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第四章

牛顿运动定律章末复习

一、教材分析

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，也为今后学习进一步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，以及提高认知境界。

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。

二、教学目标

1、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知道牛顿第一定律，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。

2、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培养学生逻辑推理能力，知道物体的运动不需要力来维持。

3、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。

三、教学重点

1、惯性是物体的固有属性，质量是物体惯性大小的量度；运用惯性概念，解释有关实际问题。

2、通过实验测量加速度、力、质量，分别作出加速度与力、加速度与质量的关系图像；根据图像写出加速度与力、质量的关系式，体会“控制变量法”对研究问题的意义。

3、牛顿第二定律的内容，会用正交分解法和牛顿第二定律解决实际问题。

4、物理公式既确定物理量之间的关系，又确定物理量单位间的关系；基本单位、导出单位和单位制；国际单位制中力学的三个基本单位；单位制在物理学中的重要意义。

5、通过对具体实例的观察和演示实验，认识力的作用是相互的；能找出某个力对应的反作用力，掌握牛顿第三定律的内容，运用牛顿第三定律解释生活中的有关问题。

6、动力学两类基本问题求解基本思路和一般步骤。

7、共点力平衡条件的应用；应用牛顿运动定律解决超、失重问题。

四、教学难点

1、理想实验的推理过程；对牛顿第一定律的理解。

2、明确实验目的、分析实验思路、制定实验方案、得出实验结论；认识数据处理时变换坐标轴的技巧，了解“不易测量的物理量转换为可测量的物理量”的实验方法，会对实验误差作初步分析。

3、加速度与物体所受合力之间的关系（正比性、同体性、瞬时性和矢量性）。

4、利用物理公式得出单位之间的关系；根据物理量单位之间的关系，判断运算表达式是否错误。

5、运动牛顿第三定律解决受力分析中的相互作用问题；区分平衡力和作用力与反作用力。

6、物体受力分析与运动情况分析。

7、超重失重现象的理解

五、教学过程

用提问讨论的方法引导学生复习牛顿运动定律的基本内容。

教师提问：牛顿第一定律的内容是什么？（让学生举手回答）

牛顿第一定律内容：一切物体总是保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

教师补充牛顿第一定律理解要点：

①运动是物体的一种属性，物体的运动不需要力来维持。

②它定性地揭示了运动与力的关系：力是改变物体运动状态的原因，是使物体产生加速度的原因。

③第一定律是牛顿以伽俐略的理想斜面实验为基础，总结前人的研究成果加以丰富的想象而提出来的；定律成立的条件是物体不受外力，不能用实验直接验证。

④牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，不能认为它是牛顿第二定律合外力为零时的特例，第一定律定性地给出了力与运动的关系，第二定律定量地给出力与运动的关系。

教师提问：牛顿第一定律又叫做什么定律？（学生回答：惯性定律）

那么什么叫做惯性？（引导学生复习回忆有关惯性的知识）

教师总结学生的回答并总结：

惯性：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性。

①惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动状态无关。

②质量是物体惯性大小的量度。

2③由牛顿第二定律定义的惯性质量m=F/a和由万有引力定律定义的引力质量mFr/GM严格相等。

④惯性不是力，惯性是物体具有的保持匀速直线运动或静止状态的性质、力是物体对物体的作用，惯性和力是两个不同的概念。

教师用PPT展示例题：

【例1】

火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为

(

) A．人跳起后，厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动

B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动

C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已

D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和车具有相同的速度

给学生两分钟时间思考并回答问题，并且说出为什么选择这个选项。教师总结学生回答的情况并给出解析: 【分析与解答】

因为惯性的原因，火车在匀速运动中火车上的人与火车具有相同的水平速度，当人向上跳起后，仍然具有与火车相同的水平速度，人在腾空过程中，由于只受重力，水平方向速度不变，直到落地，选项D正确。

