高中物理知識(shí)點(diǎn)牛頓第二定律

【來源：易教網(wǎng) 更新時(shí)間：2026-07-17】

高中物理知識(shí)點(diǎn)牛頓第二定律

漫長(zhǎng)的學(xué)習(xí)生涯中，說起知識(shí)點(diǎn)，應(yīng)該沒有人不熟悉吧？知識(shí)點(diǎn)是知識(shí)中的最小單位，最具體的內(nèi)容，有時(shí)候也叫“考點(diǎn)”。掌握知識(shí)點(diǎn)是我們提高成績(jī)的關(guān)鍵！下面是小編收集整理的高中物理知識(shí)點(diǎn)牛頓第二定律，僅供參考，歡迎大家閱讀。

一、內(nèi)容分析

1．內(nèi)容與地位

在共同必修模塊物理1的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中涉及本節(jié)的內(nèi)容有：“通過實(shí)驗(yàn)，探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系．理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律”．本條目要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，探究加速度、質(zhì)量、力三者的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程。

牛頓第二定律是動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律，是學(xué)習(xí)其他動(dòng)力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)，是本章的重點(diǎn)內(nèi)容，它闡明了物體的加速度跟力和質(zhì)量間的定量關(guān)系，是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立起來的重要規(guī)律，在理論與實(shí)際問題中都有廣泛的運(yùn)用．在過程中要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生經(jīng)歷探究加速度、質(zhì)量、力三者關(guān)系的過程，可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量加速度、力、質(zhì)量，分別作出表示加速度與力、加速度與質(zhì)量的關(guān)系的圖像，根據(jù)圖像導(dǎo)出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系式．學(xué)習(xí)過程中引導(dǎo)體會(huì)科學(xué)的研究方法――控制變量法、圖像法的應(yīng)用，培養(yǎng)觀察能力、質(zhì)疑能力、分析解決問題的能力和交流合作能力．在知識(shí)的形成中真正理解牛頓第二定律，同時(shí)體驗(yàn)到探究的樂趣。

2．教學(xué)目標(biāo)

（1）經(jīng)歷探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系的過程。

（2）感悟控制變量法、圖像法等科學(xué)研究方法的應(yīng)用。

（3）體驗(yàn)探究物理規(guī)律的樂趣。

（4）培養(yǎng)觀察能力、質(zhì)疑能力、分析解決問題的能力和交流合作能力。

3．教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

引導(dǎo)學(xué)生探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系的過程是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出圖像，根據(jù)圖像導(dǎo)出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系式是本節(jié)的難點(diǎn)。

二、案例設(shè)計(jì)

（一）復(fù)習(xí)導(dǎo)入

教師：什么是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變?物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因是什么?

學(xué)生：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變就是指物體速度發(fā)生了改變，力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因。

教師：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，也就是指物體產(chǎn)生了加速度．加速度大，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快；

加速度小，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化慢．弄清物體的加速度是由哪些因素決定的，具有十分重要的意義．那么物體的加速度大小是由哪些因素決定的呢?請(qǐng)同學(xué)們先根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)這個(gè)問題展開討論，讓學(xué)生嘗試從身邊實(shí)例中提出自己的觀點(diǎn)．討論中體會(huì)到a跟力F、物體質(zhì)量m有關(guān)．

（二）探究加速度a跟力F、物體質(zhì)量m的關(guān)系

1．定性討論a、F、m的關(guān)系

學(xué)生：分小組討論．

教師：在學(xué)生分組討論的基礎(chǔ)上，請(qǐng)各組派代表匯報(bào)討論結(jié)果。

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出定性的結(jié)論：a與F、m有關(guān)系，當(dāng)m一定時(shí)F越大，a就越大；當(dāng)F一定時(shí)，m越大，a就越小。

請(qǐng)思考：

在這里為什么要組織學(xué)生開展這樣的討論？

2．定量研究a、F、m的關(guān)系

（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

教師在肯定學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，提問：如何定量地研究a與F、m的關(guān)系呢?指出剛才大家在定性討論a、F、m三者關(guān)系時(shí)，就已經(jīng)采用了在研究a與F關(guān)系時(shí)保持m一定，在研究a與m的關(guān)系時(shí)保持F一定的方法，這種方法叫做控制變量法，它是研究多變量問題的一種重要方法．下面我們可應(yīng)用這種方法，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)a、F、m的關(guān)系進(jìn)行定量研究。

