《2022年高中物理必修一人教版教案：4-7 用牛頓定律解決問題（二）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高中物理必修一人教版教案：4-7 用牛頓定律解決問題（二）（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2022年高中物理必修一人教版教案：4-7 用牛頓定律解決問題（二） 項目內(nèi)容課題用牛頓定律解決問題（二）修改與創(chuàng)新教學(xué)目標知識與技能 1.掌握共點力的平衡條件，會用來解決有關(guān)平衡問題. 2.知道超重和失重的概念，知道超重和失重產(chǎn)生的條件. 3.能從動力學(xué)的角度理解自由落體運動. 過程與方法 1.通過運用牛頓定律解決平衡問題和超重、失重問題，培養(yǎng)學(xué)生運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的思維意識. 2.通過體驗電梯內(nèi)的超、失重現(xiàn)象和觀察分析體重計上的下蹲過程中的現(xiàn)象，體會物理學(xué)的研究方法. 情感態(tài)度與價值觀 通過搜集航天器中的超、失重現(xiàn)象，了解我國航天科技的成就，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和提高對科學(xué)知識的興趣
2、.教學(xué)重、難點教學(xué)重點 1.共點力作用下物體的平衡. 2.超重和失重.教學(xué)難點 超重和失重.教學(xué)準備天平、砂漏、帶小孔的礦泉水瓶、三角板、投影儀、臺秤.課型課時安排1教學(xué)過程導(dǎo)入新課 實驗導(dǎo)入1 如圖4-7-1所示，找兩個完全相同的砂漏，分別放在托盤天平的兩個托盤上.調(diào)節(jié)天平，使兩托盤保持平衡，當把左邊的一只砂漏倒置后立即放到天平上，在細砂流下的過程你能觀察到什么現(xiàn)象.思考一下，看能否找出其中的原因. 圖4-7-1 圖4-7-2 實驗導(dǎo)入2 將一個礦泉水瓶的底部及瓶的兩側(cè)各開幾個細孔，用塞子堵住小孔，向瓶內(nèi)注入清水.打開塞子，正常情況下，水就會從小孔內(nèi)噴射出來，這是水的重力產(chǎn)生的壓強對瓶壁作用
3、的結(jié)果.如圖4-7-2，現(xiàn)在讓瓶子從空中自由下落，則觀察到水不再向外噴射，這究竟是什么原因呢？ 復(fù)習導(dǎo)入 師生共同回憶： 1.力的正交分解法. 力合成的平行四邊形定則.2.自由落體運動的規(guī)律勻變速直線運動的規(guī)律3.牛頓第二定律：F=ma,特點推進新課 一、共點力的平衡條件 桌上的書、屋頂?shù)臒?，雖然都受到力的作用，但都保持靜止.火車車廂受到重力、支持力、牽引力、阻力作用，但仍可能做勻速直線運動. 如果一個物體在力的作用下保持靜止或勻速直線狀態(tài)，我們就說這個物體處于平衡狀態(tài). 問題1：處于平衡狀態(tài)的物體有什么特點？物體若受多個共點力保持平衡，應(yīng)滿足什么條件？ 討論：（1）處于平衡狀態(tài)的物體，其狀態(tài)
4、不發(fā)生變化，加速度為0. （2）根據(jù)牛頓第二定律F=ma,當物體處于平衡狀態(tài)時，加速度為0，因而物體所受的合外力F=0. 結(jié)論：共點力作用下物體的平衡條件是合力為0. 問題2：若一個物體受三個力而處于平衡狀態(tài)，則其中一個力與另外兩個力的合力間滿足怎樣的關(guān)系？ 這個結(jié)論是否可以推廣到多個力的平衡？ 討論：三個力平衡，合外力為零，則其中一個力與另外兩個力的合力必定大小相等、方向相反.推廣到多個力的平衡，若物體受多個力的作用而處于平衡狀態(tài)，則這些力中的某一個力一定與其余力的合力大小相等、方向相反. 例1課件展示教材中例題、三角形懸掛結(jié)構(gòu)及其理想化模型. 懸掛路燈的一種三角形結(jié)構(gòu) F1、F2的大小與角
