2020高中物理 第四章 第七節(jié) 用牛頓運動定律解決問題（二）教案 新人教版必修1

第四章 牛頓運動定律 7 用牛頓運動定律解決問題（二）【課前準備】【課型】新授課 【課時】1課時【教學目標】知識與技能1.能運用牛頓運動定律解答較復雜的問題。2.知道什么是物體處于平衡狀態(tài)，知道在共點力作用下物體的平衡條件，即合力為0。3.知道物理學中超重和失重現(xiàn)象的含義，能夠通過牛頓定律對它們進行定量的分析，并能分析和說明一些簡單的相關問題。4.能夠解答以自由落體運動為基礎的豎直方向的運動的運動學問題（豎直上拋、豎直下拋等）。過程與方法1.培養(yǎng)學生的分析推理能力和實驗觀察能力2.培養(yǎng)學生處理三力平衡問題時一題多解的能力3.引導幫助學生歸納總結發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及實質情感態(tài)度與價值觀1.滲透“學以致用”的思想，有將物理知識應用于生產(chǎn)和生活實踐的意識，勇于探究與日常生活有關的物理問題2.培養(yǎng)學生聯(lián)系實際、實事求是的科學態(tài)度和科學精神教學重點、難點：教學重點1.共點力作用下物體的平衡條件及應用2.發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及本質教學難點1.共點力平衡條件的應用2.超重、失重現(xiàn)象的實質正確分析受力并恰當?shù)剡\用正交分解法教學方法：探究、講授、討論、觀察、思考、歸納【教學過程】【新課導入】【問題】一節(jié)課學習了用牛頓運動定律解決問題的兩種方法，根據(jù)物體的受力情況確定物體的運動情況和根據(jù)物體運動情況求解受力情況常見的物體的運動狀態(tài)有哪些種類?【回答】常見的運動有變速運動和勻速運動，最常見的是物體靜止的情況【問題】如果物體受力平衡，那么物體的運動情況如何?【回答】如果物體受力平衡的話，物體將做勻速直線運動或靜止，這要看物體的初速度情況【新課教學】7 用牛頓運動定律解決問題（二）一、共點力的平衡條件【問題】那么共點力作用下物體的平衡條件是什么?【回答】因為物體處于平衡狀態(tài)時速度保持不變，所以加速度為零，根據(jù)牛頓第二定律得：物體所受合力為零【問題】同學們列舉生活中物體處于平衡狀態(tài)的實例【回答】懸掛在天花板上的吊燈，停止在路邊的汽車，放在地面上的講桌以及放在講桌上的黑板擦等等豎直上拋運動的物體到達最高點的瞬間【討論】豎直上拋的物體到達最高點的瞬間是否處于平衡狀態(tài)，【點撥】物體處于平衡狀態(tài)指的是物體受合力為零的狀態(tài)，并不是物體運動速度為零的位置處于豎直上拋最高點的物體只是在瞬間速度為零，它的速度立刻就會發(fā)生改變，所以不能認為處于平衡狀態(tài)【總結】在共點力作用下物體的平衡條件是合力為0.【過渡】區(qū)分到底是速度為零還是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài)，經(jīng)過討論分析可知應該是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài)為了加深對這個問題的理解，通過一個例題來進一步探究物體的平衡是怎樣進行研究的。【例題1】 城市中的路燈，無軌電車的供電線路等，經(jīng)常用三解形的結構懸掛。圖為這類結構的一種簡化模型。圖中硬桿OB可繞通過B點且垂直于紙面的軸轉動，鋼索和桿的重量都可忽略。如果懸掛物的重量為G，角AOB等于，鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力各是多大？【分析】【問題】輕質細繩中的受力特點是什么?【回答】輕質細繩中的受力特點是兩端受力大小相等，內(nèi)部張力處處相等【問題】節(jié)點O的受力特點是什么?【回答】節(jié)點O的受力特點是一理想化模型，所受合外力為零【問題】我們分析的依據(jù)是什么?【回答】上面的分析借助牛頓第二定律進行，是牛頓第二定律中合力等于零的特殊情況【解析】如圖所示，F(xiàn)1、F2、F3三個力的合力為零，表示這三個力在x方向的分矢量之和及y軸方向的分矢量之和也都為零，也就是：F2F1cos=0F1sinF3=0由以上兩式解出鋼索OA受到的拉力F1硬桿OB的支持力F2【問題】在這個同學解題的過程中，他采用的是什么方法？【回答】正交分解法：將其中任意一個力沿其余兩個力的作用線進行分解，其分力必然與其余兩個力大小相等【問題】除了這種方法之外，還有沒有其他的方法？【回答】可以用力的合成法，任意兩個力的合力與第三個力大小相等，方向相反；也可以用三角形法，將其中任意兩個力進行平移，使三個力首尾依次連接起來，應構成一閉合三角形【總結】處理多個力平衡的方法有很多，其中最常見的就是：正交分解法、力的合成法和三角形定則這幾種方法到底采用哪一種方法進行分析就要看具體的題目，在實際操作的過程中可以靈活掌握二、超重和失重【過渡】把物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力叫做物體的視重，當物體運動狀態(tài)發(fā)生變化時，視重就不再等于物體的重力，而是比重力大或小【演示】【問題】突然下蹲時，體重計的示數(shù)是否變化?