2022年高中物理 第四章4.6用牛頓定律解決問題（一）教學(xué)案 新人教版必修1

《2022年高中物理 第四章4.6用牛頓定律解決問題（一）教學(xué)案 新人教版必修1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高中物理 第四章4.6用牛頓定律解決問題（一）教學(xué)案 新人教版必修1（6頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高中物理 第四章4.6用牛頓定律解決問題（一）教學(xué)案 新人教版必修1 班級(jí)________姓名________學(xué)號(hào)_____ 學(xué)習(xí)目標(biāo): 1. 進(jìn)一步學(xué)習(xí)分析物體的受力情況，能結(jié)合力的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析。 2. 知道兩類動(dòng)力學(xué)問題。 3. 理解應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解答兩類動(dòng)力學(xué)問題的基本思路和方法。 4. 會(huì)應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解簡(jiǎn)單的兩類問題。 學(xué)習(xí)重點(diǎn): 應(yīng)用牛頓定律解題的一般步驟。 學(xué)習(xí)難點(diǎn): 兩類動(dòng)力學(xué)問題的解題思路。 主要內(nèi)容: 一、動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題 本節(jié)的主要內(nèi)容是在對(duì)物體進(jìn)行受力分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)

2、定律和運(yùn) 動(dòng)學(xué)的知識(shí)來分析解決物體在幾個(gè)力作用下的運(yùn)動(dòng)問題。 1．根據(jù)物體的受力情況(已知或分析得出)確定物體的運(yùn)動(dòng)情況(求任意時(shí)刻的速度、位移等)。其解題基本思路是：利用牛頓第二定律F合=ma求出物體的加速度a；再利用運(yùn)動(dòng)學(xué)的有關(guān)公式（，， 等）求出速度vt和位移s等。 2．根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況(已知)確定物體的受力情況。其解題基本思路是：分析清楚物體的運(yùn)動(dòng)情況(性質(zhì)、已知條件等)，選用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的加速度；再利用牛頓第二定律求力。 3．無論哪類問題，正確理解題意、把握條件、分清過程是解題的前提，正確分析物體受力情況和運(yùn)動(dòng)

3、情況是解題的關(guān)鍵，加速度始終是聯(lián)系運(yùn)動(dòng)和力的紐帶、橋 梁?？僧嫹娇驁D如下： 運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 牛頓第二定律 物體受力情況及其分析 物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化 加速度 4．把動(dòng)力學(xué)問題分成上述兩類基本問題有其實(shí)際重要意義。已知物體受力情況根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律就可確定運(yùn)動(dòng)情況，從而對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)做出明確預(yù)見。如指揮宇宙飛船飛行的科技工作者可以根據(jù)飛船的受力情況確定飛船在任意時(shí)刻的速度和位置。而已知物體運(yùn)動(dòng)情況確定物體受力情況則包含探索性的應(yīng)用。如牛頓根據(jù)天文觀測(cè)積累的月球運(yùn)動(dòng)資料，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律就屬于這種探索。 二、應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的一般步驟

4、 (1)確定研究對(duì)象(在解題時(shí)要明確地寫出來)．可根據(jù)題意選某物體(題設(shè)情景中有多個(gè)物體時(shí)尤顯必要)或某一部分物體或幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象。所選研究對(duì)象應(yīng)是受力或運(yùn)動(dòng)情況清楚便于解題的物體。有的物體雖是涉及對(duì)象但受力或運(yùn)動(dòng)情況不明不能選為研究對(duì)象，需要根據(jù)牛頓第三定律轉(zhuǎn)移研究對(duì)象分析。比如求物體對(duì)地面的壓力，不能選地面為研究對(duì)象而選物體為研究對(duì)象，求得地面對(duì)物體的支持力，再由牛頓第三定律得出物體對(duì)地面的壓力與地面對(duì)物體的支持力大小相等方向相反。 (2)全面分析研究對(duì)象的受力情況，正確畫出受力示意圖?？梢园戳Φ男再|(zhì)——重力、彈力、摩擦力、其他力的次序分析物

