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 用牛頓定律解決問題（二） [教學(xué)目標(biāo)]：1、理解共點力平衡條件并能應(yīng)用解決一些問題 2、初步了解超重和失重現(xiàn)象，并能判斷物體是否處于超失重狀態(tài) 3、體會超失重現(xiàn)象計算問題的基本解題思路和技巧 [教學(xué)重點]：1、共點力平衡條件的應(yīng)用（特別是三力平衡） 2、超重和失重現(xiàn)象的理解 3、應(yīng)用牛頓運動定律解決超失重問題 [教學(xué)難點]：共點力平衡條件的應(yīng)用（連接體問題），應(yīng)用牛頓運動定律解決超失重問題 [教學(xué)過程]： 復(fù)習(xí)導(dǎo)入：提問：1、什么是平衡狀態(tài)？ 答：包括靜止和勻速直線運動狀態(tài) 強調(diào)（靜止是v=0并且a=0），例如：豎直上拋的物體到達最高點時，雖然v=0但a≠0，不能說是平衡狀態(tài) 2、二力平衡的條件？ 答：同物，等大，反向，共線。 引入：二力平衡的條件可以理解為，兩個力的合力為零，那么如果是三個共點力，乃至多個共點力呢？他們的平衡條件又是什么？ 新課講授： 一、 共點力的平衡條件 1、平衡狀態(tài)：物體在力的作用下保持靜止和勻速直線運動狀態(tài)。 分析：（1）當(dāng)物體受到多個共點力作用而處于平衡狀態(tài)時，我們運用力的合成和分解，我們可以對多個力進行合成，其中任意一個力一定和其余所有共點力的合力反向共線?？梢哉f明：合力為零。 （2）牛頓第二定律告訴我們，當(dāng)物體所受的合力為零時，加速度a=0，物體將保持靜止或者勻速直線運動狀態(tài)。仍然是說明合力為零。 2、共點力的平衡條件：合力為零。 例1、一個物體受幾個共點力的作用而做勻速直線運動，當(dāng)撤去其中的一個力而保持其他力不變的時，物體可能處于以下哪其中情況（） A. 勻速直線運動 B. 勻加速直線運動 C. 勻減速直線運動 D. 變加速直線運動 分析：撤去一個力后，物體不再處于平衡狀態(tài)，故A不正確。其余的力的合力和這個撤去的力等大反向共線是一個恒力，故D不正確。當(dāng)這個力與原來的運動方向相同時，物體做勻加速直線運動，當(dāng)這個力與原來的運動方向相反時，物體做勻減速直線運動。故BC正確。 例2、城市中的路燈，無軌電車的供電線路等，經(jīng)常用三角形的結(jié)構(gòu)懸掛圖。圖見課本92頁4.7-2。圖中硬桿OB可繞通過B點且垂直于紙面的軸轉(zhuǎn)動，鋼索和桿的質(zhì)量都可以忽略。如果懸掛物的重力為G，角AOB等于θ，鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力各為多少？ 分析：共點力的平衡，受力分析，然后正交分解。 解：X方向：F2-F1cosθ=0 Y方向：F1sinθ-F3=0 G= F3 分析：θ的取值，決定了對材料強度的要求和材料的消耗。 二、 超重和失重 看圖片《太空行走》《楊利偉在太空中的錄象》 1．超重現(xiàn)象 實驗：介紹裝置，架子上有兩個滑輪，兩邊掛有重物。我們?nèi)∽筮叺闹匚锛右匝芯?，重物靜止時，彈簧秤的示數(shù)大小等于物體所受的重力，物體對彈簧秤的拉力等于物體所受的重力。放手后物體做向上的加速運動，我們再觀察彈簧秤示數(shù)的變化。 提問：看到了什么現(xiàn)象？ 彈簧秤的示數(shù)增大，物體對繩的拉力增大。 以上實驗可以用更簡單的裝置來完成，只不過觀察時的效果稍差一些。彈簧秤下掛一重物，物體靜止時，彈簧秤的示數(shù)等于物體所受的重力。當(dāng)物體向上做加速運動時，彈簧秤的示數(shù)大于物體所受的重力，物體對繩的拉力大于物重。 