5、有什么關(guān)系？圖4-7-3 圖4-7-4 學(xué)生交流討論，并寫出規(guī)范解題過程. 課件展示學(xué)生解題過程. 解析：F1、F2、F3合力為0，則這三個力在x方向的分矢量之和及y方向的分矢量之和也都為0，即 F2-F1cos=0 F1sin-F3=0 解組成的方程F1= F2=F1cos=. 應(yīng)用拓展：根據(jù)解題結(jié)果，在此類路燈等的安裝過程中應(yīng)該注意哪些問題？ 討論交流：由公式看出當很小時，sin和tan都接近0，F(xiàn)1、F2就會很大.對材料強度要求很高，所以鋼索的固定點A不能距B太近.但A點過高則材料消耗過多.所以要結(jié)合具體情況適當選擇角.課堂訓(xùn)練 若利用推論“三個力平衡，則某一個力與其余兩個力的合力大小相
6、等、方向相反”解題，則該題如何解決？圖4-7-5 解析：由平衡條件F1、F2的合力與F3等大反向，即 F=F3=G 由力的矢量三角形的邊角關(guān)系 F1= F2=. 總結(jié)：物體受到三個共點力而處于平衡狀態(tài)，利用推論：任兩個力的合力與第三個力等大反向，結(jié)合力的合成的平行四邊形定則可使解題更加簡潔明了.受三個以上共點力平衡時多用正交分解法和力的獨立作用原理解題. 二、超重和失重 例2如圖4-7-6，人的質(zhì)量為m，當電梯以加速度a加速上升時，人對地板的壓力F是多大？圖4-7-6 電梯啟動、制動時，體重計的讀數(shù)怎樣變化？ 分析：人受到兩個力：重力G和電梯地板的支持力F.地板對人的支持力F與人對地板的壓力F
7、是一對作用力反作用力.根據(jù)牛頓第三定律，只要求出F就可知道F. 電梯靜止時，地板對人的支持力F與人所受的重力G相等，都等于mg.當電梯加速運動時，這兩個力還相等嗎？ 根據(jù)牛頓定律列出方程，找出幾個力之間及它們與加速度之間的關(guān)系，這個問題就解決了. 解析：取向上的方向為正方向，根據(jù)牛頓第二定律寫出關(guān)于支持力F、重力G、質(zhì)量m、加速度a的方程. F-G=ma F=G+ma F=m(g+a) 人對地板的壓力F與地板對人的支持力F的大小相等，即F=m(g+a). 討論：當電梯加速上升（或減速下降）時,a0,m(g+a)mg,人對地板的壓力比人受到的重力大. 超重現(xiàn)象：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦?/p>
8、力）大于物體所受重力的現(xiàn)象，稱為超重現(xiàn)象. 超重現(xiàn)象產(chǎn)生的條件：物體具有豎直向上的加速度，即做加速上升或減速下降運動.當電梯加速下降（或減速上升）時，加速度向下,a0,m(g+a)mg.人對電梯地板的壓力比重力小. 失重現(xiàn)象：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象，稱為失重現(xiàn)象. 失重現(xiàn)象產(chǎn)生的條件：物體具有豎直向下的加速度，即做加速下降或減速上升運動. 如果物體以大小等于g的加速度豎直下落，則m(g+a)=0，物體對支持物、懸掛物完全沒有作用力，好像完全沒有重力作用，這種狀態(tài)是完全失重狀態(tài). 特別提示：（1）當系統(tǒng)中的一部分物體具有向上（或向下）的加速度時，它對支持物的