5、體所受各個(gè)力的大小和方向；再根據(jù)力的合成知識(shí)求得物體所受合力的大小和方向。也可以根據(jù)牛頓第二定律F合=ma，在加速度a的大小方向已知或可求時(shí)，確定合力F合的大小和方向。牛頓運(yùn)動(dòng)定律研究的對(duì)象是質(zhì)點(diǎn)或可以看成質(zhì)點(diǎn)的物體，因此畫示意圖時(shí)，可以用一方塊一圓圈或一個(gè)點(diǎn)表示物體，各力作用點(diǎn)畫在一個(gè)點(diǎn)(如方塊中心或圓圈中心)上。各力方向一定要畫準(zhǔn)，力線段的長(zhǎng)短要能定性地看出力大小的不同。 (3)全面分析研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況，畫出運(yùn)動(dòng)過程示意簡(jiǎn)圖(含物體所在位置、速度方向、加速度方向等)。特別注意：若所研究運(yùn)動(dòng)過程的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、受力情況并非恒定不變時(shí)，則要把整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程分成幾個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)階段詳細(xì)

6、分析。每個(gè)階段是一種性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。要弄清楚各運(yùn)動(dòng)階段之間的聯(lián)系(如前一階段的末速度就是后一階段的初速度等)。 (4)利用牛頓第二定律(在已知受力情況時(shí))或運(yùn)動(dòng)學(xué)公式(在運(yùn)動(dòng)情況已知時(shí))求出加速度。 (5)利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式(在受力情況已知時(shí))或牛頓運(yùn)動(dòng)定律(在運(yùn)動(dòng)情況已知時(shí))進(jìn)一步解出所求物理量。注意：在求解過程中，要選準(zhǔn)公式、正確運(yùn)算、簡(jiǎn)潔、規(guī)范。要先求出所求物理量的文字表達(dá)式再代人數(shù)字進(jìn)行計(jì)算。各量統(tǒng)一用國(guó)際單位制單位。各已知量的單位不必一一定出，在數(shù)字后面直接寫上所求量的國(guó)際單位制單位即可。 (6)審查結(jié)果是否合理或深入探討所得結(jié)果的物理意義、內(nèi)涵及外

7、延等。 圖3-2-4 【例一】風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中可產(chǎn)生水平方向的、大小可以調(diào)節(jié)的風(fēng)力，先將一套有小球的細(xì)桿放入風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，小球孔徑略大于細(xì)桿直徑，如圖3-2-4所示 （1）當(dāng)桿在水平方向上固定時(shí)，調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小，使小球在桿上勻速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)所受風(fēng)力為小球所受重力的0.5倍，求小球與桿的動(dòng)摩因數(shù). （2）保持小球所示風(fēng)力不變，使桿與水平方向間夾角為37o并固定，則小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離s的時(shí)間為多少（sin370=0.6,cos370=0.8） 【解析】（1）設(shè)小球所受的風(fēng)力為F，支持力為FN、摩擦力為Ff、小球質(zhì)量為m，作小球受力圖，如圖3-2-5所示，當(dāng)桿水平固定，即θ=0時(shí)

8、，由題意得： 圖3-2-5 F=μmg ∴μ=F/mg =0.5mg/mg=0.5 （2）沿桿方向，由牛頓第二定律得： Fcosθ+mgsinθ-Ff =ma ① 在垂直于桿的方向，由共點(diǎn)力平衡條件得： FN+Fsinθ-mgcosθ=0 ② 又： Ff =μN(yùn) ③ 聯(lián)立①②③式解得： a== 將F=0.5 mg代入上式得a=g ④ 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：s=at2

