高中物理人教版必修1教案 用牛頓運(yùn)動定律解決問題2

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111 4.7 用牛頓運(yùn)動定律解決問題（二） 教案 1、知識目標(biāo)： 　　（1）能結(jié)合物體的運(yùn)動情況進(jìn)行受力分析． 　?。?）掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決問題的基本思路和方法，學(xué)會用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式解決力學(xué)問題． 2、能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生審題能力、分析能力、利用數(shù)學(xué)解決問題能力、表述能力． 3、情感目標(biāo)：培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣． 教材分析 　　本節(jié)主要通過對典型例題的分析，幫助學(xué)生掌握處理動力學(xué)兩類問題的思路和方法．這兩類問題是：已知物體的受力情況，求解物體的運(yùn)動情況；已知物體的運(yùn)動情況，求解物體的受力． 教法建議 　　1、總結(jié)受力分析的方法，讓學(xué)生能夠正確、快速的對研究對象進(jìn)行受力分析． 　　2、強(qiáng)調(diào)解決動力學(xué)問題的一般步驟是：確定研究對象；分析物體的受力情況和運(yùn)動情況；列方程求解；對結(jié)果的合理性討論．要讓學(xué)生逐步習(xí)慣于對問題先作定性和半定量分析，弄清問題的物理情景后再動筆算，并養(yǎng)成畫情景圖的好習(xí)慣．3、根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，對這部分內(nèi)容分層次要求，即解決兩類基本問題——→解決斜面問題——→較簡單的連接體問題，建議該節(jié)內(nèi)容用2－3節(jié)課完成． 教學(xué)重點(diǎn)：物體的受力分析；應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決兩類問題的方法和思路． 教學(xué)難點(diǎn)：物體的受力分析；如何正確運(yùn)用力和運(yùn)動關(guān)系處理問題． 第一課時 一、受力分析方法小結(jié) 通過基本練習(xí)，小結(jié)受力分析方法．（讓學(xué)生說，老師必要時補(bǔ)充） 1、練習(xí)：請對下例四幅圖中的A、B物體進(jìn)行受力分析． 答案： 2、受力分析方法小結(jié) 　?。?）明確研究對象，把它從周圍物體中隔離出來； 　　（2）按重力、彈力、摩擦力、外力順序進(jìn)行受力分析； 　　（3）注意：分析各力的依據(jù)和方法：產(chǎn)生條件；物體所受合外力與加速度方向相同；分析靜摩擦力可用假設(shè)光滑法． 　　不多力、不丟力的方法：繞物一周分析受力；每分析一力均有施力物體；合力、分力不要重復(fù)分析，只保留實(shí)際受到的力． 二、動力學(xué)的兩類基本問題 　　1、已知物體的受力情況，確定物體的運(yùn)動情況． 　　2、已知物體的運(yùn)動情況，確定物體的受力情況． 　　3、應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解題的一般步驟： 選取研究對象；（注意變換研究對象） 畫圖分析研究對象的受力和運(yùn)動情況；（畫圖很重要，要養(yǎng)成習(xí)慣） 進(jìn)行必要的力的合成和分解；（在使用正交分解時，通常選加速度方向?yàn)橐蛔鴺?biāo)軸方向，當(dāng)然也有例外） 根據(jù)牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式列方程求解；（要選定正方向） 對解的合理性進(jìn)行討論． 習(xí)題精選 　　1、質(zhì)量為2kg的物體，置于水平光滑平面上，用16N的力與水平面成300角斜向上或斜向下加在這個物體上，求兩種情況下物體的加速度大小之比是 ． 　　2、質(zhì)量為3kg的物體靜止在水平地面上，在水平恒力 的作用下運(yùn)動4s末它的速度達(dá)到4m/s．此時將力 撤去，又經(jīng)過6s物體停止運(yùn)動，若地面與物體之間的動摩擦因數(shù)不變，則 的大小為 ． 　　3、如圖所示，車廂內(nèi)光滑的墻壁上，用線拴住一個重球．車靜止時，線的拉力為 ，墻對球的支持力為 ．車向右作加速運(yùn)動時，線的拉力為 ，墻對球的支持力為 ，則這四個力的關(guān)系應(yīng)為： ； ．（填>、<或＝） 　　4、用彈簧秤沿水平方向拉著一個物體在水平面上做勻速直線運(yùn)動，彈簧秤的讀數(shù)是0.8N．