2017人教版高中物理必修一4.7《用牛顿运动定律解决问题(二)》ppt教学设计.doc

1、高中物理新课标教学设计 4.7 用牛顿运动定律解决问题（二） 【学习者分析】 由于本节对分析、综合和解决实际问题的能力要求很高，不少同学在此感到困惑，疑难 较多，主要反映在研究对象的选择和物理过程的分析上，对一些典型的应用题型，如连接 体问题、超重失重问题、皮带传动问题、斜面上的物体运动问题等，学生缺乏针对性训练， 更缺少理性的思考和总结。 【教材分析】 牛顿运动定律是经典力学的基础，它在科学研究和生产技术中有着广泛的应用.上一节 课主要是以理论的分析为主，研究如何根据已知运动情况求解物体的受力情况和已知受力 情况求解物体的运动情况.本节课是从应用角度学习牛顿运动定律，举例说明了牛顿运动定 律

2、的两个具体应用.物体的平衡是物体加速度为零的一种特殊情况，分析物体平衡时应该紧 紧地抓住这一点，主要利用力的分解知识列出方程进行求解，主要用到的方法是力的正交 分解和建立直角坐标系.超重和失重研究的是在竖直方向上物体的受力情况和物体运动情况 的关系，要注意引导学生区别视重和实际重力.了解加速下落和减速上升其实加速度的方向 是一样的. 【教学目标】 1.知识与技能： (1)理解共点力作用下物体平衡状态的概念，能推导出共点力作用下物体的平衡条件. (2)会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题. (3)通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质. (4)进一步熟练掌握应用牛顿运动

3、定律解决问题的方法和步骤. 2.过程与方法： (1)培养学生的分析推理能力和实验观察能力. (2)培养学生处理三力平衡问题时一题多解的能力. (3)引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质. 3.情感态度与价值观： (1)渗透“学以致用”的思想，有将物理知识应用于生产和生活实践的意识，勇于探究与日 常生活有关的物理问题. (2)培养学生联系实际、实事求是的科学态度和科学精神. 【重点难点】 (1)共点力作用下物体的平衡条件及应用. (2)发生超重、失重现象的条件及本质. 【设计思想】 通过讲授和学生实验，并且利用多媒体。 【教学环节】 一课题的引入 师：上一节课中我们学习了用牛顿运动

4、定律解决问题的两种方法，根据物体的受力情 况确定物体的运动情况和根据物体运动情况求解受力情况.这一节我们继续学习用牛顿运动 定律解题. 师：我们常见的物体的运动状态有哪些种类？ 生：我们常见的运动有变速运动和匀速运动，最常见的是物体静止的情况. 师：如果物体受力平衡，那么物体的运动情况如何？ 生：如果物体受力平衡的话，物体将做匀速直线运动或静止，这要看物体的初速度情况. 二新课教学 一、共点力的平衡条件 师：那么共点力作用下物体的平衡条件是什么？ 生：因为物体处于平衡状态时速度保持不变，所以加速度为零，根据牛顿第二定律得： 物体所受合力为零. 师：同学们列举生活中物体处于平衡状态的实例. 生

5、1：悬挂在天花板上的吊灯，停止在路边的汽车，放在地面上的讲桌以及放在讲桌 上的黑板擦等等. 生 2：竖直上抛运动的物体到达最高点的瞬间. 师：大家讨论一下竖直上抛的物体到达最高点的瞬间是否处于平衡状态. 学生讨论，回答提问 生 1：竖直上抛的最高点物体应该处于平衡状态，因为此时物体速度为零. 生 2：我不同意刚才那位同学的说法，物体处于平衡状态指的是物体受合力为零的状 态，并不是物体运动速度为零的位置.处于竖直上抛最高点的物体只是在瞬间速度为零，它 的速度立刻就会发生改变，所以不能认为处于平衡状态. 师：刚才的同学分析得非常好，大家一定要区分到底是速度为零还是合外力为零时物 体处于平衡状态，经

