高中物理《用牛頓定律解決問題》教案1（人教版必修1）

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111 4.7用牛頓定律解決問題2 教學(xué)目標： 知識與技能 1．理解共點力作用下物體平衡狀態(tài)的概念，能推導(dǎo)出共點力作用下物體的平衡條件． 2．會用共點力平衡條件解決有關(guān)力的平衡問題． 3．通過實驗認識超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)． 4．進一步熟練掌握應(yīng)用牛頓運動定律解決問題的方法和步驟． 過程與方法 1．培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力和實驗觀察能力． 2．培養(yǎng)學(xué)生處理三力平衡問題時一題多解的能力． 3．引導(dǎo)幫助學(xué)生歸納總結(jié)發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及實質(zhì)． 情感態(tài)度與價值觀 1．滲透“學(xué)以致用”的思想，有將物理知識應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實踐的意識，勇于探究與日常生活有關(guān)的物理問題． 2．培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實際、實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神． 教學(xué)重點、難點： 教學(xué)重點 1．共點力作用下物體的平衡條件及應(yīng)用． 2．發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及本質(zhì)． 教學(xué)難點 1．共點力平衡條件的應(yīng)用． 2．超重、失重現(xiàn)象的實質(zhì)．正確分析受力并恰當?shù)剡\用正交分解法． 教學(xué)方法： 探究、講授、討論、練習(xí) 教學(xué)手段： 多媒體教學(xué)設(shè)備，體重計、裝滿水的塑料瓶等 課時安排： 新授課（2課時） 教學(xué)過程： [新課導(dǎo)入] 師：上一節(jié)課中我們學(xué)習(xí)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．這一節(jié)我們繼續(xù)學(xué)習(xí)用牛頓運動定律解題． 師：我們常見的物體的運動狀態(tài)有哪些種類? 生：我們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． 師：如果物體受力平衡，那么物體的運動情況如何? 生：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(xué)] 一、共點力的平衡條件 師：那么共點力作用下物體的平衡條件是什么? 生：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． 師：同學(xué)們列舉生活中物體處于平衡狀態(tài)的實例． 生1：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． 生2：豎直上拋運動的物體到達最高點的瞬間． 師：大家討論一下豎直上拋的物體到達最高點的瞬間是否處于平衡狀態(tài)， 學(xué)生討論，回答提問 生1：豎直上拋的最高點物體應(yīng)該處于平衡狀態(tài)，因為此時物體速度為零． 生2：我不同意剛才那位同學(xué)的說法，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)． 師：剛才的同學(xué)分析得非常好，大家一定要區(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)過討論分析我們知道應(yīng)該是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài)．為了加深同學(xué)們對這個問題的理解，我們通過一個例子來進一步探究物體的平衡是怎樣進行研究的， 多媒體投影課本中的例題、三角形的懸掛結(jié)構(gòu)及其理想化模型 師：輕質(zhì)細繩中的受力特點是什么? 生：輕質(zhì)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． 師：節(jié)點O的受力特點是什么? 生：節(jié)點O的受力特點是一理想化模型，所受合外力為零． 師：我們分析的依據(jù)是什么? 生：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． 師：同學(xué)們把具體的解答過程寫出來． 投影學(xué)生的解答過程 解答：如圖4—7—1所示,F1、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： F2一Flcos?＝0 師：在這個同學(xué)解題的過程中，他采用的是什么方法? 生：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． 師：除了這種方法之外，還有沒有其他的方法? 生1：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． 生2：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(yīng)構(gòu)成一閉合三角形． 師：總結(jié)：處理多個力平衡的方法有很多，其中最常見的就是剛才幾位同學(xué)分析的這三種方法，即正交分解法、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大家可以靈活掌握． 二、超重和失重 (學(xué)生實驗) 一位同學(xué)甲站在體重計上靜止，另一位同學(xué)說出體重計的示數(shù)．注意觀察接下來的實驗現(xiàn)象． 學(xué)生活動：觀察實驗現(xiàn)象，分析原因 師：甲突然下蹲時，體重計的示數(shù)是否變化?怎樣變化? 生：體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變小了． 