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1、4.6用牛頓定律解決問(wèn)題(一)一、 教材分析力和物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系問(wèn)題,一直是動(dòng)力學(xué)研究的基本問(wèn)題,人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,直到牛頓用他的三個(gè)定律對(duì)這一類問(wèn)題作出了精確的解決.牛頓由此奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ).牛頓三定律成為力學(xué)乃至經(jīng)典物理學(xué)中最基本、最重要的定律.牛頓第一定律解決了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系問(wèn)題;牛頓第二定律確定了運(yùn)動(dòng)和力的定量關(guān)系;牛頓第三定律確定了物體間相互作用力遵循的規(guī)律.動(dòng)力學(xué)所要解決的問(wèn)題由兩部分組成:一部分是物體運(yùn)動(dòng)情況;另一部分是物體與周圍其他物體的相互作用力的情況.牛頓第二定律恰好為這兩部分的鏈接提供了橋梁. 應(yīng)用牛頓定律
2、解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,高中階段最為常見的有兩類基本問(wèn)題:一類是已知物體的受力情況,要求確定出物體的運(yùn)動(dòng)情況;另一類是已經(jīng)知道物體的運(yùn)動(dòng)情況,要求確定物體的受力情況.要解決這兩類問(wèn)題,對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析是前提,牛頓第二定律則是關(guān)鍵環(huán)節(jié),因?yàn)樗沁\(yùn)動(dòng)與力聯(lián)系的橋梁.二、 教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能:進(jìn)一步學(xué)習(xí)分析物體的受力情況,并能結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行受力分析。掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的基本思路方法。能夠從物體的受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)情況.能夠從物體的運(yùn)動(dòng)情況確定物體的受力情況過(guò)程與方法培養(yǎng)學(xué)生利用物理語(yǔ)言表達(dá)、描述物理實(shí)際問(wèn)題的能力。幫助學(xué)生提高信息收集和處理能力,分析、思考、解決問(wèn)題能力和
3、交流、合作能力。幫助學(xué)生運(yùn)用實(shí)例總結(jié)歸納一般問(wèn)題解題規(guī)律的能力。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)工具在物理問(wèn)題中的作用。情態(tài)價(jià)值觀:利用高科技成果激發(fā)學(xué)生的求知欲。培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那髮?shí)態(tài)度及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。培養(yǎng)學(xué)生合作交流的愿望,能主動(dòng)與他人合作的團(tuán)隊(duì)精神,敢于提出與別人不同的見解.三、 教學(xué)重點(diǎn)1、已知物體的受力情況,求物體的運(yùn)動(dòng)情況。2、已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,求物體的受力情況。四、 教學(xué)難點(diǎn)1、 物體的受力分析及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析和重要的解題方法的靈活選擇和運(yùn)用。2、 正交分解法。五、 教學(xué)過(guò)程(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑檢查落實(shí)了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑,使教學(xué)具有了針對(duì)性。 (二)情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)
4、學(xué)生活動(dòng)同學(xué)們先思考例題一、例題二,簡(jiǎn)單的寫出解題過(guò)程。提問(wèn)上述兩個(gè)例題在解題的方法上有什么相同之處?有什么不同之處?在第二個(gè)例題中為什么要建立坐標(biāo)系?在運(yùn)動(dòng)學(xué)中,我們通常是以初速度的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向;在解決靜力學(xué)的問(wèn)題時(shí),通常使盡量多的力在坐標(biāo)軸上,在利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題時(shí)要建立坐標(biāo)系與上述的情況相比,有什么不同嗎?設(shè)計(jì)意圖:步步導(dǎo)入,吸引學(xué)生的注意力,明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。(三)合作探究、精講點(diǎn)撥 教師講解大家可以看到上述兩個(gè)例題解題過(guò)程中都用到牛頓第二定律,但是例題一是已知物體的受力情況,求物體的運(yùn)動(dòng)情況的問(wèn)題,而例題二是已知物體的運(yùn)動(dòng)情況求物體的受力情況的問(wèn)題。所以我們發(fā)現(xiàn),牛頓運(yùn)動(dòng)定