怎樣變化?【回答】體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變小了【問題】突然站起時，體重計的示數(shù)是否變化?怎樣變化?【回答】體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變大【問題】當人下蹲和突然站起的過程中人受到的重力并沒有發(fā)生變化，為什么體重計的示數(shù)發(fā)生了變化呢?【回答】這是因為當人靜止在體重計上時，人處于受力平衡狀態(tài)，重力和體重計對人的支持力相等，而實際上體重計測量的是人對體重計的壓力，在這種靜止的情況下，壓力的大小是等于重力的而當人在體重計上下蹲或突然站起的過程中，運動狀態(tài)發(fā)生了變化，也就是說產(chǎn)生了加速度，此時人受力不再平衡，壓力的大小不再等于重力，所以體重計的示數(shù)發(fā)生了變化【例題2】人站在電梯中，人的質量為m.如果當電梯以加速度a加速上升時，人對地板的壓力為多大？【分析】選取人作為研究對象，分析人的受力情況：人受到兩個力的作用，分別是人的重力和電梯地板對人的支持力.由于地板對人的支持力與人對地板的壓力是一對作用力與反作用力，根據(jù)牛頓第三定律，只要求出地板對人的支持力就可以求出人對地板的壓力.【解析】取向上為正方向，根據(jù)牛頓第二定律寫出支持力F、重力G、質量m、加速度a的方程FG=ma，由此可得：F=G+ma=m（g+a）人對地板的壓力F與地板對人的支持力大小相等，即F=m（g+a）由于m（g+a）>mg，所以當電梯加速上升時，人對地板的壓力比人的重力大.【總結】物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）大于物體受到的重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象.【問題】物體處于超重現(xiàn)象時物體的加速度方向如何呢？【回答】物體的加速度方向向上.【問題】當物體的加速度方向向上時，物體的運動狀態(tài)是怎樣的？應該是加速上升.【問題】人以加速度a減速下降，這時人對地板的壓力又是多大？【回答】此時人對地板的壓力也是大于重力的，壓力大小是：F=m（g+a）.【回答】加速度向上時物體的運動狀態(tài)分為兩種情況，即加速向上運動或減速向下. 物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）大于物體受到的重力，物體處于超重狀態(tài)?！菊故尽俊締栴}】人以加速度a加速向下運動，這時人對地板的壓力多大?【回答】 【問題】人隨電梯以加速度。減速上升，人對地板的壓力為多大?【回答】【總結】當物體對支持物的壓力(對懸掛物的拉力)小于物體重力的現(xiàn)象稱為失重【問題】人隨電梯向下的加速度ag，這時人對地板的壓力又是多大?【回答】 【總結】如果物體正好以大小等于g方向豎直向下的加速度做勻變速運動，這時物體對支持物、懸掛物完全沒有作用力，好像完全沒有了重力作用，這種狀態(tài)是完全失重【問題】發(fā)生超重和失重現(xiàn)象時，物體實際受的重力是否發(fā)生了變化?【回答】沒有發(fā)生變化，只是物體的視重發(fā)生了變化【總結】物體處于“超重”或“失重”狀態(tài)，并不是說物體的重力增大了或減小了（甚至消失了），地球作用于物體的重力始終是存在的且大小也無變化.即使是完全失重現(xiàn)象，物體的重力也沒有絲毫變大或變小當然，物體所受重力會隨高度的增加而減小，但與物體超、失重并沒有聯(lián)系超（失）重現(xiàn)象是指物體對懸掛物的拉力（或對支持物的壓力）大于（小于）重力的現(xiàn)象“超重”“失重”現(xiàn)象與物體運動的速度方向和大小均無關，只決定于物體的加速度方向三、從動力學看自由落體運動【例題3】以10m/s的速度從地面豎直向上拋出一個物體，空氣阻力可以忽略，分別計算0.6s、1.6s后物體的位置（取g = 10m/s2）.【分析】 這個物體的運動不是自由落體運動，但與自由落體相似，它在運動過程中也只受重力的作用，因此它的加速度也是g，大小，方向都不變。由于物體的初速度、加速度都是沿豎直方向的，所以它的運動不可能偏離豎直方向?！窘馕觥恳缘孛鏋樵c，豎直向上建立坐標系，初速度的方向與坐標方向一致所以取正號，；加速度的方向向下，與坐標軸的方向相反，所以取負號，。【說一說】例題3中的物體能夠到達的最大高度是多少？【點撥】到達最大高度時物體的速度是0，所以【課時小結】本節(jié)課是牛頓運動定律的具體應用，分別是兩種特殊情況，一種是物體受合力為零時物體處于平衡狀態(tài)時的分析，應該注意三力合成與多力合成的方法，注意幾種方法的靈活運用，另一種情況就是物體在豎直方向上做變速運動時超重和失重現(xiàn)象【布置作業(yè)】課本P91 1,2,3,4.【板書設計】7 用牛頓定律解決問題（二）一、共點力的平衡條件在共點力的作用下物體的平衡條件是合力為零二、超重和失重超重：當物體加速度方向向上時，物體處于超重狀態(tài)物體的運動情況：加速上升或減速下降失重：當物體加速度方向向下時，物體處于失重狀態(tài)物體的運動情況：減速上升或加速下降完全失重：物體下落的加速度等于重力加速度三、從動力學看自由落體運動