9、 ⑤ 由④⑤得： t== 【答案】 【點(diǎn)撥】當(dāng)物體有沿斜面的加速度時(shí)，我們建立沿斜面和垂直斜面的直角坐標(biāo)系，然后將沒有在這兩個(gè)方向的力沿著兩個(gè)方向正交分解，且沿斜面方向一定有∑Fx=max，而沿垂直斜面的方向有∑Fy=0，（即一對(duì)平衡力），然后聯(lián)立求解可得. 【例二】蹦床是運(yùn)動(dòng)員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目.一個(gè)質(zhì)量為60 kg的運(yùn)動(dòng)員，從離水平網(wǎng)面3.2 m高處自由下落，著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回離水平網(wǎng)面 5.0 m高處.已知運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間為1.2 s.若把在這段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力當(dāng)作恒力處理

10、，求此力的大小.（g=10 m/s2） 【解析】本題知道了物體的運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)先由運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)求出加速度，再由牛頓第二定律求力的大小.選向上的方向?yàn)檎较?，則運(yùn)動(dòng)員自由下落觸網(wǎng)時(shí)速度為v1=- =-8m/s（方向向下）， 離網(wǎng)時(shí)速度為v2= =10m/s（方向向上），由加速度的定義得：15m/s2 由牛頓第二定律得：F-mg=ma可得：F=mg+ma=1.5×103 N. 【答案】1.5×103 N 【點(diǎn)撥】用牛頓第二定律解決力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的問題，先要分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，并弄清楚是已知物體的受力情況還是已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，但不管是哪一類問題，首先要解決物體的加速度，在這里

11、加速度起著橋梁的作用【例一】一個(gè)質(zhì)量m=10kg的物體，在五個(gè)水平方向的共點(diǎn)力作用下靜止在摩擦因數(shù)u=0．4的水平面上，當(dāng)其中F3=100N的力撤消后，求物體在2s末的速度大小、方向和這 2s內(nèi)的位移。取g=10m／s2。 課堂訓(xùn)練： 圖3-6-5 v 1.xx山東,19直升機(jī)懸停在空中向地面投放裝有救災(zāi)物資的箱子，如圖3-6-5所示.設(shè)投放初速度為零．箱子所受的空氣阻力與箱子下落速度的平方成正比，且運(yùn)動(dòng)過程中箱子始終保持圖示姿態(tài).在箱子下落過程中．下列說法正確的是（ ） A.箱內(nèi)物體對(duì)箱子底部始終沒有壓力 B.箱子剛從飛機(jī)上投下時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力

12、最大 C.箱子接近地面時(shí)，箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時(shí)大 D.若下落距離足夠長(zhǎng)，箱內(nèi)物體有可能不受底部支持力而“飄起來” 【答案】C 2.xx年四川，18一物體沿固定斜面從靜止開始向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間t0滑至斜面底端。已知在物體運(yùn)動(dòng)過程中物體所受的摩擦力恒定.若用F、v、s和E分別表示該物體所受的合力、物體的速度、位移和機(jī)械能，則如圖3-6-6所示中可能正確的是 圖3-6-6 F O t t0 A． s O t t0 C． v O t t0 B． E O t t0 D． 【答案】AD 3.xx廣東，1伽利略在

13、著名的斜面實(shí)驗(yàn)中，讓小球分別沿傾角不同、阻力很小的斜面從靜止開始滾下，他通過實(shí)驗(yàn)觀察和邏輯推理，得到的正確結(jié)論有 A．傾角一定時(shí)，小球在斜面上的位移與時(shí)間成正比 B．傾角一定時(shí)，小球在斜面上的速度與時(shí)間成正比 C．斜面長(zhǎng)度一定時(shí)，小球從頂端滾到底端時(shí)的速度與傾角無關(guān) D．斜面長(zhǎng)度一定時(shí)，小球從頂端滾到底端所需的時(shí)間與傾角無關(guān) 【解析】從伽利略斜面實(shí)驗(yàn)中觀察和邏輯推理可知物體沿光滑斜面滾下是勻加速直線運(yùn)動(dòng).a=gsinθ，= gsinθt2，位移與時(shí)間不是正比，所以A錯(cuò)誤；v=at= gsinθt，速度與時(shí)間正比，即B選項(xiàng)正確；物體從光滑斜面下滑機(jī)械能守恒，斜面長(zhǎng)度一定但斜面傾角不同，

