2.1 牛顿运动三定律

导入：前一章研究了质点运动学，质点理想模型的引入，简化了运动描述，位矢确定质点的位置，位移描述了质点位置的改变，速度是质点运动的快慢，加速度为质点速度的变化快慢。质点位置随时间的变化函数，称为运动学方程。位矢对时间的一阶导数得到速度，二阶导数得到加速度。从而对物体的运动进行了完整描述。牛顿在这些基本概念的基础之上总结了运动的基本规律-牛顿运动三定律，指出了质点运动的原因。

牛顿：英国物理学家，经典物理学的奠基人。他对力学、光学、热学、天文学和数学等学科都有重大发现，其代表作《自然哲学的数学原理》是力学的经典著作。牛顿是近代自然科学奠基时期具有集前人之大成的贡献的伟大科学家 。牛顿活了80岁，但他40年用于科学研究，另外40年他居然沉迷于神学。他用许多“科学现象”来证明上帝的存在，甚至在研究地球有多少岁时，他居然用《圣经》推算出6000年。这样鲜明的对比，很难让人们把这些事与这个科学巨人联系起来。

伽利略对17世纪的自然科学和世界观的发展起了重大作用 。从伽利略、牛顿开始的实验科学，是近代自然科学的开始。

关于物体运动的原因，古希腊亚里士多德认为，力是产生和维持运动的原因，伽利略特别重视阿基米德对物理学的研究，重视数学和实验的结合。他认为，力是改变运动状态的原因，并给出了两个理想实验。牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中高度评价伽利略对第一、第二两运动定律所作的开创性工作。

欧洲中世纪占绝对统治地位的自然观，是经过神学改装了的亚里士多德的自然观，它成为封建神权统治者统制民众思想的工具。亚里士多德认为，地球和地上万物都由气、火、水、土四种元素所组成，都是丑陋、不洁、不完美的，有变化和有生灭的。火和气组成向上流动的轻物，水和土组成向下掉落的重物。

伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。伽利略还对物体在斜面上的运动，抛射体的运动等作过实验和观察。在这些研究基础上他提出了加速度的概念及其数学表达式。他曾非正式地提出惯性定律和物体在外力作用下运动的规律，提出运动相对性原理（现称伽利略相对性）。相对性原理是为答复对哥白尼体系的责难而提出的，但原理的意义远不止于此，它第一次提出惯性参考系（惯性系）的概念，被爱因斯坦称为伽利略相对性原理，是狭义相对论的先导。这些为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的建立上伽利略可以说是牛顿的先驱。

无论在动力学、梁的弯曲或者是天文学的研究中，伽利略十分重视观察和实验的作用。他又善于在观测结果的基础上提出假设，运用数学工具进行演绎推理，看是否符合于实验或观察结果。如在自由落体的实验中，他让水滴相继地从同处下落，每两滴时间间隔相同。他观察到任何时刻相继两滴间的距离成等差级数。他运用数学中的抛物线性质，得出下落距离和时间成平方关系。值得注意的是，他对理论推导也很严谨。尽管抛物线的性质早在古希腊那里已有了解，现存的伽利略手稿表明，他把抛物线的公式又从头推算了一遍。实验和观测要精确，就离不开测量仪器。伽利略往往亲自设计制造仪器。除了上述望远镜外，他设计和制造的仪器有流体静力秤、比例规、温度计、摆式脉搏计等。

从伽利略开始的科学研究中，首先在力学的研究中，科学实验被放到重要的地位。从伽利略开始的实验科学，是近代自然科学的开始。爱因斯坦曾这样评价：“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端！”

牛顿第一定律，即惯性定律，怎么表述的？

任何质点都保持静止或匀速直线运动状态，直到其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。

其中引入了惯性和力这两个物理概念。惯性是质点不受任何力作用时，都具有保持静止或匀速直线运动状态不变的性质。力是一个物体对另一个物体的作用，这种作用能迫使物体改变其运动状态。