師：甲突然站起時，體重計的示數(shù)是否變化?怎樣變化? 生：體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變大． 師：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? 生：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． 這位同學(xué)分析得非常好，我們把物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦凶鑫矬w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?。蠹以倏催@樣一個問題： 多媒體投影例題：人站在電梯中，人的質(zhì)量為m．如果當電梯以加速度。加速上升時，人對地板的壓力為多大? 學(xué)生思考解答 生1：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． 生2：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(zhì)量m、加速度a的方程F—G=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． 師：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體受到的重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象．物體處于超重現(xiàn)象時物體的加速度方向如何呢? 生：物體的加速度方向向上． 師：當物體的加速度方向向上時，物體的運動狀態(tài)是怎樣的? 生：應(yīng)該是加速上升． 師：大家看這樣一個問題： 投影展示：人以加速度a減速下降，這時人對地板的壓力又是多大? 學(xué)生討論回答 生1：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)． 生2：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． 師：大家再看這樣幾個問題： (投影展示) 1．人以加速度A加速向下運動，這時人對地板的壓力多大? 2．人隨電梯以加速度。減速上升，人對地板的壓力為多大? 3．人隨電梯向下的加速度a＝g，這時人對地板的壓力又是多大? 師：這幾種情況物體對地板的壓力與物體的重力相比較哪一個大? 生：應(yīng)該是物體的重力大于物體對地板的壓力． 師：結(jié)合超重的定義方法，這一種現(xiàn)象應(yīng)該稱為什么現(xiàn)象? 生：應(yīng)該稱為失重現(xiàn)象．當物體對支持物的壓力和對懸掛物的拉力小于物體重力的現(xiàn)象稱為失重． 師：第三種情況中人對地板的壓力大小是多少? 生：應(yīng)該是零． 師：我們把這種現(xiàn)象叫做完全失重，完全失重狀態(tài)下物體的加速度等于重力加速度g． 師：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? 生：沒有發(fā)生變化，只是物體的視重發(fā)生了變化． 師：為了加深同學(xué)們對完全失重的理解，我們看下面一下實驗，仔細觀察實驗現(xiàn)象． 課堂演示實驗：取一裝滿水的塑料瓶，在靠近底部的側(cè)面打一小孔，讓其做自由落體運動． 生：觀察到的現(xiàn)象是水并不從小孔中噴出，原因是水受到的重力完全用來提供水做自由落體運動的加速度了． 師：現(xiàn)在大家就可以解釋人站在臺秤上，突然下蹲和站起時出現(xiàn)的現(xiàn)象了． [課堂訓(xùn)練] 1．某人站在臺秤的底板上，當他向下蹲的過程中…………………………( ) A.由于臺秤的示數(shù)等于人的重力，此人向下蹲的過程中他的重力不變，所以臺秤的示數(shù)也不變 B．此人向下蹲的過程中，臺秤底板既受到人的重力，又受到人向下蹲的力，所以臺秤的示數(shù)將增大 C.臺秤的示數(shù)先增大后減小 D.臺秤的示數(shù)先減小后增大 答案：D 2．如圖4—7，4所示，A為電磁鐵，C為膠木秤盤，A和C(包括支架)的總質(zhì)量為M，B為鐵片，質(zhì)量為m，整個裝置用輕繩懸掛于O點．當電磁鐵通電，鐵片被吸引上升的過程中，輕繩上拉力F的大小為( ) A．F：mg B.Mg(M+m)g 答案：D 3．在一個封閉裝置中，用彈簧秤稱一物體的重力，根據(jù)讀數(shù)與實際重力之間的關(guān)系，以下說法中正確的是……………………………………………………( ) A.讀數(shù)偏大，表明裝置加速上升 B．讀數(shù)偏小，表明裝置減速下降 C.讀數(shù)為零，表明裝置運動加速度等于重力加速度，但無法判斷是向上還是向下運動 D．讀數(shù)準確，表明裝置勻速上升或下降 答案：C [小結(jié)] 本節(jié)課是牛頓運動定律的具體應(yīng)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(yīng)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．對于這兩種現(xiàn)象，我們應(yīng)該注意以下幾個問題：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?。斎唬矬w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?qū)χС治锏膲毫?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(guān)，只決定于物體的加速度方向． 作業(yè)： 板書設(shè)計: 4.7 用牛頓定律解決問題2 一、共點力的平衡條件 1．在共點力的作用下物體的平衡條件是合力為零 2．力的合成方法；平行四邊形定則和三角形定則 二、超重和失重 1.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 2.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 3.完全失重：物體下落的加速度等于重力加速度 4.實質(zhì)：對支持物的壓力和對懸掛物的拉力發(fā)生變化，而物體實際重力不發(fā)生變化 教學(xué)后記： 111