逐漸減小時，合力應(yīng)該向西逐漸增大，物體的加速度增大，方向向西.當(dāng)物體向東的力恢復(fù)到原值時，物體的合力再次為零，加速度減小.所以加速度的變化情況應(yīng)該先增大后減小.
生2：物體的加速度先增大后減小，所以速度也應(yīng)該先增大后減小.
生3：這種說法不對，雖然加速度是有一個減小的過程，但在整個過程中加速度的方向始終和速度的方向一致，所以速度應(yīng)該一直增大，直到加速度為零為止.
師：對.一定要注意速度的變化和加速度的變化并沒有直接的關(guān)系，只要加速度的方向和速度的方向一致，速度就一直增大.
多媒體展示例題
(例2)某質(zhì)量為1 000kg的汽車在平直路面上試車，當(dāng)達(dá)到72km/h的速度時關(guān)閉發(fā)動機，經(jīng)過20s停下來，汽車受到的阻力是多大?重新起步加速時牽引力為2 000 N，產(chǎn)生的加速度應(yīng)為多大?(假定試車過程中汽車受到的阻力不變)
生：物體在減速過程的初速度為72km/h=20 m/s，末速度為零，根據(jù)a=(v-vo)/t得物體的加速度為a=一1 m/s2，方向向后.物體受到的阻力f=ma=一l 000 N.當(dāng)物體重新啟動時牽引力為2 000N，所以此時的加速度為a2=(F+f)/m=1 m/s2，方向向車運動的方向.
師：根據(jù)以上的學(xué)習(xí)，同學(xué)們討論總結(jié)一下牛頓第二定律應(yīng)用時的一般步驟.
1.確定研究對象.
2.分析物體的受力情況和運動情況，畫出研究對象的受力分析圖.
3.求出合力.注意用國際單位制統(tǒng)一各個物理量的單位.
4.根據(jù)牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律建立方程并求解.
師：牛頓第二定律在高中物理的學(xué)習(xí)中占有很重要的地位，希望同學(xué)們能夠理解牛頓第二定律并且能夠熟練地應(yīng)用它解決問題.
[課堂訓(xùn)練]
如圖4—3—1所示，一物體以一定的初速度沿斜面向上滑動，滑到頂點后又返回斜面底端.試分析在物體運動的過程中加速度的變化情況.
解析：在物體向上滑動的過程中，物體運動受到重力和斜面的摩擦力作用，其沿斜面的合力平行于斜面向下，所以物體運動的加速度方向是平行斜面向下的，與物體運動的速度方向相反，物體做減速運動，直至速度減為零.在物體向下滑動的過程中，物體運動也是受到重力和斜面的摩擦力作用，但摩擦力的方向平行斜面向上，其沿斜面的合力仍然是平行于斜面向下，但合力的大小比上滑時小，所以物體將平行斜面向下做加速運動，加速度的大小要比上滑時小.由此可以看出，物體運動的加速度是由物體受到的外力決定的，而物體的運動速度不僅與受到的外力有關(guān)，而且還與物體開始運動時所處的狀態(tài)有關(guān).
課后小結(jié)
這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了
1.牛頓第二定律：F=ma.
2.牛頓第二定律具有同向性、瞬時性、同體性、獨立性.
3.牛頓第二定律解決問題的一般方法.