9、壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┮矔笥冢ɑ蛐∮冢┫到y(tǒng)的重力，這種現(xiàn)象稱為部分超（或失）重現(xiàn)象. （2）物體在超重和失重過程中所受到的重力并沒有變化，變化的只是重力產(chǎn)生的作用效果.物體具有向上的加速度時，它的重力產(chǎn)生的效果加強，這就是超重；當物體具有向下的加速度時，它的重力的作用效果減弱，這就是失重；當物體具有向下的大小為g的加速度時，重力產(chǎn)生的效果完全消失，這就是完全失重現(xiàn)象. 做一做人站在體重計上，分別下蹲或起立時，觀察體重計示數(shù)的變化情況，并解釋這種現(xiàn)象. 觀察與描述圖4-7-7 下蹲前，體重計的示數(shù)等于人的重力；剛開始下蹲時，體重計示數(shù)減??；在下蹲結(jié)束時，體重計的示數(shù)又增加到大于人的重力.最后
10、下蹲完成后,體重計的示數(shù)再次與人的重力相等. 站立過程中，開始時體重計示數(shù)大于人所受到的重力.然后體重計示數(shù)再減小，小于人所受到的重力.最后穩(wěn)定時，體重計示數(shù)再次與人的重力相等. 討論交流 下蹲前，人處于靜止狀態(tài)，重力和人受到的支持力是一對平衡力，大小相等、方向相反，人對體重計的壓力與人受到的支持力是作用力反作用力，故體重計示數(shù)與重力相等；剛開始下蹲時，人的重心具有向下的加速度而處于失重狀態(tài)，因而人對體重計的壓力小于人本身的重力，體重計示數(shù)減??；下降到一定階段后人重心必然要減速下降，具有向上的加速度而處于超重狀態(tài)，對體重計的壓力大于人本身的重力.因而體重計的示數(shù)大于本身的重力；當人完全靜止時，
11、又處于平衡狀態(tài)，而示數(shù)等于重力. 站立過程開始時，人的重心向上加速，具有向上的加速度，處于超重狀態(tài)，故示數(shù)大于人的重力；站到某一程度，重心又開始做向上的減速運動，加速度方向向下，處于失重狀態(tài)，此時示數(shù)小于人的重力. 拓展深化：完全失重狀態(tài)下，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失，天平不能再通過正常的操作而測量物體的質(zhì)量；浸在液體中的物體不再受到浮力的作用；液柱也不再產(chǎn)生向下的壓強等.課堂訓(xùn)練 （課件展示） 彈簧上掛著一個質(zhì)量m=1 kg的物體，在下列各種情況下，彈簧秤的示數(shù)各為多少？（取g=10 m/s2） （1）以v=5 m/s速度勻速下降. （2）以a=5 m/s2的加速度豎直加速上升
12、. （3）以a=5 m/s2的加速度豎直加速下降. （4）以重力加速度g豎直減速上升.圖4-7-8 解析：對物體受力分析，如圖4-7-8所示. （1）勻速下降時，由平衡條件得F=mg=10 N. (2)以向上為正方向，由牛頓第二定律 F-mg=ma F=m(g+a)=15 N. (3)取向下方向為正方向，由牛頓第二定律mg-F=ma F=m(g-a)=5 N. （4）取向下方向為正方向，由牛頓第二定律 mg-F=mg F=0 N 處于完全失重狀態(tài). 三、從動力學(xué)看自由落體運動 在第二章，我們通過實驗研究了自由落體運動，知道它是加速度不變的勻變速直線運動.那時，我們只分析了這個現(xiàn)象，沒有考慮它的
13、加速度為什么不變，要回答這個問題就要分析它的受力情況了. 物體做自由落體運動有兩個條件： 第一，物體是從靜止開始下落的，即運動的初速度是零. 第二，運動過程中，它只受重力的作用. 根據(jù)牛頓第二定律，物體運動的加速度與它受的力成正比，加速度的方向與力的方向相同.下落過程中重力的大小、方向都不變，所以加速度的大小、方向也是恒定的. 例3以10 m/s的速度從地面豎直向上拋出一個物體，空氣阻力可以忽略，分別計算0.6 s、1.6 s后物體的位置.（取g=10 m/s2） 分析：這個物體的運動不是自由落體運動，但與自由落體運動相似，它在運動過程中也只受重力的作用，因此它的加速度也是g,大小、方向都不變