14、則物體下滑到底端的速度應(yīng)不同，所以C錯(cuò)誤；從= gsinθt2可知當(dāng)斜面長(zhǎng)度S一定時(shí)，時(shí)間t與傾角θ有關(guān)系，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤. 圖3-6-7 【答案】B 4.xx寧夏，20一有固定斜面的小車在水平面上做直線運(yùn)動(dòng)，小球通過細(xì)繩與車頂相連.小球某時(shí)刻正處于圖3-6-7所示狀態(tài)。設(shè)斜面對(duì)小球的支持力為N，細(xì)繩對(duì)小球的拉力為T，關(guān)于此時(shí)刻小球的受力情況，下列說法正確的是 A.若小車向左運(yùn)動(dòng)，N可能為零 B.若小車向左運(yùn)動(dòng)，T可能為零 C.若小車向右運(yùn)動(dòng)，N不可能為零 D.若小車向右運(yùn)動(dòng)，T不可能為零 【答案】AB 課后作業(yè)： 1.xx全國(guó)I， 15如

15、圖3-6-8所示，一輛有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的小車上有一水平放置的彈簧，其左端固定在小車上，右端與一小球相連，設(shè)在某一段時(shí)間內(nèi)小球與小車相對(duì)靜止且彈簧處于壓縮狀態(tài)，若忽略小球與小車間的摩擦力，則在此段時(shí)間內(nèi)小車可能是 圖3-6-8 A.向右做加速運(yùn)動(dòng) B.向右做減速運(yùn)動(dòng) C.向左做加速運(yùn)動(dòng) D.向左做減速運(yùn)動(dòng) 【解析】彈簧壓縮，小球受向右的彈力，由牛頓第二定律可知，小球的加速度必向右，因此小球可能向右加速或向左減速，故B、C錯(cuò)誤，A、D正確. 【答案】AD 2．某航空公司的一架客機(jī)在正常航線上作水平飛行時(shí)，由于突然受到強(qiáng)大垂直于飛機(jī)的氣流的作用，使飛機(jī)在10 s內(nèi)高度下降1700 m，

16、使眾多未系安全帶的乘客和機(jī)組人員受到傷害，如果只研究飛機(jī)在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，且假定這一運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，試計(jì)算并說明： （1）飛機(jī)在豎直方向上產(chǎn)生的加速度多大？方向怎樣？ （2）安全帶對(duì)乘客的作用力是其重力的多少倍？（g取10 m／s2 ） （3）未系安全帶的乘客，相對(duì)于機(jī)艙向什么方向運(yùn)動(dòng)？最可能受到傷害的是人體什么部位？ （注：飛機(jī)上乘客所系的安全帶是固定連接在飛機(jī)座椅和乘客腰部的較寬的帶子，它使乘客與飛機(jī)座椅連為一體） 【解析】（1）飛機(jī)原先是水平飛行，由于垂直氣流的作用，飛機(jī)在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)可看作初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)得， 將h=1700m，t=10s代入

17、 得a=34m/s2，方向豎直向下. （2）乘客受到重力和安全帶的拉力作用，由牛頓第二定律得F+G=ma，又a=3.4g 解得 F＝2.4G . （3）若乘客未系安全帶，飛機(jī)向下的加速度為34m/s2，人向下的加速度為10m/s2（重力加速度），飛機(jī)向下的加速度大于人的加速度，所以人對(duì)機(jī)艙將向上運(yùn)動(dòng)，會(huì)使頭部受到嚴(yán)重傷害. 【答案】(1)a=34m/s2，方向豎直向下；（2）2.4倍；（3）人對(duì)機(jī)艙將向上運(yùn)動(dòng)，會(huì)使頭部受到嚴(yán)重傷害. 3.xx江蘇,15如圖3-6-4所示直升機(jī)沿水平方向勻速飛往水源取水滅火，懸掛著m=500kg空箱的懸索與豎直方向的夾角θ1＝450.直升