板書
4.3牛頓第二定律
1.內(nèi)容:物體的加速度跟所受的臺力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同
2.表達(dá)式 F=ma
3.理解
(1)同向性：加速度的方向與力的方向始終一致
(2)瞬時性;加速度與力是瞬間的對應(yīng)量，即同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失
(3)同體性：加速度和合外力(還有質(zhì)量)是同屬一個物體的
(4)獨立性：當(dāng)物體受到幾個力的作用時，各力將獨立地產(chǎn)生與其對應(yīng)的加速度，而物體表現(xiàn)出來的實際加速度是物體所受各力產(chǎn)生加速度疊加的結(jié)果
初中物理牛頓第二定律教案優(yōu)秀范文三
萬有引力與航天
(一)知識網(wǎng)絡(luò)
托勒密：地心說
人類對行 哥白尼：日心說
星運動規(guī) 開普勒 第一定律(軌道定律)
行星 第二定律(面積定律)
律的認(rèn)識 第三定律(周期定律)
運動定律
萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)
萬有引力定律的內(nèi)容
萬有引力定律 F=G
引力常數(shù)的測定
萬有引力定律 稱量地球質(zhì)量M=
萬有引力 的理論成就 M=
與航天 計算天體質(zhì)量 r=R,M=
M=
人造地球衛(wèi)星 M=
宇宙航行 G = m
mr
ma
第一宇宙速度7.9km/s
三個宇宙速度 第二宇宙速度11.2km/s
地三宇宙速度16.7km/s
宇宙航行的成就
(二)、重點內(nèi)容講解
計算重力加速度
1 在地球表面附近的重力加速度，在忽略地球自轉(zhuǎn)的情況下，可用萬有引力定律來計算。
G=G =6.67_ _ =9.8(m/ )=9.8N/kg
即在地球表面附近，物體的重力加速度g=9.8m/ 。這一結(jié)果表明，在重力作用下，物體加速度大小與物體質(zhì)量無關(guān)。
2 即算地球上空距地面h處的重力加速度g’。有萬有引力定律可得：
g’= 又g= ，∴ = ，∴g’= g
3 計算任意天體表面的重力加速度g’。有萬有引力定律得：
g’= (M’為星球質(zhì)量，R’衛(wèi)星球的半徑)，又g= ，
∴ = 。
星體運行的基本公式
在宇宙空間，行星和衛(wèi)星運行所需的向心力，均來自于中心天體的萬有引力。因此萬有引力即為行星或衛(wèi)星作圓周運動的向心力。因此可的以下幾個基本公式。
1 向心力的六個基本公式，設(shè)中心天體的質(zhì)量為M，行星(或衛(wèi)星)的圓軌道半徑為r，則向心力可以表示為： =G =ma=m =mr =mr =mr =m v。
2 五個比例關(guān)系。利用上述計算關(guān)系，可以導(dǎo)出與r相應(yīng)的比例關(guān)系。
向心力： =G ，F(xiàn)∝ ;
向心加速度：a=G , a∝ ;
線速度：v= ，v∝ ;
角速度： = ， ∝ ;
周期：T=2 ，T∝ 。
3 v與 的關(guān)系。在r一定時，v=r ,v∝ ;在r變化時，如衛(wèi)星繞一螺旋軌道遠(yuǎn)離或靠近中心天體時，r不斷變化，v、 也隨之變化。根據(jù)，v∝ 和 ∝ ，這時v與 為非線性關(guān)系，而不是正比關(guān)系。
一個重要物理常量的意義
根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律可得：G =mr ∴ .這實際上是開普勒第三定律。它表明 是一個與行星無關(guān)的物理量，它僅僅取決于中心天體的質(zhì)量。在實際做題時，它具有重要的物理意義和廣泛的應(yīng)用。它同樣適用于人造衛(wèi)星的運動，在處理人造衛(wèi)星問題時，只要圍繞同一星球運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，均可使用該公式。
估算中心天體的質(zhì)量和密度
1 中心天體的質(zhì)量，根據(jù)萬有引力定律和向心力表達(dá)式可得：G =mr ，∴M=
2 中心天體的密度
方法一：中心天體的密度表達(dá)式ρ= ，V= (R為中心天體的半徑)，根據(jù)前面M的表達(dá)式可得：ρ= 。當(dāng)r=R即行星或衛(wèi)星沿中心天體表面運行時，ρ= 。此時表面只要用一個計時工具，測出行星或衛(wèi)星繞中心天體表面附近運行一周的時間，周期T，就可簡捷的估算出中心天體的平均密度。
方法二：由g= ,M= 進(jìn)行估算，ρ= ，∴ρ=
(三)常考模型規(guī)律示例總結(jié)
1. 對萬有引力定律的理解
(1)萬有引力定律：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比，兩物體間引力的方向沿著二者的連線。
