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1、2022年高中物理 第四章 第七節(jié) 用牛頓運動定律解決問題(二)教案 新人教版必修1
【課型】新授課 【課時】1課時
【教學目標】
知識與技能
1.能運用牛頓運動定律解答較復雜的問題。
2.知道什么是物體處于平衡狀態(tài),知道在共點力作用下物體的平衡條件,即合力為0。
3.知道物理學中超重和失重現(xiàn)象的含義,能夠通過牛頓定律對它們進行定量的分析,并能分析和說明一些簡單的相關問題。
4.能夠解答以自由落體運動為基礎的豎直方向的運動的運動學問題(豎直上拋、豎直下拋等)。
過程與方法
1.培
2、養(yǎng)學生的分析推理能力和實驗觀察能力.
2.培養(yǎng)學生處理三力平衡問題時一題多解的能力.
3.引導幫助學生歸納總結發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及實質.
情感態(tài)度與價值觀
1.滲透“學以致用”的思想,有將物理知識應用于生產(chǎn)和生活實踐的意識,勇于探究與日常生活有關的物理問題.
2.培養(yǎng)學生聯(lián)系實際、實事求是的科學態(tài)度和科學精神.
教學重點、難點:
教學重點
1.共點力作用下物體的平衡條件及應用.
2.發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及本質.
教學難點
1.共點力平衡條件的應用.
2.超重、失重現(xiàn)象的實質.正確分析受力并恰當?shù)剡\用正交分解法.
教學方法
3、:
探究、講授、討論、觀察、思考、歸納
【教學過程】
【新課導入】
【問題】一節(jié)課學習了用牛頓運動定律解決問題的兩種方法,根據(jù)物體的受力情況確定物體的運動情況和根據(jù)物體運動情況求解受力情況.常見的物體的運動狀態(tài)有哪些種類?
【回答】常見的運動有變速運動和勻速運動,最常見的是物體靜止的情況.
【問題】如果物體受力平衡,那么物體的運動情況如何?
【回答】如果物體受力平衡的話,物體將做勻速直線運動或靜止,這要看物體的初速度情況.
【新課教學】
7 用牛頓運動定律解決問題(二)
一、共點力的平衡條件
【問題】那么共點力作用下物體的平衡條件是什么?
【回答】因為物體處于平衡狀
4、態(tài)時速度保持不變,所以加速度為零,根據(jù)牛頓第二定律得:物體所受合力為零.
【問題】同學們列舉生活中物體處于平衡狀態(tài)的實例.
【回答】懸掛在天花板上的吊燈,停止在路邊的汽車,放在地面上的講桌以及放在講桌上的黑板擦等等.豎直上拋運動的物體到達最高點的瞬間.
【討論】豎直上拋的物體到達最高點的瞬間是否處于平衡狀態(tài),
【點撥】物體處于平衡狀態(tài)指的是物體受合力為零的狀態(tài),并不是物體運動速度為零的位置.處于豎直上拋最高點的物體只是在瞬間速度為零,它的速度立刻就會發(fā)生改變,所以不能認為處于平衡狀態(tài).
【總結】在共點力作用下物體的平衡條件是合力為0.
【過渡】區(qū)分到底是速度為零還是合外力為零
5、時物體處于平衡狀態(tài),經(jīng)過討論分析可知應該是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài).為了加深對這個問題的理解,通過一個例題來進一步探究物體的平衡是怎樣進行研究的。
【例題1】 城市中的路燈,無軌電車的供電線路等,經(jīng)常用三解形的結構懸掛。圖為這類結構的一種簡化模型。圖中硬桿OB可繞通過B點且垂直于紙面的軸轉動,鋼索和桿的重量都可忽略。如果懸掛物的重量為G,角AOB等于θ,鋼索OA對O點的拉力和桿OB對O點的支持力各是多大?
【分析】
【問題】輕質細繩中的受力特點是什么?
【回答】輕質細繩中的受力特點是兩端受力大小相等,內部張力處處相等.
【問題】節(jié)點O的受力特點是什么?
【回答】節(jié)點O的受力
6、特點是一理想化模型,所受合外力為零.
【問題】我們分析的依據(jù)是什么?
【回答】上面的分析借助牛頓第二定律進行,是牛頓第二定律中合力等于零的特殊情況.
【解析】如圖所示,F(xiàn)1、F2、F3三個力的合力為零,表示這三個力在x方向的分矢量之和及y軸方向的分矢量之和也都為零,也就是:
F2-F1cosθ=0
F1sinθ-F3=0
由以上兩式解出鋼索OA受到的拉力F1
硬桿OB的支持力F2
【問題】在這個同學解題的過程中,他采用的是什么方法?
【回答】正交分解法:將其中任意一個力沿其余兩個力的作用線進行分解,其分力必然與其余兩個力大小相等.
【問題】除了這種方法之外,
7、還有沒有其他的方法?
【回答】可以用力的合成法,任意兩個力的合力與第三個力大小相等,方向相反;也可以用三角形法,將其中任意兩個力進行平移,使三個力首尾依次連接起來,應構成一閉合三角形.
【總結】處理多個力平衡的方法有很多,其中最常見的就是:正交分解法、力的合成法和三角形定則.這幾種方法到底采用哪一種方法進行分析就要看具體的題目,在實際操作的過程中可以靈活掌握.
二、超重和失重
【過渡】把物體對支持物的壓力或對懸掛物的拉力叫做物體的視重,當物體運動狀態(tài)發(fā)生變化時,視重就不再等于物體的重力,而是比重力大或小.