教師進(jìn)一步引導(dǎo)，使學(xué)生明確要在實(shí)驗(yàn)中研究a、F、m的關(guān)系必須有辦法測(cè)出a、F、m。

教師在指出講臺(tái)上放有氣墊導(dǎo)軌、氣源、兩個(gè)光電開關(guān)和與之配套的數(shù)字計(jì)時(shí)器、滑塊、細(xì)線、砝碼、小桶、彈簧秤、托盤天平、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、小車、鉤碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、刻度尺，并說明每個(gè)光電開關(guān)與數(shù)字計(jì)時(shí)器一起能測(cè)出一定寬度的遮光板通過它的時(shí)間進(jìn)而測(cè)出物體的瞬時(shí)速度后，讓學(xué)生根據(jù)給定的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并在小組討論基礎(chǔ)上，全班交流．在大家互相啟發(fā)、補(bǔ)充的過程中形成較為完善的方案。

學(xué)生：設(shè)計(jì)出如下實(shí)驗(yàn)方案。

方案一以小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、長(zhǎng)木板、細(xì)線、小桶、鉤碼、砝碼、刻度尺、天平為器材，研究小車的運(yùn)動(dòng)．用天平測(cè)出小車的質(zhì)量m1，測(cè)出小桶的質(zhì)量m2，把小桶與小桶中砝碼的總重力m′g當(dāng)作小車受到的拉力F，從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上測(cè)出△s，由△s＝at2計(jì)算出小車的加速度a。

方案二以氣墊導(dǎo)軌、氣源、兩個(gè)光電開關(guān)、數(shù)字計(jì)時(shí)器、滑塊、刻度尺、細(xì)線、小桶、砝碼、鉤碼、天平為器材研究滑塊的運(yùn)動(dòng)．用天平測(cè)出滑塊的質(zhì)量m1，測(cè)出小桶的質(zhì)量m2，把小桶與小桶中砝碼的總重力m′g當(dāng)作滑塊受到的拉力F，用導(dǎo)軌旁邊的刻度尺測(cè)出兩光電開關(guān)的距離s0，用刻度尺測(cè)出固定在滑塊上的遮光片的寬度△s，根據(jù)數(shù)字計(jì)時(shí)器給出的遮光片分別通過前后兩個(gè)光電開關(guān)所經(jīng)歷的時(shí)間△t1、△t2，由于△s=s0，因此可以根據(jù)v1＝△s／△t1和v2＝△s／△t2計(jì)算出滑塊在兩光電開關(guān)間運(yùn)動(dòng)時(shí)的初、末速度，再由計(jì)算出滑塊的加速度a。

教師引導(dǎo)學(xué)生討論兩種方案的可行性，讓學(xué)生踴躍發(fā)表自己見解。

教師：上述兩種方案都是可行的．但前一種方案中小車受到的摩擦力較大，實(shí)驗(yàn)誤差較大，因此就得想辦法消除摩擦力的影響，那么如何消除摩擦力呢?建議有興趣的同學(xué)自己利用課余的時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室用前一種方案或其他方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索。本節(jié)課我們采用上述后一種方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

教師：不論采用上述哪種方案，我們把小桶與小桶中砝碼的總重力mg當(dāng)作小車（包括上面的鉤碼）或滑塊（包括上面的鉤碼）受到的拉力，這是有條件的，這條件就是m?m′（m為小車與鉤碼或滑塊與鉤碼的總質(zhì)量）。

（2）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究

教師：引導(dǎo)學(xué)生在氣墊導(dǎo)軌上研究a、F、m三者關(guān)系，為了讓學(xué)生能有條不紊地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用電子幻燈片打出研究?jī)?nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄表格如下：

【研究?jī)?nèi)容】研究m一定時(shí)，a與F的關(guān)系。

【研究步驟】①用天平分別測(cè)出單個(gè)滑塊的質(zhì)量m1＝__________g，小桶質(zhì)量m2＝__________g，則滑塊總質(zhì)量m等于m1加上放在它上面的鉤碼的質(zhì)量△m1。