(2)公式表示：F= 。
(3)引力常量G：①適用于任何兩物體。
?、谝饬x：它在數(shù)值上等于兩個質(zhì)量都是1kg的物體(可看成質(zhì)點)相距1m時的相互作用力。
?、跥的通常取值為G=6。67×10-11Nm2/kg2。是英國物理學(xué)家卡文迪許用實驗測得。
(4)適用條件：①萬有引力定律只適用于質(zhì)點間引力大小的計算。當(dāng)兩物體間的距離遠(yuǎn)大于每個物體的尺寸時，物體可看成質(zhì)點，直接使用萬有引力定律計算。
②當(dāng)兩物體是質(zhì)量均勻分布的球體時，它們間的引力也可以直接用公式計算，但式中的r是指兩球心間的距離。
?、郛?dāng)所研究物體不能看成質(zhì)點時，可以把物體假想分割成無數(shù)個質(zhì)點，求出兩個物體上每個質(zhì)點與另一物體上所有質(zhì)點的萬有引力，然后求合力。(此方法僅給學(xué)生提供一種思路)
(5)萬有引力具有以下三個特性：
?、倨毡樾裕喝f有引力是普遍存在于宇宙中的任何有質(zhì)量的物體(大到天體小到微觀粒子)間的相互吸引力，它是自然界的物體間的基本相互作用之一。
?、谙嗷バ裕簝蓚€物體相互作用的引力是一對作用力和反作用力，符合牛頓第三定律。
?、酆暧^性：通常情況下，萬有引力非常小，只在質(zhì)量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的物理意義，在微觀世界中，粒子的質(zhì)量都非常小，粒子間的萬有引力可以忽略不計。
〖例1〗設(shè)地球的質(zhì)量為M，地球的半徑為R，物體的質(zhì)量為m，關(guān)于物體與地球間的萬有引力的說法，正確的是：
A、地球?qū)ξ矬w的引力大于物體對地球的引力。
物體距地面的高度為h時，物體與地球間的萬有引力為F= 。
物體放在地心處，因r=0，所受引力無窮大。
D、物體離地面的高度為R時，則引力為F=
〖答案〗D
〖總結(jié)〗(1)矯揉造作配地球之間的吸引是相互的，由牛頓第三定律，物體對地球與地球?qū)ξ矬w的引力大小相等。
(2)F= 。中的r是兩相互作用的物體質(zhì)心間的距離，不能誤認(rèn)為是兩物體表面間的距離。
(3)F= 適用于兩個質(zhì)點間的相互作用，如果把物體放在地心處，顯然地球已不能看為質(zhì)點，故選項C的推理是錯誤的。
〖變式訓(xùn)練1〗對于萬有引力定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式F= ，下列說法正確的是：
A、公式中G為引力常數(shù)，是人為規(guī)定的。
B、r趨近于零時，萬有引力趨于無窮大。
C、m1、m2之間的引力總是大小相等，與m1、m2的質(zhì)量是否相等無關(guān)。
D、m1、m2之間的萬有引力總是大小相等，方向相反，是一對平衡力。
〖答案〗C
2. 計算中心天體的質(zhì)量
解決天體運動問題，通常把一個天體繞另一個天體的運動看作勻速圓周運動，處在圓心的天體稱作中心天體，繞中心天體運動的天體稱作運動天體，運動天體做勻速圓周運動所需的向心力由中心天體對運動天體的萬有引力來提供。
式中M為中心天體的質(zhì)量,Sm為運動天體的質(zhì)量,a為運動天體的向心加速度,ω為運動天體的角速度,T為運動天體的周期,r為運動天體的軌道半徑.
(1)天體質(zhì)量的估算
通過測量天體或衛(wèi)星運行的周期T及軌道半徑r,把天體或衛(wèi)星的運動看作勻速圓周運動.根據(jù)萬有引力提供向心力,有 ,得
注意:用萬有引力定律計算求得的質(zhì)量M是位于圓心的天體質(zhì)量(一般是質(zhì)量相對較大的天體),而不是繞它做圓周運動的行星或衛(wèi)星的m,二者不能混淆.
用上述方法求得了天體的質(zhì)量M后,如果知道天體的半徑R,利用天體的體積 ,進(jìn)而還可求得天體的密度. 如果衛(wèi)星在天體表面運行,則r=R,則上式可簡化為
規(guī)律總結(jié):
掌握測天體質(zhì)量的原理,行星(或衛(wèi)星)繞天體做勻速圓周運動的向心力是由萬有引力來提供的.
物體在天體表面受到的重力也等于萬有引力.
注意挖掘題中的隱含條件:飛船靠近星球表面運行,運行半徑等于星球半徑.
(2)行星運行的速度、周期隨軌道半徑的變化規(guī)律
研究行星(或衛(wèi)星)運動的一般方法為：把行星(或衛(wèi)星)運動當(dāng)做勻速圓周運動，向心力來源于萬有引力，即：
根據(jù)問題的實際情況選用恰當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行計算，必要時還須考慮物體在天體表面所受的萬有引力等于重力，即
(3)利用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)海王星和冥王星
〖例2〗已知月球繞地球運動周期T和軌道半徑r，地球半徑為R求(1)地球的質(zhì)量?(2)地球的平均密度?
