3.牛顿第二定律 , 知识纲要导引, 核心素养目标, 物理观念 力的单位“牛顿”是怎样定义的 科学思维 合成法、正交分解法 科学探究 探究力的单位“牛顿”的由来 科学态度与责任 应用牛顿第二定律解决实际问题 基 础 导 学 一、牛顿第二定律的表达式(自学教材第92、93页“牛顿第二定律的表达式”部分) 1．实验结果 大量的实验和观察到的事实都可以得出与上节课实验同样的结论，小车的加速度a与它所受的作用力F成正比，与它的质量m成反比． 2．牛顿第二定律 (1)内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同．这就是牛顿第二定律(Newton's second law)． (2)表达式： a∝，也可以写成等式F＝kma，其中k是比例系数． 二、力的单位(自学教材第93页“力的单位”部分) 1．决定k的数值的因素 F＝kma中k的数值取决于F、m、a的单位的选取．k＝1时，质量的单位取千克(kg)，加速度的单位取米每二次方秒(m/s2)，力的单位取牛顿(N)． 2．牛顿第二定律的表达式 F＝ma 【思考】 (1)由牛顿第二定律知，合外力大的物体的加速度一定大．( ) (2)物体的加速度大，说明它的质量一定小．( ) (3)我们用较小的力推很重的箱子，箱子不动，可见牛顿第二定律不适用于较小的力．( ) (4)任何情况下，物体的加速度方向一定与它的合力方向相同．( ) (5)比例式F＝kma中的k一定为1.( ) (6)两单位N/kg和m/s2是等价的．( ) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ 【教材解疑】(第93页) [思考与讨论] 取质量的单位是千克(kg)，加速度的单位是米每二次方秒(m/s2)，根据上述牛顿第二定律中加速度与力、质量的关系，我们应该怎样确定力的单位？ 问题解答：当m＝1 kg，a＝1 m/s2时，F＝ma＝1 kg×1 m/s2＝1 kg·m/s2，如果我们把这个力叫作“一个单位”的力的话，力F的单位就是千克米每二次方秒。后人为了纪念牛顿，把它称作“牛顿”，用符号N表示。 [科学漫步] 用动力学方法测质量 大家知道，质量可以用天平来测量．但是在太空，物体完全失重，用天平无法测量质量，那么应该如何测量呢？ 由牛顿第二定律F＝ma可知，如果给物体施加一个已知的力，并测得物体在这个力作用下的加速度，就可以求出物体的质量．这就是动力学测量质量的方法． 北京时间2013年6月20日上午10时，我国航天员在天宫一号空间实验室进行了太空授课，演示了包括质量的测量在内的一系列实验． 质量的测量是通过舱壁上打开的一个支架形状的质量测量仪完成的．测量时，航天员把自己固定在支架的一端，另外一名航天员将支架拉开到指定的位置．松手后，支架拉着航天员从静止返回到舱壁(如图)．支架能够产生一个恒定的拉力F；用光栅测速装置能够测量出支架复位的速度v和时间t，从而计算出加速度a.这样，就能够计算出航天员的质量m. 你能设计出一种在太空中测量质量的方法吗？ 问题解答：航天员在恒力F的作用下做匀加速运动，根据运动学公式v＝at得： 航天员的加速度a＝① 根据牛顿第二定律得F＝ma② 联立①、②得m＝ 课 堂 探 究 主题一 对牛顿第二定律的理解 【问题探究】 探究点 如图所示，质量为m的物体置于光滑水平面上，同时受到水平力F的作用． (1)在力刚开始作用的瞬间，物体是否立即获得加速度？ (2)物体此时受哪些力的作用？ (3)如何求物体的加速度？ (4)公式F＝ma中F是物体所受的某一个力还是合外力？ (5)物体加速度的方向与合外力的方向有怎样的关系？ 提示：(1)物体立即获得加速度，加速度和合外力是同时产生． (2)物体此时受三个力的作用，分别是重力、支持力、水平力F. (3)因为重力和支持力是一对平衡力，其作用效果相互抵消，此时作用于物体的合力相当于F，其加速度a＝. (4)F是物体受到的合外力． (5)物体 ... ...
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