14、.由于物體的初速度、加速度都是沿豎直方向的，所以它的運動也不可能偏離豎直方向.結(jié)論：這個物體在豎直方向做勻變速直線運動，可以應(yīng)用勻變速運動的規(guī)律.圖4-79 以地面為原點，方向向上建立坐標軸. 解析：以地面為原點，建立豎直向上的坐標軸，初速度方向與坐標方向一致，取正號；加速度方向向下，與坐標軸方向相反，取負號，a=-g=-10 m/s2, t1=0.6 s，t2=1.6 s. 根據(jù)勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系可以得到 x1=v0t1+at12=100.6+(-10)0.62 m=4.2 m x2=v0t2+at22=101.6+(-10)1.62 m=3.2 m 拋出0.6 s后物體位于地
15、面以上4.2 m的位置，1.6 s后位于地面以上3.2 m的位置. 設(shè)疑：一個豎直向上拋出的物體為什么1.6 s時的位置反而比0.6 s時更低？ 實際上，豎直向上拋出的物體不可能永遠向上運動.由于重力的作用，它的加速度向下，與速度方向相反，運動會越來越慢，速度逐漸變?yōu)榱?但是物體不可能停在空中，它隨即會向下運動.盡管向下運動與向上運動速度方向不同，但受力情況完全相同，所以兩個運動階段的加速度（大小、方向）也相同，仍是常量g.例題中算出的1.6 s時的位置，就是物體到達最高點后返回時所處的位置. 問題拓展：讓學(xué)生課下討論例3中物體能夠達到的最大高度是多少？課堂訓(xùn)練 （課件展示） 在距離地面高度h
16、=20 m處，將一個小球以v0=10 m/s的速度豎直向上拋出，求t=3 s時物體的速度和位移. 解析：以拋出點為坐標原點建立豎直向上的坐標系. 根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律v=v0+at a=-g 得到v=v0-gt=(10-103) m=-20 m/s 負號表示速度方向向下，即小球向下運動. x=v0t+at2=v0t-gt2=(103-1032) m=-15 m 負號表示小球在拋出點下方15 m處. 答案：-20 m/s -15 m 問題：速度與位移均為負值，它們有什么含義呢？ 討論與交流：以豎直向上的方向為坐標軸正方向.若速度值為正，則物體速度豎直向上，處于上升過程；相反，若速度值為負，則
17、說明物體方向與正方向相反，處于下降過程.若求得位移值為正值，則此時物體在拋出點之上某位置處；若求得位移值為負，說明此時物體位于拋出點之下某位置處.課堂小結(jié) 牛頓運動定律結(jié)合運動學(xué)的基本規(guī)律，原則上可以解決所有的動力學(xué)問題.教材先從平衡狀態(tài)的定義指出處于平衡狀態(tài)的物體加速度等于0，然后根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)得出共點力作用下的平衡條件.接著從對牛頓第二定律在豎直方向上的應(yīng)用的實例中引出超重和失重的概念，并對其中的規(guī)律和特點作了介紹.最后從動力學(xué)的角度重新對落體運動的性質(zhì)和規(guī)律進行研究，使前后知識點融匯貫通，深化對所學(xué)知識的理解.布置作業(yè) 教材第90頁“問題與練習”1、4、5題.板書設(shè)計教學(xué)反思用牛頓定律解決問題（二） 1.平衡狀態(tài)：物體保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài) 共點力的平衡條件：在共點力作用下物體的平衡條件是合力為0 2.超重和失重 （1）超重：物體具有豎直向上的加速度時，對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象，稱為超重現(xiàn)象 （2）失重：物體具有豎直向下的加速度時，對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象，稱為失重現(xiàn)象
2022年高中物理必修一人教版教案：4-7 用牛頓定律解決問題（二）