〖思路分析〗
設(shè)月球質(zhì)量為m，月球繞地球做勻速圓周運動，
則： ，
(2)地球平均密度為
答案： ;
總結(jié)：①已知運動天體周期T和軌道半徑r，利用萬有引力定律求中心天體的質(zhì)量。
②求中心天體的密度時，求體積應(yīng)用中心天體的半徑R來計算。
〖變式訓(xùn)練2〗人類發(fā)射的空間探測器進(jìn)入某行星的引力范圍后，繞該行星做勻速圓周運動，已知該行星的半徑為R，探測器運行軌道在其表面上空高為h處，運行周期為T。
(1)該行星的質(zhì)量和平均密度?(2)探測器靠近行星表面飛行時，測得運行周期為T1，則行星平均密度為多少?
答案：(1) ; (2)
3. 地球的同步衛(wèi)星(通訊衛(wèi)星)
同步衛(wèi)星：相對地球靜止，跟地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星叫做同步衛(wèi)星，周期T=24h，同步衛(wèi)星又叫做通訊衛(wèi)星。
同步衛(wèi)星必定點于赤道正上方，且離地高度h，運行速率v是確定的。
設(shè)地球質(zhì)量為 ，地球的半徑為 ，衛(wèi)星的質(zhì)量為 ，根據(jù)牛頓第二定律
設(shè)地球表面的重力加速度 ，則
以上兩式聯(lián)立解得：
同步衛(wèi)星距離地面的高度為
同步衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同
注意：赤道上隨地球做圓周運動的物體與繞地球表面做圓周運動的衛(wèi)星的區(qū)別
在有的問題中，涉及到地球表面赤道上的物體和地球衛(wèi)星的比較，地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)做圓周運動的圓心與近地衛(wèi)星的圓心都在地心，而且兩者做勻速圓周運動的半徑均可看作為地球的R，因此，有些同學(xué)就把兩者混為一談，實際上兩者有著非常顯著的區(qū)別。
地球上的物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供，但由于地球自轉(zhuǎn)角速度不大，萬有引力并沒有全部充當(dāng)向心力，向心力只占萬有引力的一小部分，萬有引力的另一分力是我們通常所說的物體所受的重力(請同學(xué)們思考：若地球自轉(zhuǎn)角速度逐漸變大，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?)而圍繞地球表面做勻速圓周運動的衛(wèi)星，萬有引力全部充當(dāng)向心力。
赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動時由于與地球保持相對靜止，因此它做圓周運動的周期應(yīng)與地球自轉(zhuǎn)的周期相同，即24小時，其向心加速度
;而繞地球表面運行的近地衛(wèi)星，其線速度即我們所說的第一宇宙速度，
它的周期可以由下式求出：
求得 ，代入地球的半徑R與質(zhì)量，可求出地球近地衛(wèi)星繞地球的運行周期T約為84min，此值遠(yuǎn)小于地球自轉(zhuǎn)周期，而向心加速度 遠(yuǎn)大于自轉(zhuǎn)時向心加速度。
已知地球的半徑為R=6400km，地球表面附近的重力加速度 ，若發(fā)射一顆地球的同步衛(wèi)星，使它在赤道上空運轉(zhuǎn)，其高度和速度應(yīng)為多大?
：設(shè)同步衛(wèi)星的質(zhì)量為m，離地面的高度的高度為h，速度為v，周期為T，地球的質(zhì)量為M。同步衛(wèi)星的周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期。
?、?/p>
?、?/p>
由①②兩式得
又因為 ③
由①③兩式得
?。?/p>
?。捍祟}利用在地面上 和在軌道上 兩式聯(lián)立解題。
下面關(guān)于同步衛(wèi)星的說法正確的是( )
A .同步衛(wèi)星和地球自轉(zhuǎn)同步，衛(wèi)星的高度和速率都被確定
B .同步衛(wèi)星的角速度雖然已被確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，速率增大;高度降低，速率減小
C .我國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星的周期是114分鐘，比同步衛(wèi)星的周期短，所以第一顆人造地球衛(wèi)星離地面的高度比同步衛(wèi)星低
D .同步衛(wèi)星的速率比我國發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星的速率小
?。篈CD