高中物理人教版必修1教案 用牛頓運動定律解決問題2

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111 4.7 用牛頓運動定律解決問題（二） 教案 1、知識目標： 　?。?）能結合物體的運動情況進行受力分析． 　?。?）掌握應用牛頓運動定律解決問題的基本思路和方法，學會用牛頓運動定律和運動學公式解決力學問題． 2、能力目標：培養(yǎng)學生審題能力、分析能力、利用數(shù)學解決問題能力、表述能力． 3、情感目標：培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，養(yǎng)成良好的思維習慣． 教材分析 　　本節(jié)主要通過對典型例題的分析，幫助學生掌握處理動力學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，求解物體的運動情況；已知物體的運動情況，求解物體的受力． 教法建議 　　1、總結受力分析的方法，讓學生能夠正確、快速的對研究對象進行受力分析． 　　2、強調(diào)解決動力學問題的一般步驟是：確定研究對象；分析物體的受力情況和運動情況；列方程求解；對結果的合理性討論．要讓學生逐步習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)成畫情景圖的好習慣．3、根據(jù)學生的實際情況，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． 教學重點：物體的受力分析；應用牛頓運動定律解決兩類問題的方法和思路． 教學難點：物體的受力分析；如何正確運用力和運動關系處理問題． 第一課時 一、受力分析方法小結 通過基本練習，小結受力分析方法．（讓學生說，老師必要時補充） 1、練習：請對下例四幅圖中的A、B物體進行受力分析． 答案： 2、受力分析方法小結 　?。?）明確研究對象，把它從周圍物體中隔離出來； 　?。?）按重力、彈力、摩擦力、外力順序進行受力分析； 　?。?）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、分力不要重復分析，只保留實際受到的力． 二、動力學的兩類基本問題 　　1、已知物體的受力情況，確定物體的運動情況． 　　2、已知物體的運動情況，確定物體的受力情況． 　　3、應用牛頓運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動情況；（畫圖很重要，要養(yǎng)成習慣） 進行必要的力的合成和分解；（在使用正交分解時，通常選加速度方向為一坐標軸方向，當然也有例外） 根據(jù)牛頓運動定律和運動學公式列方程求解；（要選定正方向） 對解的合理性進行討論． 習題精選 　　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 的作用下運動4s末它的速度達到4m/s．此時將力 撤去，又經(jīng)過6s物體停止運動，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 ．車向右作加速運動時，線的拉力為 ，墻對球的支持力為 ，則這四個力的關系應為： ； ．（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動，當彈簧秤的讀數(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、一機動車拉一拖車，由靜止開始在水平軌道上勻加速前進，在運動開始后的頭10s里走過40m，然后將拖車解脫．但機車的牽引力仍舊不變，再過10s兩車相距60m．則機動車和拖車質(zhì)量之比為______．（不計一切阻力） 　　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)自己的學習情況，編一份有關牛頓運動定律應用的練習題． 題量：4－6道． 要求：給出題目詳細解答，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)動學生積極性． 已知物體的受力情況確定物體的運動情況 　　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動,求（1）物體運動的加速度大??；（2）若物體由靜止開始運動，需要多長時間速度達到8.4m/s，物體的位移多大？ 　　分析與解答： 　?。?）以物體為研究對象，首先對物體進行受力分析，如圖1所示．建立平面直角坐標系把外力沿兩坐標軸方向分解．設向右為正方向，依據(jù)牛頓第二定律列方程： 　　 　　整理后得到： 　　代入相關數(shù)據(jù)解得：物體運動加速度大小 =1.68m/s2 　?。?）因為物體做勻加速直線運動，所以根據(jù)運動學公式可知： 　　∵ 　　∴物體運動時間為： 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，確定物體的運動情況的習題． 　?。?）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：以空心小球為研究對象，根據(jù)它的運動情況可知，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： 　?。?）這是一道已知物體的運動情況，確定物體的受力情況的習題． 　?。?）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）物體的運動路徑是豎直方向的直線，如各類豎直方向的拋體運動，往往要考慮空氣阻力（空氣阻力總是與運動方向相反）；又如升降機內(nèi)隨升降機一起變速上升和下降的物體的運動，這時會出現(xiàn)超重失重現(xiàn)象。 　　怎樣對牛頓運動定律的問題進行分類不是絕對的。牛頓運動定律的應用題目很多很雜，除了掌握基本分析方法外，能對題目分類，無疑是對學習的總結也是提高、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及思考方法，這無疑是大有裨益的。 典型例題 關于斜面上物體的加速運動 　　例3一木塊在傾角為37的斜面上， =10m/s2． 　　（1）若斜面光滑，求木塊下滑時加速度大??； 　　（2）若斜面粗糙，木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.2，則當木塊以某一初速度下滑時，其加速度的大?。? 　?。?）若斜面粗糙，木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.2，則當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）這是一道關于斜面上物體運動的問題．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算才能確定（如本題）．（2）在做第二問時可以進行討論：設斜面傾角為 ，當 時，物體沿斜面勻速下滑；當 時，物體沿斜面減速下滑；當 時，物體沿斜面加速下滑． 關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．（若學生情況允許，可再提高觀點講） 　　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． 　　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： 　?。?）這是一道關于連接體運動的基本問題，學生應該掌握關于這類問題的解題思路和方法．在處理這類問題時，要學會靈活地選取研究對象． 　?。?）在對這類題進行受力分析時，學生常會犯兩類錯誤，一類是把力 畫到物體 上，要讓學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 ，要強調(diào)力是物體間的相互作用． 　?。?）此題可以擴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，并設計相關問題． 　?。?）如果學生情況允許，可以涉及整體加速度不同的問題，交給學生如何快速、簡單地處理問題的方法． 111