6、过讨论分析我们知道应该是合外力为零时物体处于平衡状态.为了加深 同学们对这个问题的理解，我们通过一个例子来进一步探究物体的平衡是怎样进行研究的. 多媒体投影课本中的例题、三角形的悬挂结构及其理想化模型 师：轻质细绳中的受力特点是什么？ 生：轻质细绳中的受力特点是两端受力大小相等，内部张力处处相等. 师：节点 O 的受力特点是什么？ 生：节点 O 的受力特点是一理想化模型，所受合外力为零. 师：我们分析的依据是什么？ 生：上面的分析借助牛顿第二定律进行，是牛顿第二定律中合力等于零的特殊情况. 师：同学们把具体的解答过程写出来. 投影学生的解答过程 解答：如图 471 所示， F1、 F2、 F3

7、三个力的合力为零，表示这三个力在 x 方向的 分矢量之和及 y 轴方向的分矢量之和也都为零，也就是： 图 471 F2 F1cos =0 F1sin F3=0 由以上两式解出钢索 OA 受到的拉力 F1 F1= = sinG 硬杆 OB 的支持力 F2 F2=F1cos = tanG 师：在这个同学解题的过程中，他采用的是什么方法？ 生：正交分解法：将其中任意一个力沿其余两个力的作用线进行分解，其分力必然与 其余两个力大小相等. 师：除了这种方法之外，还有没有其他的方法？ 生 1：可以用力的合成法，任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反. 生 2：也可以用三角形法，将其中任意两个力进行平

8、移，使三个力首尾依次连接起来， 应构成一闭合三角形. 师：总结：处理多个力平衡的方法有很多，其中最常见的就是刚才几位同学分析的这 三种方法，即正交分解法、力的合成法和三角形定则.这几种方法到底采用哪一种方法进行 分析就要看具体的题目，在实际操作的过程中大家可以灵活掌握. 【课堂训练】 如图 472 所示，质量为 m 的木块在推力 F 的作用下，在水平地面上做匀速直线运 动.已知木块与地面间的动摩擦因数为 ， F 的方向与水平方向成 角斜向下.那么木块受 到的滑动摩擦力为下列各值的哪个 图 472 A.mg B. （ mg Fsin ） C. （ mg Fsin ） D.Fcos 解 析 ： 物

9、 体 受 力 如 图 4 7 3 所 示 ， 水 平 方 向 有 f=Fcos ， 故 D 正 确 .竖 直 方 向 有 FN=Fsin +G， 由 于 匀 速 运 动 ， f= FN= （ Fsin +G） ， 故 选 项 B 正 确 .点 评 ： 要 注 意 问 题 的 多 解 性 . 图 473 答案：BD 二、超重和失重 【学生实验】 一 位 同 学 甲 站 在 体 重 计 上 静 止 ， 另 一 位 同 学 说 出 体 重 计 的 示 数 .注 意 观 察 接 下 来 的 实 验 现 象 . 学生活动：观察实验现象，分析原因 师：甲突然下蹲时，体重计的示数是否变化？怎样变化？ 生：体

10、重计的示数发生了变化，示数变小了. 师：甲突然站起时，体重计的示数是否变化？怎样变化？ 生：体重计的示数发生了变化，示数变大. 师：当人下蹲和突然站起的过程中人受到的重力并没有发生变化，为什么体重计的示 数发生了变化呢？ 生：这是因为当人静止在体重计上时，人处于受力平衡状态，重力和体重计对人的支 持力相等，而实际上体重计测量的是人对体重计的压力，在这种静止的情况下，压力的大 小是等 于 重 力 的 .而 当 人 在 体 重 计 上 下 蹲 或 突 然 站 起 的 过 程 中 ， 运 动 状 态 发 生 了 变 化 ， 也 就 是 说 产 生 了 加 速 度 ， 此 时 人 受 力 不 再 平