【演示】
【問題】突然下蹲時,體重計的示數(shù)是否變化?怎樣變化?
8、
【回答】體重計的示數(shù)發(fā)生了變化,示數(shù)變小了.
【問題】突然站起時,體重計的示數(shù)是否變化?怎樣變化?
【回答】體重計的示數(shù)發(fā)生了變化,示數(shù)變大.
【問題】當人下蹲和突然站起的過程中人受到的重力并沒有發(fā)生變化,為什么體重計的示數(shù)發(fā)生了變化呢?
【回答】這是因為當人靜止在體重計上時,人處于受力平衡狀態(tài),重力和體重計對人的支持力相等,而實際上體重計測量的是人對體重計的壓力,在這種靜止的情況下,壓力的大小是等于重力的.而當人在體重計上下蹲或突然站起的過程中,運動狀態(tài)發(fā)生了變化,也就是說產(chǎn)生了加速度,此時人受力不再平衡,壓力的大小不再等于重力,所以體重計的示數(shù)發(fā)生了變化.
【例題2】人站在電
9、梯中,人的質量為m.如果當電梯以加速度a加速上升時,人對地板的壓力為多大?
【分析】選取人作為研究對象,分析人的受力情況:人受到兩個力的作用,分別是人的重力和電梯地板對人的支持力.由于地板對人的支持力與人對地板的壓力是一對作用力與反作用力,根據(jù)牛頓第三定律,只要求出地板對人的支持力就可以求出人對地板的壓力.
【解析】取向上為正方向,根據(jù)牛頓第二定律寫出支持力F、重力G、質量m、加速度a的方程F-G=ma,由此可得:F=G+ma=m(g+a)
人對地板的壓力F′與地板對人的支持力大小相等,即F′=m(g+a)
由于m(g+a)>mg,所以當電梯加速上升時,人對地板的壓力比人的重力大.
10、
【總結】物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)大于物體受到的重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象.
【問題】物體處于超重現(xiàn)象時物體的加速度方向如何呢?
【回答】物體的加速度方向向上.
【問題】當物體的加速度方向向上時,物體的運動狀態(tài)是怎樣的?
應該是加速上升.
【問題】人以加速度a減速下降,這時人對地板的壓力又是多大?
【回答】此時人對地板的壓力也是大于重力的,壓力大小是:F=m(g+a).
【回答】加速度向上時物體的運動狀態(tài)分為兩種情況,即加速向上運動或減速向下. 物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)大于物體受到的重力,物體處于超重狀態(tài)。
【展示】
【問題】人以加速度a加速向下
11、運動,這時人對地板的壓力多大?
【回答】 \
【問題】人隨電梯以加速度。減速上升,人對地板的壓力為多大?
【回答】
【總結】當物體對支持物的壓力(對懸掛物的拉力)小于物體重力的現(xiàn)象稱為失重.
【問題】人隨電梯向下的加速度a=g,這時人對地板的壓力又是多大?
【回答】
【總結】如果物體正好以大小等于g方向豎直向下的加速度做勻變速運動,這時物體對支持物、懸掛物完全沒有作用力,好像完全沒有了重力作用,這種狀態(tài)是完全失重.
【問題】發(fā)生超重和失重現(xiàn)象時,物體實際受的重力是否發(fā)生了變化?
【回答】沒有發(fā)生變化,只是物體的視重發(fā)生了變化.
【總結】物體處于“超重
12、”或“失重”狀態(tài),并不是說物體的重力增大了或減小了(甚至消失了),地球作用于物體的重力始終是存在的且大小也無變化.即使是完全失重現(xiàn)象,物體的重力也沒有絲毫變大或變小.當然,物體所受重力會隨高度的增加而減小,但與物體超、失重并沒有聯(lián)系.超(失)重現(xiàn)象是指物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)大于(小于)重力的現(xiàn)象.“超重”“失重”現(xiàn)象與物體運動的速度方向和大小均無關,只決定于物體的加速度方向.
三、從動力學看自由落體運動
【例題3】以10m/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0.6s、1.6s后物體的位置(取g = 10m/s2).
【分析】 這個物體的運動不是
13、自由落體運動,但與自由落體相似,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。由于物體的初速度、加速度都是沿豎直方向的,所以它的運動不可能偏離豎直方向。
【解析】以地面為原點,豎直向上建立坐標系,初速度的方向與坐標方向一致所以取正號,;加速度的方向向下,與坐標軸的方向相反,所以取負號,,,。
【說一說】
例題3中的物體能夠到達的最大高度是多少?
【點撥】到達最大高度時物體的速度是0,所以
【課時小結】
本節(jié)課是牛頓運動定律的具體應用,分別是兩種特殊情況,一種是物體受合力為零時物體處于平衡狀態(tài)時的分析,應該注意三力合成與多力合成的方法,注意幾種方法的靈活運用,另一種情況就是物體在豎直方向上做變速運動時超重和失重現(xiàn)象.
【布置作業(yè)】
課本P91 1,2,3,4.
【板書設計】
7 用牛頓定律解決問題(二)
一、共點力的平衡條件
在共點力的作用下物體的平衡條件是合力為零
二、超重和失重
超重: 當物體加速度方向向上時,物體處于超重狀態(tài)
物體的運動情況:加速上升或減速下降
失重:當物體加速度方向向下時,物體處于失重狀態(tài)
物體的運動情況:減速上升或加速下降
完全失重:物體下落的加速度等于重力加速度
三、從動力學看自由落體運動