學(xué)生小實驗：細(xì)線拉重錘(繡花線、打點計時器用重錘)。線系在重錘上，緩慢拉起，再讓重錘做向上的加速運動，線斷。 分析原因：取物體為研究對象，T-G=ma，T-mg=ma，彈簧秤的拉力為 T=mg+ma=m(g+a) 討論：(1)物體做向上的加速運動時，彈簧對物體的拉力大于物體靜止時的拉力，T＞mg，物體對彈簧的拉力大于物重。 舉例：起重機在吊起重物時，有經(jīng)驗的司機都不讓物體的加速度過大是什么原因？ (2)學(xué)生列舉生活中的感受：電梯向上起動時，電梯對人的支持力大于靜止時的支持力，同樣人對電梯的壓力也大于物重；電梯下降剎車時也一樣。只要物體的加速度方向是向上的，就會產(chǎn)生以上現(xiàn)象。 提問：在電梯中放一彈簧測力秤，人站在上面。當(dāng)電梯向上加速度運動時秤的示數(shù)怎樣變化？ (3)整理公式：T=m(g+a)=mg′，g′叫做等效重力加速度，g′＞g。站在電梯里的人在電梯向上加速或向下減速時，人對電梯的壓力大于人的重力，好像是重力加速度g增大了?；鸺痫w時有很大的向上的加速度，內(nèi)部發(fā)生的是超重現(xiàn)象。 當(dāng)物體存在向上的加速度時，它對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物重的現(xiàn)象叫做超重現(xiàn)象。 發(fā)生超重現(xiàn)象時，物重并沒有變化。 2．失重現(xiàn)象 實驗：重物靜止時，彈簧秤的示數(shù)大小等于物體所受的重力，物體對彈簧秤的拉力等于物體所受的重力。放手后物體做向下的加速運動，我們再觀察彈簧秤示數(shù)的變化。 提問：看到了什么現(xiàn)象？ 彈簧秤的示數(shù)減少，物體對支持物的拉力減小。 學(xué)生實驗：觀察感受失重現(xiàn)象。彈簧秤下掛一重物，物體靜止時，彈簧秤的示數(shù)等于物體所受的重力。當(dāng)物體向下做加速運動時，彈簧秤的示數(shù)小于物體所受的重力。(注意對減速時的示數(shù)增大的解釋。) 取物體為研究對象，G-T=ma，彈簧秤的拉力為T=mg-ma=m(g-a) 討論：(1)物體做向下的加速運動時，彈簧對物體的拉力小于物體靜止時的拉力，T＜mg，物體對彈簧的拉力小于物重。 (2)學(xué)生列舉生活中的感受：電梯向下起動時，電梯對人的支持力小于靜止時的支持力，同樣人對電梯的壓力也小于物重；電梯上升剎車時也一樣。 (3)整理公式：T=m(g-a)=mg′，g′叫做等效重力加速度，g′＜g。站在電梯里的人在電梯向下加速或向上減速時，人對電梯的壓力小于人的重力，好像是重力加速度g減少了。 失重：當(dāng)物體存在向下的加速度時，它對支持物的壓力(或拉力)小于物重的現(xiàn)象，叫做失重。當(dāng)a=g時，T=0，叫做完全失重。 發(fā)生失重時，物重并沒有變化。 實驗：在可樂瓶下面扎一些小孔，裝上水后水從小孔噴出。把水瓶拋出，噴水情況會怎樣變化？分析瓶拋出后，水怎樣噴。讓學(xué)生先分析可能發(fā)生的現(xiàn)象，再觀察上拋時的現(xiàn)象，下拋的情況讓學(xué)生回家去做。解釋現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，拋出后水處于失重狀態(tài)，對瓶無壓力，水不噴。 例1： 關(guān)于電梯的幾種運動中，支持力的變化情況如何？ 速度方向 加速度方向 支持力與重力 靜止： 無 無 = 上升： 勻速 ↑ 無 = 加速 ↑ ↑ ＞ 減速 ↑ ↓ ＜ 下降： 勻速 ↓ 無 = 加減 ↓ ↓ ＜ 減速 ↓ ↑ ＞ 思考題：一個在地面上能舉起100千克質(zhì)量杠鈴的運動員在一個加速運動的電梯上能舉起多大質(zhì)量的杠鈴？a=g，a=g/2（分向上和向下兩種加速情況討論） 作業(yè)：課后1.2.3.4 111