②在桶中放置質(zhì)量為△m2的砝碼，則m′＝m2＋△m2，當(dāng)m?m′時(shí)，認(rèn)為F＝m′g（g取9.8m／s2）。

③用刻度尺測(cè)出遮光片的寬度△s＝__________m，用軌道邊上的標(biāo)尺測(cè)出兩光電開關(guān)之間的距離s0＝__________m。

④實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持s0不變，把各次滑塊運(yùn)動(dòng)中遮光片經(jīng)過前后光電開關(guān)的時(shí)間△t1、△t3代入公式計(jì)算出各次滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度，并把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表11-1。

表11-1研究m一定時(shí)，滑塊加速度a與其受力F的關(guān)系

單個(gè)滑塊質(zhì)量

m1＝_____g

滑塊總質(zhì)量

m＝_____g

小桶質(zhì)量

m2＝_____g

遮光片寬度

△s＝_____m

兩光電開關(guān)間距

s0＝_____m實(shí)驗(yàn)次數(shù)小桶上的砝碼質(zhì)量△m2/g小桶與壇碼總質(zhì)量m′/g△t1/s△t2/s滑塊加速度a/（m?s-2）滑塊受的拉力F/N

1

2

3

4

【實(shí)驗(yàn)的結(jié)論】____________________________________________________

【研究?jī)?nèi)容二】研究a與m的關(guān)系（F一定）

【研究步驟】①用天平分別測(cè)出單個(gè)滑塊的質(zhì)量m1＝__________g，小桶質(zhì)量m2＝__________g，則各次實(shí)驗(yàn)中滑塊總質(zhì)量m等于m1加上放在它上面的鉤碼的質(zhì)量△m1。

②在小桶中放置質(zhì)量為△m2的砝碼，則m′＝m2＋△m2，當(dāng)m?m′時(shí)，認(rèn)為F＝m′g（g取9.8m/s2），并保持m不變。

③用刻度尺測(cè)出遮光片的寬度△s＝__________m，用軌道邊上的標(biāo)尺測(cè)出兩光電開關(guān)之間的距離s0＝__________m。

④實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持s0不變，把各次滑塊運(yùn)動(dòng)中遮光片經(jīng)過光電開關(guān)的時(shí)間△t1、△t2代入公式，計(jì)算出各次滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度，把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表11-2。

表11-2研究滑塊加速度a與滑塊總質(zhì)量m的關(guān)系（拉力F一定）

單個(gè)滑塊質(zhì)量

m2＝_____g

小桶質(zhì)量

m2＝_____g

小桶與砝碼的總質(zhì)量

m′＝_____g

遮光片寬度

△s＝_____m

兩光電開關(guān)間距

s0＝_____m實(shí)驗(yàn)次數(shù)滑塊砝碼質(zhì)量△m1/g△t1/s△t2/s滑塊加速度a/（m?s-2）滑塊與砝碼總質(zhì)量m/g

1

2

3

4

【實(shí)驗(yàn)的結(jié)論】____________________________________________________

說明在簡(jiǎn)要說明數(shù)字計(jì)時(shí)器的使用方法，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)使氣墊導(dǎo)軌保持水平，兩光電開關(guān)間距要盡可能大些，盡可能使m′遠(yuǎn)大于m（如果m′≥20m，則可認(rèn)為m′?m）等注意事項(xiàng)后，請(qǐng)兩位學(xué)生上臺(tái)操作并報(bào)告測(cè)量數(shù)據(jù)，其他學(xué)生邊觀察邊在課前印發(fā)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表（表11-1、表11-2）上填上實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)。

教師：把全班學(xué)生分成8個(gè)小組，第1組～第4組學(xué)生分別完成（表11-1）中從實(shí)驗(yàn)次數(shù)1～4各項(xiàng)目的計(jì)算與填寫，第5組～第8組學(xué)生分別完成（表11-2）中從實(shí)驗(yàn)次數(shù)1～4各項(xiàng)目的計(jì)算與填寫。

教師：讓學(xué)生反饋計(jì)算結(jié)果，并填入電子幻燈片（表11-1）、（表11-2）的對(duì)應(yīng)欄目中。

教師：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)表11-1的數(shù)據(jù)①通過直接觀察；②通過在坐標(biāo)紙上畫出a－F圖像進(jìn)行分析，得出a∝F（m一定時(shí)）的結(jié)論．