11、衡 ， 压 力 的 大 小 不 再 等 于 重 力 ， 所 以 体 重 计 的 示 数 发 生 了 变 化. 这位同学分析得非常好，我们把物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力叫做物体的视 重，当物体运动状态发生变化时，视重就不再等于物体的重力，而是比重力大或小.大家再 看这样一个问题： 多媒体投影例题：人站在电梯中，人的质量为 m.如果当电梯以加速度 a 加速上升时， 人对地板的压力为多大？ 学生思考解答 生 1：选取人作为研究对象，分析人的受力情况：人受到两个力的作用，分别是人的 重力和电梯地板对人的支持力.由于地板对人的支持力与人对地板的压力是一对作用力与反 作用力，根据牛顿第三定律，只要求

12、出地板对人的支持力就可以求出人对地板的压力. 生 2：取向上为正方向，根据牛顿第二定律写出支持力 F、重力 G、质量 m、加速度 a 的方程 F G=ma，由此可得： F=G+ma=m（ g+a） 人对地板的压力 F与地板对人的支持力大小相等，即 F= m（ g+a） 由于 m（ g+a） mg，所以当电梯加速上升时，人对地板的压力比人的重力大. 师：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体受到的重力的现象称为超重 现象.物体处于超重现象时物体的加速度方向如何呢？ 生：物体的加速度方向向上. 师：当物体的加速度方向向上时，物体的运动状态是怎样的？ 生：应该是加速上升. 师：大家看这样一个

13、问题： 投影展示：人以加速度 a 减速下降，这时人对地板的压力又是多大？ 学生讨论回答 生 1：此时人对地板的压力也是大于重力的，压力大小是： F=m（ g+a）. 生 2：加速度向上时物体的运动状态分为两种情况，即加速向上运动或减速向下. 师：大家再看这样几个问题： 【投影展示】 1.人以加速度 a 加速向下运动，这时人对地板的压力多大？ 2.人随电梯以加速度 a 减速上升，人对地板的压力为多大？ 3.人随电梯向下的加速度 a g，这时人对地板的压力又是多大？ 师：这几种情况物体对地板的压力与物体的重力相比较哪一个大？ 生：应该是物体的重力大于物体对地板的压力. 师：结合超重的定义方法，这一

14、种现象应该称为什么现象？ 生：应该称为失重现象.当物体对支持物的压力和对悬挂物的拉力小于物体重力的现象 称为失重. 师：第三种情况中人对地板的压力大小是多少？ 生：应该是零. 师：我们把这种现象叫做完全失重，完全失重状态下物体的加速度等于重力加速度 g. 师：发生超重和失重现象时，物体实际受的重力是否发生了变化？ 生：没有发生变化，只是物体的视重发生了变化. 师：为了加深同学们对完全失重的理解，我们看下面一个实验，仔细观察实验现象. 课 堂 演 示 实 验 ： 取 一 装 满 水 的 塑 料 瓶 ， 在 靠 近 底 部 的 侧 面 打 一 小 孔 ， 让 其 做 自 由 落 体 运 动 . 生

15、：观察到的现象是水并不从小孔中喷出，原因是水受到的重力完全用来提供水做自 由落体运动的加速度了. 师：现在大家就可以解释人站在台秤上，突然下蹲和站起时出现的现象了. 【课堂训练】 1.某人站在台秤的底板上，当他向下蹲的过程中 A.由于台秤的示数等于人的重力，此人向下蹲的过程中他的重力不变，所以台秤的示 数也不变 B.此人向下蹲的过程中，台秤底板既受到人的重力，又受到人向下蹲的力，所以台秤 的示数将增大 C.台秤的示数先增大后减小 D.台秤的示数先减小后增大 答案：D 2.如图 474 所示， A 为电磁铁， C 为胶木秤盘， A 和 C（包括支架）的总质量为 M， B 为铁片，质量为 m，整个

