高中物理《用牛頓定律解決問題》教案4（人教版必修1）

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111 第六節(jié) 用牛頓運(yùn)動定律解決問題（一） [教學(xué)目標(biāo)]：1、加深對牛頓運(yùn)動定律的理解 2、提高運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律分析問題、解決問題的能力 3、培養(yǎng)學(xué)生了解自然的興趣，和探索自然的精神 [教學(xué)重點(diǎn)]：1、已知受力情況求運(yùn)動情況的基本思路 2、已知運(yùn)動情況求受力情況的基本思路 [教學(xué)難點(diǎn)]：物體受力情況和運(yùn)動情況的分析 [教學(xué)過程]： 復(fù)習(xí)引入： （提問） 1、什么叫加速度？ 答：表示物體運(yùn)動速度變化快慢的物理量，大小等于單位時間內(nèi)速度的變化。 2、牛頓第二定律的內(nèi)容： 答：物體的加速度與物體受到的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，方向與合外力方向相同。 F=ma （引入） 加速度是一個典型的運(yùn)動學(xué)量，同時又是一個不折不扣的動力學(xué)量。它將運(yùn)動和力聯(lián)系了起來。 新課講授： 一、由受力情況來預(yù)測物體的運(yùn)動情況 例1.一輛載貨的汽車,總質(zhì)量為4.0103Kg，運(yùn)動中所受阻力恒為1.6103N，在不變的牽引力作用下由靜止啟動，若牽引力為４.8103N，問：啟動10s后汽車的速度達(dá)到多少？啟動10s內(nèi)汽車的位移是多少？ 分析：這是已知物體的受力情況來分析物體的運(yùn)動情況； 物體受重力、地面的支持力、牽引力和阻力，共四個力的作用，其中重力和地面的支持力在豎直方向相平衡；牽引力沿水平方向向前，阻力水平向后，合力為牽引力和阻力大小之差； 根據(jù)牛頓第二定律，可以得到物體的加速度； 已知汽車的初速為零，由運(yùn)動學(xué)規(guī)律可以進(jìn)一步得到物體的速度和位移。 解：物體受到的合力為： F合= F—f =４.8103—1.6103N = 3.2103N 由牛頓第二定律，得到物體的加速度為： a = F合/m = 0.8 m/s2 啟動10s后汽車的速度為： v = a t = 0.8 10 m/s = 8 m/s 啟動10s內(nèi)汽車的位移是： s = a t2/2 =0.8 102/2 m = 40 m 所以，啟動10s后汽車的速度達(dá)到8 m/s；汽車的位移是40 m。 小結(jié)：認(rèn)真分析物體的受力情況，準(zhǔn)確運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律計算加速度，科學(xué)預(yù)測物體的運(yùn)動。 二、由運(yùn)動情況來推斷物體的受力情況 例2.一個滑雪的人，質(zhì)量m = 75Kg，以v0 = 2m/s的初速度沿山坡勻加速地滑下，山坡的傾角θ= 30o，在 t = 5s的時間內(nèi)滑下的路程s = 60m，求滑雪人受到的阻力（包括滑動摩擦和空氣阻力）。 分析：這是已知人的運(yùn)動情況來分析人受力的情況； 通過運(yùn)動情況的分析可以得到人運(yùn)動的加速度； 根據(jù)牛頓第二定律，可以得到人所受的合力的大小和方向； 人在運(yùn)動過程中，受到重力、斜坡的支持力、和阻力，其中重力可以分解成沿斜坡方向和垂直于斜坡方向的兩個分力，垂直于斜坡方向的分力和斜坡的支持力相平衡，人所受的合力的方向沿斜坡向下。 解：重力的兩個分力： G1 = mg sinθ G2 = mg cosθ 由運(yùn)動學(xué)公式：s = v0t + at2/2 得：a = 2（s － v0t）/t2= 4 m/s2 由牛頓第二定律，得到人所受的合力為： F合 = ma = 300 N 又 F合 = G1 — F1 F1 = G1 —F合 = 67.5 N 所以，滑雪人受到的阻力為67.5 N 。 小結(jié)：明確物體的運(yùn)動情況，準(zhǔn)確運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律計算加速度，推斷物體的受力情況。 三、牛頓第二定律——聯(lián)系力和運(yùn)動的橋梁 牛頓第二定律 F = ma ，通過加速度將力與運(yùn)動聯(lián)系起來，物體的受力決定物體做什么運(yùn)動，物體的運(yùn)動反映物體受到怎樣的力。由受力情況可以預(yù)測物體的運(yùn)動情況；由運(yùn)動情況也可以確定物體的受力情況。 牛頓第二定律不僅僅反映力與加速度的大小關(guān)系，而且，牛頓第二定律F = ma還是一個矢量式，同時也反映力與加速度的方向之間的關(guān)系。 例3.（1）如圖所示，掛在火車頂上的物體質(zhì)量為m，懸線偏離豎直方向一個角度θ，相對穩(wěn)定不變，這時，火車的運(yùn)動情況可能是： A. 向左加速行駛 B . 向右加速行駛 C . 向左減速行駛 D . 向右減速行駛 （2）能否根據(jù)題中的已知條件求出火車的加速度？（重力加速度為g） 分析：小球受豎直向下的重力和沿懸線方向的拉力作用；火車只能沿水平方向運(yùn)動，加速度也只能沿水平方向。根據(jù)牛頓第二定律，重力G和拉力T的合力的方向一定沿水平方向。 解： F = mg tanθ 又，F(xiàn) = ma 火車的加速度為：a = g tanθ 小結(jié)：牛頓第二定律是聯(lián)系力和運(yùn)動的橋梁，加速度的方向既是物體運(yùn)動速度變化的方向，又是物體所受合外力的方向；由加速度可知物體的運(yùn)動情況，又可知物體的受力情況。 課堂小結(jié) ：運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解題的一般步驟： （1）明確研究對象； （2）分析物體的受力情況； （3）分析物體的運(yùn)動情況； （4）通過牛頓運(yùn)動定律建立力和運(yùn)動的聯(lián)系； （5）運(yùn)用運(yùn)動學(xué)規(guī)律或力的運(yùn)算法則解決問題。 鞏固訓(xùn)練： 分析牛頓運(yùn)動定律對下列問題的應(yīng)用類型： （1）、高速公路上車輛正常駛速為V，設(shè)車輛緊急制動時所受制動力為車重的K倍，求制動距離。 （2）、某同學(xué)站立不動能將5Kg的鉛球以20m/s的速度推出，估算該同學(xué)的“爆發(fā)力”。 [發(fā)展練習(xí)] 實(shí)驗(yàn)設(shè)計： 籃球在空中運(yùn)動時受到阻力作用，假設(shè)阻力恒定，能否設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)來測定籃球在空中運(yùn)動時受到的阻力？需要哪些實(shí)驗(yàn)儀器？如何測定？ [作業(yè)布置] 課后問題與練習(xí)1.2.3.4 111