江西省南昌三中高中物理 4.7牛顿运动定律应用（二）教学设计 新人教版必修1.doc

47牛顿运动定律应用(二)教学设计一、教材分析 在过去的大纲教材中，物体的平衡和超重、失重问题是作为知识内容呈现的，现在以例题的形式出现反映教材新的基本知识观，类似问题在其他方面也有体现，但是平衡问题应该是物理学研究的典型问题之一，超重和失重问题也具有一定的代表性。因此本节内容安排是知识性与分析问题的过程与方法并重。基于牛顿运动定律的认识，研究物体在受到多个力的共同作用下的平衡条件是必然的要求。这里只限于共点力作用下的平衡条件的探讨。在高中阶段我们只能处理质点问题，于是共点力条件总是满足的。超重和失重超重和失重现在已经演化为生活语言，和物理中本来的意义有较大的不同，教材中通过定性和定量地处理，使学生对超重和失重的物理内涵有清晰的是很必要的。竖直上抛、竖直下抛运动是以自由落体运动为基础的，也是常见的运动，教材把这一内容呈现出来，一是想让学生能结合实际，体会自由落体运动的模型价值，同时通过竖直上抛运动的分析和处理，体会如何运用数学知识分析和处理物理问题等。本节前两个例题更接近实际问题，需要综合运用牛顿第三定律二、教学目标【知识与技能】1. 能运用牛顿运动定律解答较复杂的问题牛顿运动定律2. 知道什么是物体处于平衡状态。知道在共点力作用下物体的平衡条件，即合力为零。3. 知道物理学中超重和失重现象的含义。能通过牛顿运动定律对它们进行定量地分析，并能分析和说明一些简单的相关问题。4. 能解答以自由落体运动为基础的竖直方向的运动学问题（竖直上抛、竖直下抛等）【过程与方法】1培养学生的分析推理能力和实验观察能力 2培养学生处理三力平衡问题时一题多解的能力3引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质 【情感、态度与价值观】1渗透“学以致用”的思想，有将物理知识应用于生产和生活实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理问题 2培养学生联系实际、实事求是的科学态度和科学精神三、教学重点1共点力作用下物体的平衡条件及应用2发生超重、失重现象的条件及本质 四、教学难点1共点力平衡条件的应用 2超重、失重现象的实质正确分析受力并恰当地运用正交分解法五、教学方法探究、讲授、讨论、练习六、教学器材多媒体教学设备，体重计、装满水的塑料瓶等七、教学过程新课导入 师：上一节课中我们学习了用牛顿运动定律解决问题的两种方法，根据物体的受力情况确定物体的运动情况和根据物体运动情况求解受力情况这一节我们继续学习用牛顿运动定律解题 师：我们常见的物体的运动状态有哪些种类? 生：我们常见的运动有变速运动和匀速运动，最常见的是物体静止的情况 师：如果物体受力平衡，那么物体的运动情况如何? 生：如果物体受力平衡的话，物体将做匀速直线运动或静止，这要看物体的初速度情况新课教学 一、共点力的平衡条件 师：那么共点力作用下物体的平衡条件是什么? 生：因为物体处于平衡状态时速度保持不变，所以加速度为零，根据牛顿第二定律得：物体所受合力为零 师：同学们列举生活中物体处于平衡状态的实例 生1：悬挂在天花板上的吊灯，停止在路边的汽车，放在地面上的讲桌以及放在讲桌上的黑板擦等等 生2：竖直上抛运动的物体到达最高点的瞬间 师：大家讨论一下竖直上抛的物体到达最高点的瞬间是否处于平衡状态， 学生讨论，回答提问 生1：竖直上抛的最高点物体应该处于平衡状态，因为此时物体速度为零 生2：我不同意刚才那位同学的说法，物体处于平衡状态指的是物体受合力为零的状态，并不是物体运动速度为零的位置处于竖直上抛最高点的物体只是在瞬间速度为零，它的速度立刻就会发生改变，所以不能认为处于平衡状态 师：刚才的同学分析得非常好，大家一定要区分到底是速度为零还是合外力为零时物体处于平衡状态，经过讨论分析我们知道应该是合外力为零时物体处于平衡状态为了加深同学们对这个问题的理解，我们通过一个例子来进一步探究物体的平衡是怎样进行研究的， 多媒体投影课本中的例题、三角形的悬挂结构及其理想化模型 师：轻质细绳中的受力特点是什么? 