16、装置用轻绳悬挂于 O 点.当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过 程中，轻绳上拉力 F 的大小为 图 474 A.F=mg B.MgF（ M+m） g 答案：D 3.在一个封闭装置中，用弹簧秤称一物体的重力，根据读数与实际重力之间的关系， 以下说法中正确的是 A.读数偏大，表明装置加速上升 B.读数偏小，表明装置减速下降 C.读数为零，表明装置运动加速度等于重力加速度，但无法判断是向上还是向下运动 D.读数准确，表明装置匀速上升或下降 答案：C 三课堂小结 本 节 课 是 牛 顿 运 动 定 律 的 具 体 应 用 ， 分 别 是 两 种 特 殊 情 况 ， 一 种 是 物 体 受 合 力 为 零

17、时 物 体 处 于 平 衡 状 态 时 的 分 析 ， 应 该 注 意 三 力 合 成 与 多 力 合 成 的 方 法 ， 注 意 几 种 方 法 的 灵 活 运 用 ， 另 一 种 情 况 就 是 物 体 在 竖 直 方 向 上 做 变 速 运 动 时 超 重 和 失 重 现 象 .对 于 这 两 种 现 象 ， 我 们 应 该 注 意 以 下 几 个 问 题 ： 物 体 处 于 “超 重 ”或 “失 重 ”状 态 ， 并 不 是 说 物 体 的 重 力 增 大 了 或 减 小 了 （ 甚 至 消 失 了 ） ， 地 球 作 用 于 物 体 的 重 力 始 终 是 存 在 的 且 大 小 也

18、 无 变 化 .即 使 是 完 全 失 重 现 象 ， 物 体 的 重 力 也 没 有 丝 毫 变 大 或 变 小 .当 然 ， 物 体 所 受 重 力 会 随 高 度 的 增 加 而 减 小 ， 但 与 物 体 超 、 失 重 并 没 有 联 系 .超 （ 失 ） 重 现 象 是 指 物 体 对 悬 挂 物 的 拉 力 （ 或 对 支 持 物 的 压 力 ） 大 于 （ 小 于 ） 重 力 的 现 象 . “超重” “失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关，只决定于物体的加速度方 向. 四.作业 1.如图 475 所示，在原来匀速运动的升降机的水平地板上放一物体，受到一个伸 长的弹簧的拉

19、力作用，但仍能保持与升降机相对静止.现突然发现物体被弹簧拉动，则判定 升降机的运动状态可能是 图 475 A.加速上升 B.加速下降 C.减速上升 D.减速下降 2.质量为 60 kg 的人站在电梯内的台秤上，电梯从静止开始运动，台秤上的人注意到 开始 3 s 内台秤示数为 528 N，接着 8 s 内台秤的示数为 588 N，最后台秤示数增大到 678 N，直到静止时台秤又恢复到 588 N.试问电梯是上升还是下降？升降的总高度是多少？ 3.如图 476 所示，在一个盛水的容器中漂浮着一个物体，这时水面到达物体的某 一位置.如将这个容器放在升降机中，在升降机以加速度 a 由静止开始向上匀加速

20、直线上升 的过程中，物体浸入水中的深浅如何变化？ 图 476 参 考 答 案 1.BC 2.下 降 31.5 m 3.解 答 ： 设 漂 浮 物 体 的 密 度 为 ， 体 积 为 V， 浸 入 水 中 的 体 积 为 V ， 水 的 密 度 为 水 . 当容器处于静止状态时 V= V水 当容器以加速度 a 向上运动时，则有 F 浮 mg=ma 即设此时排开水的体积为 V，则有 水 （ g+a） V gV =aV 所以 V= = V，所以 V= V)(g水水 物体浸入深度不变. 【板书设计】 共点力的平衡条件 1、在共点力的作用下物体的平衡条件是合力为零 2、力的合成方法：平行四边形定则和三角形定则 超重和失重 1、当物体加速度方向向上时，物体处于超重状态 物体的运动情况：加速上升或减速下降 2、当物体加速度方向向下时，物体处于超重状态 物体的运动情况：减速上升或加速下降 3、完全失重：物体下落的加速度等于重力加速度 实质：对支持物的压力和对悬挂物的拉力发生变化，而物体实际重力不发生变化 【教学反思】 这里的重难点仍是物理过程分析和受力分析，并且结合平衡方程进行结题，学生需要通 过大量练习进行掌握.