5、律可以解決兩方面的問(wèn)題,即從受力情況可以預(yù)見物體的運(yùn)動(dòng)情況和從運(yùn)動(dòng)情況可以判斷物體的受力情況。下面我們來(lái)分析兩種問(wèn)題的解法。從受力確定運(yùn)動(dòng)情況例題一基本思路:(1)確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析,并畫出物體的受力示意圖; (2)根據(jù)力的合成與分解的方法,求出物體所受的合外力(包括大小和方向); (3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求出物體的加速度; (4)結(jié)合給定的物體的運(yùn)動(dòng)的初始條件,選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出所需的運(yùn)動(dòng)參量。強(qiáng)調(diào):(1)速度的方向與加速度的方向要注意區(qū)分; (2)題目中的力是合力還是分力要加以區(qū)分。對(duì)應(yīng)練習(xí)1答案:解析 設(shè)汽車剎車后滑動(dòng)的加速度大小為a,由牛頓第二定律可
6、得 mg=ma,a=g。由勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度位移關(guān)系式v02=2ax,可得汽車剎車前的速度為m/s=14m/s。正確選項(xiàng)為C。點(diǎn)評(píng) 本題以交通事故的分析為背景,屬于從受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的問(wèn)題。求解此類問(wèn)題可先由牛頓第二定律求出加速度a,再由勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式求出相關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)量。從運(yùn)動(dòng)情況確定受力例題二基本思路:(1)確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析,并畫出物體的受力示意圖; (2)選擇合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出物體的加速度; (3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求出物體的所受的合外力; (4)根據(jù)力的合成與分解的方法,由合力求出所需的力。對(duì)應(yīng)練習(xí) 2 答案:解
7、析將運(yùn)動(dòng)員看作質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn),從h1高處下落,剛接觸網(wǎng)時(shí)速度的大小為 (向下); 彈跳后到達(dá)的高度為h2,剛離網(wǎng)時(shí)速度的大小為 (向上)。速度的改變量 vv1v2(向上)。以a表示加速度, t表示運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間,則va t。接觸過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員受到向上的彈力F和向下的重力mg,由牛頓第二定律得 Fmgma。 由以上各式解得 , 代入數(shù)值得 F1.5×103。 點(diǎn)評(píng)本題為從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定物體的受力情況的問(wèn)題。求解此類問(wèn)題可先由勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式求出加速度a,再由牛頓第二定律求出相關(guān)的力。本題與小球落至地面再
8、彈起的傳統(tǒng)題屬于同一物理模型,但將情景放在蹦床運(yùn)動(dòng)中,增加了問(wèn)題的實(shí)踐性和趣味性。題中將網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力當(dāng)作恒力處理,從而可用牛頓第二定律結(jié)合勻變速運(yùn)動(dòng)公式求解。實(shí)際情況作用力應(yīng)是變力,則求得的是接觸時(shí)間內(nèi)網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的平均作用力。小結(jié)牛頓運(yùn)動(dòng)定律Fma,實(shí)際上是揭示了力、加速度和質(zhì)量三個(gè)不同物理量之間的關(guān)系,要列出牛頓定律的方程,就應(yīng)將方程兩邊的物理量具體化,方程左邊是物體受到的合力,這個(gè)力是誰(shuí)受的,方程告訴我們是質(zhì)量m的物體受的力,所以今后的工作是對(duì)質(zhì)量m的物體進(jìn)行受力分析。首先要確定研究對(duì)象;那么,這個(gè)合力是由哪些力合成而來(lái)的?必須對(duì)物體進(jìn)行受力分析,求合力的方法,可以利用平行四邊形定則
9、或正交分解法。方程右邊是物體的質(zhì)量m和加速度a的乘積,要確定物體的加速度,就必須對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析,由此可見,解題的方法應(yīng)從定律本身的表述中去尋找。在運(yùn)動(dòng)學(xué)中,我們通常是以初速度的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向;在解決靜力學(xué)的問(wèn)題時(shí),通常使盡量多的力在坐標(biāo)軸上,在利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題時(shí),往往需要利用正交分解法建立坐標(biāo)系,列出牛頓運(yùn)動(dòng)定律方程求解,一般情況坐標(biāo)軸的正方向與加速度方向一致。六、 課堂小結(jié)牛頓運(yùn)動(dòng)定律Fma,實(shí)際上是揭示了力、加速度和質(zhì)量三個(gè)不同物理量之間的關(guān)系,要列出牛頓定律的方程,就應(yīng)將方程兩邊的物理量具體化,方程左邊是物體受到的合力,這個(gè)力是誰(shuí)受的,方程告訴我們是質(zhì)量m的物體受的力,所以今后的工作是對(duì)質(zhì)量m的物體進(jìn)行受力分析。首先要確定研究對(duì)象;那么,這個(gè)合力是由哪些力合成而來(lái)的?必須對(duì)物體進(jìn)行受力分析,求合力的方法,可以利用平行四邊形定則或正交分解法。方程右邊是物體的質(zhì)量m和加速度a的乘積,要確定物體的加速度,就必須對(duì)物體運(yùn)
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