【说明】

乘坐气球悬在空中，随着地球的自转，免费周游列国的事情是永远不会发生的，惯性无所不在，只是有时你感觉不到它的存在。

【答案】D （给学生两分钟时间巩固牛顿第一定律的知识点并做笔记）

教师提问：牛顿第二定律的内容是什么？（由学生举手回答）

PPT展示牛顿第二定律内容：牛顿第二定律（实验定律）

物体的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

公式：F合= ma

教师总结并由PPT展示牛顿第二定律的几个性质：

因果性：是产生加速度a的原因，它们同时产生，同时变化，同时存在，同时消失；

方向性：a与F合都是矢量,，方向严格相同；

瞬时性和对应性：a为某时刻物体的加速度，是该时刻作用在该物体上的合外力。

适用范围：牛顿第二定律适用于宏观, 低速运动的情况。

（提醒学生做笔记并分别对牛顿第二定律的几个性质分别作出解释，然后给学生两分钟时间理解巩固牛顿第二定律的内容）

教师用PPT展示例题：

【例2】如图，自由下落的小球下落一段时间后，与弹簧接触，从它接触弹簧开始，到弹簧压缩到最短的过程中，小球的速度、加速度、合外力的变化情况是怎样的? （让学生分组讨论，教师在讨论过程中巡回视察，让每个小组给出他们的结论，教师再分析每个小组的结果并对本题作出解析）

【分析与解答】

因为速度变大或变小取决于加速度和速度方向的关系，

当a与v同向时,v增大；当a与v反向时，v减小；而a由合外力决定，

所以此题要分析v,a的大小变化，必须先分析小球的受力情况。

小球接触弹簧时受两个力的作用：向下的重力和向上的弹力。

在接触的头一阶段，重力大于弹力，小球合力向下，且不断变小

(因为F合=mg-kx，而x增大)，因而加速度减小(因为a=F/m)，由于v方向与a同向，因此速度继续变大。

当弹力增大到大小等于重力时，合外力为零，加速度为零，速度达到最大。

之后，小球由于惯性继续向下运动，但弹力大于重力，合力向上，逐渐变大(因为F=kx-mg=ma)，因而加速度向上且变大，因此速度逐渐减小至零。小球不会静止在最低点，以后将被弹簧上推向上运动。

综上分析得：小球向下压弹簧过程，F方向先向下后向上，先变小后交大；a方向先向下后向上，大小先变小后变大；v方向向下，大小先变大后变小。

教师总结本题类型：在分析物体某一运动过程时，要养成一个科学分析习惯，即：这一过程可否划分为两个或两个以上的不同的小过程，中间是否存在转折点，如上题中弹力等于重力这一位置是一个转折点，以这个转折点分为两个阶段分析。

（给学生两分钟时间屡清楚本题的整个物理过程）

PPT展示例题：【例3】

如图所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1L2的两根细线上．，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，L2水平拉直，物体处于平衡状态，现将L2线剪断，求剪断瞬时物体的加速度。

（让学生分组讨论，教师在讨论过程中巡回视察，让每个小组给出他们的结论，教师再分析每个小组的结果并对本题作出解析）

【分析与解答】

剪断线的瞬间，，T2突然消失，物体即将作圆周运动，所以

其加速度方向必和L1垂直，L1中的弹力发生突变，弹力和重力的合力与L1垂直；可求出瞬间加速度为a=gsinθ。

(2)若将图中的细线L1，改变为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图所示，其他条件不变，求解的步骤和结果与例3相同吗？

【分析与解答】

剪断线的瞬间，弹簧的长度来不及发生变化，其大小和方

向都不变.所以在剪断瞬间物体所受的合力大小等于未剪断时L2 的拉力大小，方向与未剪断时L2拉力方向相反，则物体加速度

为a=gtanθ。

教师总结：让学生明确两种基本模型的特点: A．轻绳不需要形变恢复时间、在瞬时问题中，其弹力可以突变，成为零或者别的值。

B．轻弹簧(或橡皮绳)需要较长的形变恢复时间，在瞬时问题中，其弹力不能突变，大小方向均不变。

（提醒学生做笔记并留两分钟时间给学生整理本道例题）

教师提问：牛顿第三定律的内容是什么?（学生举手回答问题）

牛顿第三定律内容：两个物体之间的作用力和反作用力大小相等,方向相反,作用在同一条直线上. 公式可写为

FF'教师提问：如何区分一对作用力与反作用力以及一对平衡力？（学生举手回答，然后教师总结学生的回答并给出结论）

区分作用力与反作用力和一对平衡力：

(1)作用力和反作用力一定是同种性质的力，而平衡力不一定；

(2)作用力和反作用力作用在两个物体上，而一对平衡力作用在一个物体上

(3)作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失；而对于一对平衡力，其中一个力变化不一定引起另外一个力变化

（提醒学生做笔记并留两分钟时间给学生回顾本节课所学习的内容）

教师用PPT展示给出牛顿运动定律的两类基本问题并让学生课后先去复习回顾。（引导学生课后预习下节课内容）

2Fvtv0vt2v0从力与运动的关系方面分：

a或mt2s(1) 已知力求运动。

(2) 已知运动求力。