牛顿第一定律是从长期实践和实验中总结归纳出的基本规律（称为原理、公理、基本假说或定律等）。若质点保持其运动状态不变，这时作用在质点上所有力的合力必定等于零。因此，在实际应用中，牛顿第一定律可以陈述为：任何质点，只要其它物体作用于它的所有力的合力为零，则该质点就保持其静止或匀速直线运动状态不变。质点处于静止或匀速直线运动状态，统称为质点处于平衡状态。根据牛顿第一定律，质点处于平衡状态的条件为：作用于质点上所有力的合力为零。数学表述为，

对应分矢量有，

伽利略把物体速度的大小和方向的改变或加速度的产生归诸力的作用，这是对力的性质的客观认识，也是牛顿第二定律的雏形。牛顿第二定律，某时刻质点动量的变化率等于该时刻作用在质点上所有力的合力。给出了力和动量变化之间的定量关系。数学表示为，

牛顿第二定律的六个性质：

② 果性：力是产生加速度的原因。

②同体性：、m、a对应于同一物体。

③矢量性：力和加速度都是矢量，物体加速度方向由物体所受合外力的方向决定。牛顿第二定律数学表达式中，等号不仅表示左右两边数值相等，也表示方向一致，即物体加速度方向与所受合外力方向相同。

④瞬时性：当物体（质量一定）所受外力发生突然变化时，作为由力决定的加速度的大小和方向也要同时发生突变；当合外力为零时，加速度同时为零，加速度与合外力保持一一对应关系。

⑤相对性：自然界中存在着一种坐标系，在这种坐标系中，当物体不受力时将保持匀速直线运动或静止状态，这样的坐标系叫惯性参照系。地面和相对于地面静止或作匀速直线运动的物体可以看作是惯性参照系，牛顿定律只在惯性参照系中才成立。

⑥独立性：作用在物体上的各个力，都能各自独立产生一个加速度，各个力产生的加速度的失量和等于合外力产生的加速度。

适用范围：①只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）。②只适用于宏观物体，牛顿第二定律不适用于微观原子。③参照系应为惯性系。

牛顿第三定律，也称作用与反作用定律：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。数学表示为，

这三个非常简单的物体运动定律，为力学奠定了坚实的基础，并对其他学科的发展产生了巨大影响。第一定律的内容伽利略曾提出过，后来R.笛卡儿作过形式上的改进，伽利略也曾非正式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的结果之后得出的。

分析：例2.1

思考：2.1,2.4

牛顿生活的年代相当于明亡之前一年到清雍正5年，《自然哲学的数学原理》一书发表的时间相当于康熙25年。从牛顿《原理》发表的1687年到1840年的150余年间，牛顿物理学和天文学知识几乎没有传到中国。《原理》一书的基本内容直到鸦片战争之后才在中国传播。哥白尼的太阳中心说、开普勒的椭圆轨道、牛顿的万有引力三者相继传入中国，它们和中土奉为圭臬的“天动地静”、“天圆地方”、“阴阳相感”的传统有天壤之别。牛顿学说在中国的传播决不只是影响了学术界，唤醒了人们对于科学真理的认识。更重要的是，也为中国资产阶级改革派发起的戊戌变法（1898年）提供了一种舆论准备。这个运动的主将康有为、梁启超和谭嗣同等人，无一例外地从牛顿学说中寻找维新变法的根据，尤其是牛顿在科学上革故图新的精神鼓舞了清代一切希望变革社会的有志之士。

第二篇：牛顿第二定律

牛顿第二定律

各位评委，老师，大家好！

今天我说课的题目是《牛顿第二定律》。我准备从以下几个方面对此章节进行讲解。

一． 首先我们对这节教材进行分析

《牛顿第二定律》是人教版必修教材第四章第三节。它是动力学的核心规律，是第四章牛顿运动定律的中心内容，更是本章的教学重点。本节在第二节实验探究结果的基础上分析得出牛顿第二定律，它具体的、定量的回答了运动物体速度的变化率，即加速度和力、质量的关系。它是解决力学问题的重要工具，并且此定律是联系力与运动的桥梁，所以本节课的教学在整个教材中处于相当重要的地位。

二． 根据新课程标准提出的要求及以上对教材的分析，我确定了以下教学目

标

1. 知识与技能：通过实验结论，归纳得出牛顿第二定律；进一步理解牛顿

第二定律的内容和数学表达式；知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的；会用牛顿第二定律进行有关的计算。