后再用彈簧秤沿水平方向拉著這個物體在水平面上做勻加速直線運(yùn)動，當(dāng)彈簧秤的讀數(shù)是2.4N時，測得加速度的大小是0.4m/s2．則這個物體的質(zhì)量為______． 　　5、質(zhì)量為24kg的氣球，以2m/s的速度勻速上升，當(dāng)氣球在200m高處時掉下一個質(zhì)量為4kg的物體．則經(jīng)過5s后氣球的高度為______m．( 取10m/s2) 　　6、一機(jī)動車?yán)煌宪?，由靜止開始在水平軌道上勻加速前進(jìn)，在運(yùn)動開始后的頭10s里走過40m，然后將拖車解脫．但機(jī)車的牽引力仍舊不變，再過10s兩車相距60m．則機(jī)動車和拖車質(zhì)量之比為______．（不計(jì)一切阻力） 　　7、質(zhì)量為1Kg的物體，從傾角為37的斜面上無初速滑下，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.5，則5s內(nèi)物體下滑的最大速度為 ；若物體以10m/s的速度沖上斜面，它能滑行的最大距離是 ．（ ＝10m/s2） 答案：1、1：1 2、5N 3、“＝”；“>” 4、4kg 5、235m 6、2：1 7、10m/s；5m． 第二課時 探究活動 題目：根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，編一份有關(guān)牛頓運(yùn)動定律應(yīng)用的練習(xí)題． 題量：4－6道． 要求：給出題目詳細(xì)解答，并注明選題意圖及該題易錯之處． 評價：可操作性、針對性，可調(diào)動學(xué)生積極性． 已知物體的受力情況確定物體的運(yùn)動情況 　　例1質(zhì)量為10Kg的物體放在水平面上，物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.2，如果用大小40N，方向斜向上與水平方向的夾角為37的恒力作用，使物體沿水平面向右運(yùn)動,求（1）物體運(yùn)動的加速度大小；（2）若物體由靜止開始運(yùn)動，需要多長時間速度達(dá)到8.4m/s，物體的位移多大？ 　　分析與解答： 　?。?）以物體為研究對象，首先對物體進(jìn)行受力分析，如圖1所示．建立平面直角坐標(biāo)系把外力沿兩坐標(biāo)軸方向分解．設(shè)向右為正方向，依據(jù)牛頓第二定律列方程： 　　 　　整理后得到： 　　代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得：物體運(yùn)動加速度大小 =1.68m/s2 　?。?）因?yàn)槲矬w做勻加速直線運(yùn)動，所以根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式可知： 　　∵ 　　∴物體運(yùn)動時間為： s 　　∵ 　　∴物體的位移大小為： m 說明： 　?。?）這是一道已知物體的受力情況，確定物體的運(yùn)動情況的習(xí)題． 　?。?）本題中物體受4個力作用（大于3個力作用），一般在處理力的關(guān)系時用正交分解法． 　?。?）支持力不是外力在豎直方向上的分力；重力大小不等于地面給予的支持力． 已知物體運(yùn)動情況確定物體受力情況 　　例2 一個空心小球從距離地面16m的高處由靜止開始落下，經(jīng)2s小球落地，已知球的質(zhì)量為0.4kg，求它下落過程中所受空氣阻力多大？( =10m/s2) 　　分析與解答：以空心小球?yàn)檠芯繉ο?，根?jù)它的運(yùn)動情況可知，其下落時加速度大小為： 　　 m/s2< 　　說明小球在下落過程中受到向上的空氣阻力作用，小球的受力情況如圖2所示． 　　依據(jù)牛頓第二定律可知： 　　∴小球所受空氣阻力大小為： N 說明： 　　（1）這是一道已知物體的運(yùn)動情況，確定物體的受力情況的習(xí)題． 　?。?）本題可根據(jù)需要加一問：若小球落地后豎直向上反彈到6m高度，設(shè)空氣阻力大小不變，則小球反彈上升的時間為多少？反彈的初速度為多少？所加這一問屬于第一類問題，且注意此時空氣阻力方向向下． 3）物體的運(yùn)動路徑是豎直方向的直線，如各類豎直方向的拋體運(yùn)動，往往要考慮空氣阻力（空氣阻力總是與運(yùn)動方向相反）；又如升降機(jī)內(nèi)隨升降機(jī)一起變速上升和下降的物體的運(yùn)動，這時會出現(xiàn)超重失重現(xiàn)象。 　　怎樣對牛頓運(yùn)動定律的問題進(jìn)行分類不是絕對的。牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用題目很多很雜，除了掌握基本分析方法外，能對題目分類，無疑是對學(xué)習(xí)的總結(jié)也是提高、希望讀者每做完一道題都要注意分析一下這道題目的特點(diǎn)及思考方法，這無疑是大有裨益的。 