18、機(jī)取水后飛往火場(chǎng)，加速度沿水平方向，大小穩(wěn)定在a=1.5 m/s2時(shí)，懸索與豎直方向的夾角θ2＝140.如果空氣阻力大小不變，且忽略懸索的質(zhì)量，謀求水箱中水的質(zhì)量M。（取重力加速度g=10 m/s2；sin140=0.242；cos 140=0.970） 圖3-6-4 【考點(diǎn)】牛頓第二定律、正交分解 【解析】直升機(jī)取水，水箱受力平衡 T1sinθ1－f=0 ① T1cosθ1－mg=0 ② 由①②得f=mgtanθ1③ 直升機(jī)返回，由牛頓第二定律 T2sinθ2－f=(m+M)a ④ T2sinθ2－(

19、m+M)g=0 ⑤ 由④⑤得，水箱中水的質(zhì)量 M=4.5×103kg. 【答案】M=4.5×103kg. 【點(diǎn)撥】正交分解法廣泛地運(yùn)用于整個(gè)經(jīng)典力學(xué)中，是高考中的熱點(diǎn)，也是用牛頓第二定律解題的最基本的方法，正交分解的宗旨是為了更好地、更簡(jiǎn)單的求合力，簡(jiǎn)單地說，物體在哪個(gè)方向有加速度，就在哪個(gè)方向求合外力，哪個(gè)方向平衡或勻速運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)方向的合外力就為零. 讀材料：我國(guó)古代關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的知識(shí) 在我國(guó)古代著作中，對(duì)于力和運(yùn)動(dòng)問題，已有一定的認(rèn)識(shí)。遠(yuǎn)在春秋時(shí)期成書的《考工記》就有這樣的記載：“馬力既竭，輔猶能一取也?！本褪钦f，馬已停止用力，車還能向前走一段距離

20、。這里雖然沒有得出慣性的概念，但是已經(jīng)注意到了慣性現(xiàn)象。 在《墨經(jīng)》里，還給力下了一個(gè)明確的定義。在《經(jīng)上》第21條里說：“力，形之所以奮也”。這里的“形”就是“物體”， “奮”字在古籍中的意思是多方面的，像由靜到動(dòng)、動(dòng)而愈速、由下上升等都可以用“奮”字。經(jīng)文的意思是說，力是使物體由靜而動(dòng)、動(dòng)而愈速或由下而上的原因。在〈經(jīng)說〉里又說：“力，重之謂”這說明物重，是力的一種表現(xiàn)。從這條經(jīng)文來看，的確可以說我們的祖先在xx多年以前，已經(jīng)對(duì)力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，開始了正確的觀察和研究。 東漢王充所著《論衡》一書《狀留篇》中有這樣一段話： “且圓物投之于地，東西南北無之不可，策杖叩動(dòng)，才微輒停。方物集地，一投而止，及其移徙，須人動(dòng)舉”就是說，圓球投在地上，它的運(yùn)動(dòng)方向，或東或西或南或北是不一定的，但是不論向哪方向運(yùn)動(dòng)，只要用手杖加上一個(gè)微小的力量，就會(huì)停止運(yùn)動(dòng)；方的物體投在地上就會(huì)靜止，必須人用力才能使它發(fā)生位移。這里說明了力是物體運(yùn)動(dòng)變化的原因，也說明了物體的平衡和它的基底的關(guān)系，王充還提出：“車行于陸，船行于溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾”這段話說明了在一定的外力作用下，質(zhì)量越大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變就越困難。