在描點(diǎn)畫圖時(shí)，讓學(xué)生體會(huì)為什么要讓描出的點(diǎn)盡可能多地分布在某一直線的兩側(cè)，嘗試說出實(shí)驗(yàn)誤差的原因。

教師：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)表11-2的數(shù)據(jù)①通過直接觀察②通過在坐標(biāo)紙上畫出a－m圖像進(jìn)行分析，只能得出當(dāng)F一定時(shí)，m越大a就越小的結(jié)論。

教師：能不能就此馬上斷言a與m成反比?讓學(xué)生展開討論。

教師：在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行全班交流的基礎(chǔ)上，問學(xué)生能不能猜想a與m成反比?

如何證明這種猜想是否正確?請(qǐng)思考討論。

學(xué)生：可以畫出a與圖像，看它是否為過原點(diǎn)的直線。

學(xué)生：還可以通過計(jì)算a與m的比值來判斷。

教師：讓學(xué)生分組計(jì)算出對(duì)應(yīng)各次實(shí)驗(yàn)的，并在全班反饋填人表11-2后，在坐標(biāo)紙上作出a－圖像。

學(xué)生：確實(shí)實(shí)驗(yàn)得到的直線是接近過原點(diǎn)的，實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)a與m是成反比（F一定時(shí)）的。

說明這里開展一系列討論的目的是為了讓學(xué)生體會(huì)從a－m圖像轉(zhuǎn)化到a－圖像的意義，認(rèn)識(shí)圖像法描述物理規(guī)律的作用。

教師：本實(shí)驗(yàn)只是讓我們對(duì)于自然規(guī)律的探究有所體驗(yàn)，實(shí)際上一個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡(jiǎn)單的測(cè)量實(shí)驗(yàn)就能得出，還需要通過大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)來論證。

3．牛頓第二定律

通過大量的實(shí)驗(yàn)探究得到加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系是：

當(dāng)物體的質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度跟所受的作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，這就是牛頓第二定律。

加速度和力都是矢量，它們都有方向，牛頓第二定律不但確定了加速度和力的大小之間的關(guān)系，還確定了它們的方向之間的關(guān)系：加速度的方向跟引起這個(gè)加速度的力的方向相同。

牛頓第二定律也可用數(shù)學(xué)公式來表示：

a∝F/m或F∝ma

上式可改寫為等式：F＝kma，式中的k是比例常數(shù)。

教師指出：

（1）如果各物理量都采用國(guó)際單位，k＝1；

（2）力的單位“牛頓”是根據(jù)牛頓第二定律定義的。

定義：使質(zhì)量1kg的物體產(chǎn)生1m／s2的加速度所需要的力，叫做1N．即1N＝1kg?m／s2

可見，如果都用國(guó)際制單位，則k＝1。

牛頓第二定律可簡(jiǎn)化為

F＝ma

這就是牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

三、案例評(píng)析

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)的思路是：首先提出物體的加速度是由哪些因素決定的這個(gè)問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己已有的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性探究，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用控制變量法進(jìn)行定量探究，讓學(xué)生經(jīng)歷自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、全班合作處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論的過程，最后總結(jié)出牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)為創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生主動(dòng)參與探究加速度、質(zhì)量、力三者關(guān)系的全過程，在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)分析、應(yīng)用圖像探究規(guī)律等問題解決的過程中較為關(guān)注學(xué)生自己的觀念，讓學(xué)生在問題討論中完善自己的觀點(diǎn)，學(xué)習(xí)應(yīng)用物理和數(shù)學(xué)的方法研究自然規(guī)律，有效地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、觀察能力、分析能力、解決問題的能力以及合作交流的能力．教師在實(shí)驗(yàn)完成后的一句話“本實(shí)驗(yàn)只是讓我們對(duì)于自然規(guī)律的探究有所體驗(yàn)，實(shí)際上一個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡(jiǎn)單的測(cè)量實(shí)驗(yàn)就得出，還需要通過大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)來論證”充分體現(xiàn)了注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的教育。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)的方案可以根據(jù)學(xué)校、學(xué)生的情況，選擇一種或兩種或三種做，讓學(xué)生比較實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多方面的反思。