生：轻质细绳中的受力特点是两端受力大小相等，内部张力处处相等 师：结点o的受力特点是什么? 生：结点o的受力特点是一理想化模型，所受合外力为零 师：我们分析的依据是什么?生：上面的分析借助牛顿第二定律进行，是牛顿第二定律中合力等于零的特殊情况师：同学们把具体的解答过程写出来 投影学生的解答过程 解答：如图472所示,f1、f2、f3三个力的合力为零，表示这三个力在x方向的分矢量之和及y轴方向的分矢量之和也都为零，也就是：f2一flcos0师：在这个同学解题的过程中，他采用的是什么方法?生：正交分解法：将其中任意一个力沿其余两个力的作用线进行分解，其分力必然与其余两个力大小相等师：除了这种方法之外，还有没有其他的方法?生1：可以用力的合成法，任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反生2：也可以用三角形法，将其中任意两个力进行平移，使三个力首尾依次连接起来，应构成一闭合三角形师：总结：处理多个力平衡的方法有很多，其中最常见的就是刚才几位同学分析的这三种方法，即正交分解法、力的合成法和三角形定则这几种方法到底采用哪一种方法进行分析就要看具体的题目，在实际操作的过程中大家可以灵活掌握二、超重和失重 (学生实验)一位同学甲站在体重计上静止，另一位同学说出体重计的示数注意观察接下来的实验现象学生活动：观察实验现象，分析原因师：甲突然下蹲时，体重计的示数是否变化?怎样变化?生：体重计的示数发生了变化，示数变小了师：甲突然站起时，体重计的示数是否变化?怎样变化?生：体重计的示数发生了变化，示数变大师：当人下蹲和突然站起的过程中人受到的重力并没有发生变化，为什么体重计的示数发生了变化呢?生：这是因为当人静止在体重计上时，人处于受力平衡状态，重力和体重计对人的支持力相等，而实际上体重计测量的是人对体重计的压力，在这种静止的情况下，压力的大小是等于重力的而当人在体重计上下蹲或突然站起的过程中，运动状态发生了变化，也就是说产生了加速度，此时人受力不再平衡，压力的大小不再等于重力，所以体重计的示数发生了变化这位同学分析得非常好，我们把物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力叫做物体的视重，当物体运动状态发生变化时，视重就不再等于物体的重力，而是比重力大或小大家再看这样一个问题：多媒体投影例题：人站在电梯中，人的质量为m如果当电梯以加速度。加速上升时，人对地板的压力为多大?学生思考解答生1：选取人作为研究对象，分析人的受力情况：人受到两个力的作用，分别是人的重力和电梯地板对人的支持力由于地板对人的支持力与人对地板的压力是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律，只要求出地板对人的支持力就可以求出人对地板的压力生2：取向上为正方向，根据牛顿第二定律写出支持力f、重力g、质量m、加速度a的方程fg=ma，由此可得：fg+mam(g+a)人对地板的压力f与地板对人的支持力大小相等，即fm(g+a)由于m(g+a)mg，所以当电梯加速上升时，人对地板的压力比人的重力大师：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体受到的重力的现象称为超重现象物体处于超重现象时物体的加速度方向如何呢?生：物体的加速度方向向上师：当物体的加速度方向向上时，物体的运动状态是怎样的?生：应该是加速上升师：大家看这样一个问题：投影展示：人以加速度a减速下降，这时人对地板的压力又是多大?学生讨论回答生1：此时人对地板的压力也是大于重力的，压力大小是：fm(g+a)生2：加速度向上时物体的运动状态分为两种情况，即加速向上运动或减速向下师：大家再看这样几个问题：(投影展示)1人以加速度a加速向下运动，这时人对地板的压力多大?2人随电梯以加速度。减速上升，人对地板的压力为多大?3人随电梯向下的加速度ag，这时人对地板的压力又是多大?师：这几种情况物体对地板的压力与物体的重力相比较哪一个大?