2. 过程与方法：让学生通过对一些演示实验的观察、分析、思考，学会归

纳总结问题的方法，培养学生的观察能力，推理能力，掌握科学研究的方法。

3. 情感态度与价值观：渗透物理学研究方法的教育：认识到由实验归纳总

结物理规律是物理学研究的重要方法。

三． 教学的重点与难点

本着高中物理新课程标准的要求，在吃透教材的基础上，我确定了以下教学的重点和难点。

教学重点：牛顿第二定律的理解及其应用

教学难点：通过对物体的受力分析应用牛顿第二定律求解实际问题 为了讲清教材的重难点，使学生能够达到本节课设定的教学目标，我再从教法和学法上谈谈。

四． 说教法

本节课我根据高一年级学生的心理特征及认识规律，主要采取设置情景教学法，让学生积极主动的参与到教学活动中来，使他们在生活中得到认识和体验。教师本人应该通过课堂教学感染和鼓励学生，调动学生参与活动的积极性，激发学生对解决实际问题的渴望，并且要培养学生理论联系实际的能力，从而达到最佳的教学效果。基于本节课的特点，我还主要采用了一下教学方法：启发式教学、探究式教学、类比法、讲授法。

五． 说学法

在全面推进素质教育的今天，教学中做到“授人鱼，不如授人以渔”这句话显得更为重要。因此在教学过程中我们应以教师为主导，学生为主体，教师的导立足于学生的学，以学法为重心，让学生从机械的“学答”向“学问”转变，从“学会”向“会学”转变，成为学习真正的主人。这节课在指导学生的学习方法和培养学生的学习能力方面我主要采取以下方法：思考评价法、分析归纳法、自主探究法、总结反思法。

教具：幻灯片，多媒体课件，三角板。

最后我具体来谈谈这一堂课的教学过程。

六． 说教学过程

1. 导入新课：（2-3分钟）

教师引导学生回忆：牛顿第一定律的内容

学生回答

教师提问：物体运动的加速度跟物体质量及受力之间存在怎样的关系？ 教师引导：我们通过上一节的实验结论来得出a与F、m之间的定量关系。 学生回顾并说出上一节的实验结论。

2. 讲授新课：（35分钟）

⑴下面我们讲授本节课的第一个知识点——牛顿第二定律

教师通过对上节课实验结果的分析作出归纳

物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体质量成反比，加速度的方向

跟作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律。

根据牛顿第二定律内容写出它的数学表达式即F=kma

K为比例系数，F指的是物体受到的合力

⑵接下来我们讲授本节课的第二个知识点——力的单位

①在F=kma中，k为比例系数。如果公式中的物理量选择合适的单位，

就可以使k=1，则我们公式的形式更为简单。

②在初中我们已经学过在国际单位制中，力的单位是牛顿。牛顿这个单

位就是根据牛顿第二定律来定义的：使质量是1千克的物体产生1m/s2的加速度的力为1N，即1N=1kg.m/s2。

可见，如果都用国际单位制中的单位，就可以使k=1，那么公式简化为

F=ma，这就是牛顿定律的数学表达式。

③当物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律也是正确的，不过这时F

代表的是物体所受外力的合力。牛顿第二定律更一般的表述是：

物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速

度的方向跟合外力的方向相同

数学表达式：F合=ma

⑶教师和学生一起讨论书上的两个例题，来学会应用牛顿第二定律。

3. 课堂小结：（2-3分钟）

这节课讲述了牛顿第二定律，它概括了运动和力的关系。物体所受合外力恒定，其加速度恒定；合外力为零，加速度为零，即合外力决定了加速度，而加速度影响着物体的运动情况。因此，牛顿第二定律是把力和物体的运动构成一个整体，其中的桥梁就是加速度。

4. 板书设计

我的板书设计是：

一．牛顿第二定律

内容：

数学表达式：

二．力的单位

在国际单位制中，力的单位是牛顿。

牛顿的定义：

牛顿第二定律表达式中，各物理量均用国际单位制单位，则比例系数k=1，则牛顿第二定律的表达式为：F=ma

5. 布置作业

我布置的课后作业：课本77页问题与练习第2、3、4、5题

七． 结束语

我的说课到此结束，如有不当敬请批评指正，谢谢大家！

说课人：冯皓琳