典型例題 關(guān)于斜面上物體的加速運(yùn)動 　　例3一木塊在傾角為37的斜面上， =10m/s2． 　?。?）若斜面光滑，求木塊下滑時加速度大?。? 　?。?）若斜面粗糙，木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.2，則當(dāng)木塊以某一初速度下滑時，其加速度的大??； 　　（3）若斜面粗糙，木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.2，則當(dāng)木塊以某一初速度上滑時，其加速度的大??； 　　（4）若斜面粗糙，木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.2，木塊質(zhì)量為3Kg，木塊受到沿斜面向上的大小為25.8N的推力作用，則木塊由靜止開始運(yùn)動的加速度大小為多少； 　?。?）其它條件同上問，若木塊受到沿斜面向上的大小為4.2N的推力作用，則木塊由靜止開始運(yùn)動的加速度大小為多少？ 分析與解答： 　?。?）對木塊的受力分析如（圖１）所示． 　　 　　進(jìn)行正交分解后，依據(jù)牛頓第二定律可得： 　　 m/s2 　?。?）對木塊的受力分析如圖示２所示． 　 　　進(jìn)行正交分解后，依據(jù)牛頓第二定律可得： 　　 　　(3) 對木塊的受力分析如圖示３所示． 　　 　　進(jìn)行正交分解后，依據(jù)牛頓第二定律可得： 　　 　　(4) 對木塊的受力分析如圖示４所示．進(jìn)行正交分解后，首先判斷摩擦力和加速度的方向： 　　∵ （N）< 　　∴摩擦力的方向沿斜面向下，加速度的方向沿斜面向上． 　　∴ m/s2 　　(5) 對木塊的受力分析如圖示5所示．進(jìn)行正交分解后，首先判斷摩擦力和加速度的方向： 　　∵ （N）> 　　∴摩擦力的方向沿斜面向上，加速度的方向沿斜面向下． 　　∴ m/s2 　　說明：（1）這是一道關(guān)于斜面上物體運(yùn)動的問題．在這類問題中要特別注意摩擦力方向的問題，必要時必須通過一定的運(yùn)算才能確定（如本題）．（2）在做第二問時可以進(jìn)行討論：設(shè)斜面傾角為 ，當(dāng) 時，物體沿斜面勻速下滑；當(dāng) 時，物體沿斜面減速下滑；當(dāng) 時，物體沿斜面加速下滑． 關(guān)于連接體問題的求解 處理連接體問題的基本方法 　　1、若連接體中各個物體產(chǎn)生的加速度相同，則可采用整體法求解該整體產(chǎn)生的加速度． 　　2、若連接體中各個物體產(chǎn)生的加速度不同，則一般不可采用整體法．（若學(xué)生情況允許，可再提高觀點(diǎn)講） 　　3、若遇到求解連接體內(nèi)部物體間的相互作用力的問題，則必須采用隔離法． 以上各問題均通過典型例題落實(shí)． 　　例4　　如圖1所示，物體A和B靠在一起放在光滑水平面上，物體A受到水平向右的推力，大小為10N，已知物體A的質(zhì)量為2kg，物體B的質(zhì)量為3kg，求物體A運(yùn)動的加速度及物體A、B間的相互作用力． 　　分析與解答： 　?。?）由題意可知物體A、B將以共同的加速度運(yùn)動，因此求解加速度的問題可以選用隔離法和整體法兩種． 　　法一：用隔離法，分別以物體A和B為研究對象進(jìn)行受力分析，如圖9所示．依據(jù)牛頓第二定律可知： 　　對A： 　　對B： 　　聯(lián)立解得： （m/s2） 方向：水平向右 　　法二：用整體法，以物A和B整體為研究對象進(jìn)行受力分析，如圖10所示．依據(jù)牛頓第二定律可知： 對整體： （m/s2） 方向：水平向右 　?。?）求解物體間相互作用力，即求解圖示中的 時，必須用隔離法．以物體A為研究對象，依據(jù)牛頓第二定律可知： 　　 　　 （m/s2） 　　∴物體間的相互作用力大小為6N．或以物體A為研究對象，依據(jù)牛頓第二定律可知： 　　 　　 （m/s2） 　　∴物體間的相互作用力大小為6N． 說明： 　?。?）這是一道關(guān)于連接體運(yùn)動的基本問題，學(xué)生應(yīng)該掌握關(guān)于這類問題的解題思路和方法．在處理這類問題時，要學(xué)會靈活地選取研究對象． 　?。?）在對這類題進(jìn)行受力分析時，學(xué)生常會犯兩類錯誤，一類是把力 畫到物體 上，要讓學(xué)生清除力是不可以傳遞的； 　?。?）在分析物體 受力時丟掉物體 給它的作用力 ，要強(qiáng)調(diào)力是物體間的相互作用． 　?。?）此題可以擴(kuò)展為地面有摩擦的情況；或把 、 兩物體摞在一起，用一個力推其中一個物體，并設(shè)計(jì)相關(guān)問題． 　?。?）如果學(xué)生情況允許，可以涉及整體加速度不同的問題，交給學(xué)生如何快速、簡單地處理問題的方法． 111