生：应该是物体的重力大于物体对地板的压力师：结合超重的定义方法，这一种现象应该称为什么现象?生：应该称为失重现象当物体对支持物的压力和对悬挂物的拉力小于物体重力的现象称为失重师：第三种情况中人对地板的压力大小是多少?生：应该是零师：我们把这种现象叫做完全失重，完全失重状态下物体的加速度等于重力加速度g师：发生超重和失重现象时，物体实际受的重力是否发生了变化?生：没有发生变化，只是物体的视重发生了变化师：为了加深同学们对完全失重的理解，我们看下面一下实验，仔细观察实验现象课堂演示实验：取一装满水的塑料瓶，在靠近底部的侧面打一小孔，让其做自由落体运动生：观察到的现象是水并不从小孔中喷出，原因是水受到的重力完全用来提供水做自由落体运动的加速度了师：现在大家就可以解释人站在台秤上，突然下蹲和站起时出现的现象了三、从动力学看自由落体运动自由落体运动的条件： (1)初速度为零 (2)只受到重力作用自由落体运动是加速度恒为重力加速度的匀加速直线运动。例题3以10m/s的速度从地面竖直上抛一个物体，空气的阻力可以忽略，分别计算0.6s、1.6s后物体的位置（g=10m/s2）。解答：课堂训练1某人站在台秤的底板上，当他向下蹲的过程中( )a.由于台秤的示数等于人的重力，此人向下蹲的过程中他的重力不变，所以台秤的示数也不变b此人向下蹲的过程中，台秤底板既受到人的重力，又受到人向下蹲的力，所以台秤的示数将增大c.台秤的示数先增大后减小 d.台秤的示数先减小后增大答案：d2如图47，4所示，a为电磁铁，c为胶木秤盘，a和c(包括支架)的总质量为m，b为铁片，质量为m，整个装置用轻绳悬挂于o点当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力f的大小为( ) af：mg b.mgf(m+m)g 答案：d3在一个封闭装置中，用弹簧秤称一物体的重力，根据读数与实际重力之间的关系，以下说法中正确的是( )a.读数偏大，表明装置加速上升b读数偏小，表明装置减速下降c.读数为零，表明装置运动加速度等于重力加速度，但无法判断是向上还是向下运动d读数准确，表明装置匀速上升或下降答案：c 小结本节课是牛顿运动定律的具体应用，分别是两种特殊情况，一种是物体受合力为零时物体处于平衡状态时的分析，应该注意三力合成与多力合成的方法，注意几种方法的灵活运用，另一种情况就是物体在竖直方向上做变速运动时超重和失重现象对于这两种现象，我们应该注意以下几个问题：物体处于“超重”或“失重”状态，并不是说物体的重力增大了或减小了(甚至消失了)，地球作用于物体的重力始终是存在的且大小也无变化即使是完全失重现象，物体的重力也没有丝毫变大或变小当然，物体所受重力会随高度的增加而减小，但与物体超、失重并没有联系超(失)重现象是指物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于(小于)重力的现象“超重“失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关，只决定于物体的加速度方向 范例精析例1 如图4-7-3所示，质量为m的物体，在水平力f的作用下，沿倾角为的粗糙斜面向上做匀速运动，试求水平推力的大小。解析 研究对象是质量为m的物体，它做匀速运动处于平衡状态，对它受力分析发现该物体受四个力作用，受力图如图4-7-4所示，对于这类题我们往往采用正交分解法。按图4-7-4示方法建立平面直角坐标，平衡方程为fcosmgsinff=0fnmgcosfsin=0ff=fn解以上方程可得：f=(sin+cos)mg/(cossin)拓展 我们来对解作些讨论，若=cot，f趋向于无限大，也就是说这个物体是推不动的，若cot，f要反向，也说明用图示方向的力无法推动这个物体。例2 如图4-7-5所示，在原来匀速运动的升降机的水平地板上放一物体，受到一个伸长的弹簧的拉力作用，但仍能保持与升降机相对静止现突然发现物体被弹簧拉动，则判定升降机的运动状态可能是（ ）a加速上升 b加速下降 c减速上升 d减速下降 解析 升降机匀速运动时，在水平方向，物体所受的静摩擦力与弹簧的弹力相平衡，若突然发现物体被弹簧拉动，说明最大静摩擦力已经小于弹力，就是说正压力突然变小，物体处于失重状态，它的加速度竖直向下，升降机可能是加速下降或减速上升。本题目正确的选项为bc。 拓展 上题中的物体匀速运动时受到的静摩擦力不一定是最大静摩擦力，但物体突然滑动就说明物体的最大静摩擦力已经小于弹簧的弹力，这就说明了物体的最大静摩擦力减小了。又因为物体的最大静摩擦力与正压力成正比，所以判断正压力变小。 例3 有一根钢丝的最大拉力为100n，在一个运动的电梯中，这根钢丝下悬挂了12的物体恰好没有断，问电梯可能作怎样的运动？（取g= 10m/s2）解析 钢丝的拉力恰为100n，物体一定处于失重状态，所以电梯具有向下的加速度。f合=mg-f=ma,a=5/3m/s2=1.67m/s2.电梯的运动情况有两种可能，一是以1.67m/s2的加速度向下匀加速运动，二是以1.67m/s2的加速度向上匀减速运动。 拓展 假如有个小孩，在地面上可举起10的重物，如果他在电梯中能够举起12的重物，问电梯可能作怎样的运动？（取g= 10m/s2）这个题目与例题3的数据完全相同，只是情景不同而已。部分同学做这个题有困难，主要的原因是研究对象不明确。本题中应该以电梯中的的重物作为研究对象。我们来求这个小孩在以2 m/s2的加速度匀加速上升的电梯中最多能举起质量为多少的物体？设小孩能举起质量为m的物体，以向上为正方向。则f合=f-mg=ma,m=f/(a+g)=100/12=25/3=8. 33。能力训练1、如图4-7-6所示，木块在恒定拉力f作用下沿水平方向向右做直线运动，且速度不断增大，则f与摩擦力的合力方向是（ a ）（）、向上偏右（）、向上偏左（）、水平向左（）、竖直向上2、光滑水平面上，有一木块以速度v向右运动，一根弹簧固定在墙上，如图4-7-7，木块从与弹簧接触直到弹簧被压缩成最短的时间内木块将做的运动是（b ）a匀减速运动 b速度减小，加速度增大c速度减小，加速度减小 d无法确定3、一光滑斜劈，在力f推动下向左匀加速运动，且斜劈上有一木块恰好与斜劈保持相对静止随斜劈一起向左加速，如图4-7-8所示，则木块所受合力的方向为(b)a水平向右 b水平向左 c沿斜面向下 d沿斜面向上 4、雨滴在下降过程中，由于水汽的凝聚，雨滴质量将逐渐增大，同时由于速度逐渐增大，空气阻力也将越来越大，最后雨滴将以某一收尾速度匀速下降，在此过程中(c )雨滴所受到的重力逐渐增大，重力产生的加速度也逐渐增大由于雨滴质量逐渐增大，下落的加速度逐渐减小由于空气阻力增大，雨滴下落的加速度逐渐减小雨滴所受到的重力逐渐增大，但重力产生的加速度不变a b c d5.如图4-7-9所示，放在水平面上的物体在两个方向相反的水平拉力f1、f2作用下静止在水平面上，已知f1=50n,f2=20n。则( ad )a.物体与水平面间的静摩擦力为30nb.若撒去力f1,物体受到的合力为50n,方向向右c.若撤去力f1,物体受到的台力为10n,方向向左d.若撇去力f1,物体受到的合力为06.质量为50g的磁铁块紧吸在竖直放置的铁板上，它们之间的动摩擦因数为0.3。要使磁铁匀速下滑，需向下加1.5n的拉力.那么，如果要使磁铁块匀速向上滑动，应向上施加的拉力大小为( c)a 1.5n b 2n c 2.5n d 3n7.如图4-7-10所示，一个半径为r、重为g的重球,用长度为r的细绳悬挂在光滑的竖直墙壁上。用t表示绳子对球的拉力,用fn表示墙对球的支持力,下列结果中正确的是( b )8一物体置于粗糙的固定斜面上保持静止现用水平力f推物体，如图4-7-11所示当f由零稍许增加时，物体仍保持静止状态，则（ bd）a.物体所受的合力增加 b.斜面对物体的支持力增加c.斜面对物体的摩擦力增加 d.斜面对物体的作用力增加9在轨道上运行的人造卫星中的一切物体都处于完全失重状态，下列仪器在人造卫星中不能正常使用的是（ ac ）a.水银气压计 b.弹簧秤 c.天平 d.水银温度计10容器内盛有部分水，现将容器竖直向上抛出，不计空气阻力，设容器在上抛过程中不发生翻转，那么下列