高中物理必修一用牛頓運(yùn)動定律解決問題(一)教案教學(xué)設(shè)計

1、高中物理新課標(biāo)教學(xué)設(shè)計4.6 用牛頓運(yùn)動定律解決問題(一)【學(xué)習(xí)者分析】前面我們學(xué)習(xí)了牛頓的三個定律，最重要的是牛頓第二定律，本節(jié)的主要內(nèi)容是在對物體進(jìn)行受力分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)的知識來分析解決物體在幾個力作用下的運(yùn)動問題。【教材分析】本節(jié)利用前面所學(xué)的牛頓三定律來解決已知運(yùn)動求力和已知力求運(yùn)動的問題。【教學(xué)目標(biāo)】1. 知識與技能：(1) 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)動情況進(jìn)行受力分析。(2) 能夠從物體的受力情況確定物體的運(yùn)動情況(3) 能夠從物體的運(yùn)動情況確定物體的受力情況2. 過程與方法：(1) 在實(shí)際應(yīng)用中幫助學(xué)生學(xué)會運(yùn)用實(shí)例總結(jié)歸納一般問題解題規(guī)律

2、的能力。(2) 讓學(xué)生認(rèn)識數(shù)學(xué)工具在表達(dá)解決物理問題中的作用。(3) 幫助學(xué)生提高信息收集和處理能力，分析、思考、解決問題能力和交流、合作能3. 情感態(tài)度與價值觀：(1) 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)際問題的能力。(2) 初步培養(yǎng)學(xué)生合作交流的愿望，能主動與他人合作的團(tuán)隊精神，敢于提出與別人不同的見解，也勇于放棄或修正自己的錯誤觀點(diǎn)【重點(diǎn)難點(diǎn)】(1) 用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)問題的基本思路方法(2) 會進(jìn)行物體的受力分析【設(shè)計思想】在前面的學(xué)習(xí)中我們學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動定律。牛頓第一定律定義了力：物體的運(yùn)動不需要力來維持， 力是改變運(yùn)動狀態(tài)的原因；牛頓第二定律確定了運(yùn)動和力的關(guān)系，使我們能夠把

3、物體的運(yùn)動情況與物體的受力情況聯(lián)系起來。牛頓第三定律說明了作用力與反作用力之間的關(guān)系，把相互作用的幾個物體聯(lián)系起來了。【教學(xué)環(huán)節(jié)】一課題的引入牛頓定律在天體運(yùn)動的研究、車輛的設(shè)計等許多基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)中都有廣泛就用。比如我國科技工作者能準(zhǔn)確地預(yù)測火箭的變軌，衛(wèi)星的著落點(diǎn)，他們靠的是什么？就是以牛頓運(yùn)動定律為理論基礎(chǔ)。當(dāng)然，由于我們目前知識的局限，我們可以進(jìn)行一些簡單的問題處理。二新課教學(xué)一、從受力確定運(yùn)動情況例1、一個靜止在水平地面上的物體，質(zhì)量是 2kg ,在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右運(yùn)動。物體與地面間的摩擦力是4.2N。求物體在4s末的速度和4s內(nèi)的位移。師：請大家仔細(xì)審題，

4、能夠快速正確地進(jìn)行信息的收集和處理是處理問題必備的條件。本題中給出了哪些已知量，要解決的問題是什么？生：給出了水平地面上一物體的質(zhì)量，一些受力情況，要求解速度和位移。師：問題中既然涉及了力又涉及了物體的運(yùn)動，那力和運(yùn)動間是什么樣的關(guān)系呢？%生：牛頓第一定律a=二確定了運(yùn)動和力的關(guān)系， 該題應(yīng)該是用牛頓第二定律來解決。m先根據(jù)物體的受力求出合外力從而求出加速度，再通過運(yùn)動學(xué)規(guī)律就可以確定物體的運(yùn)動情況。師：本題中的研究對象應(yīng)該是誰？生：研究對象應(yīng)該是地面上的物體。師：好！根據(jù)這個思路，就請同學(xué)們對該物體進(jìn)行受力分析。學(xué)生對物體進(jìn)行受力分析，教師巡視師：現(xiàn)在我們一起來對物體進(jìn)行受力分析。按照受力分

5、析的一般思路。1、非接觸力：重力2、接觸力：與物體接觸的只有地面，而相互接觸的兩物體間的接觸力最多只有兩個：彈力和摩擦力。分析該題知物體與地面間有摩擦力，既然有摩擦力則一定有彈力。所以物體會受到地面給的彈力（垂直于接觸面指向受力物體）和滑動摩擦力（與相對運(yùn)動方向相反，大小f = NN ）3、其它已知的一些力：6.4N的水平拉力受力分析圖如下NFG師：物體的合外力是多少？T生：是 6.4-4.2=2.2N師：你的意思是N與G相互抵消，你的理由是什么？學(xué)生愣了很久沒有答案，因?yàn)檫@在初中學(xué)生都知道，但卻很少有人知道為什么？師：科學(xué)研究必須有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，每一個結(jié)論都必須有客觀依據(jù)，不可想當(dāng)然，主觀臆斷

6、，甚至公式中每一個“ + ”、“”號，必須有根據(jù)。師：對于N為什么與G大小相等，我們需要用到牛頓第一定律及其擴(kuò)展的內(nèi)容，從牛頓第一定律我們知道，如果物體不受力或受力平衡，物體將靜止或勻速直線運(yùn)動，反之亦成立。我們將定律內(nèi)容擴(kuò)展后亦成立：如果物體在某一方向上不受力或受力平衡，物體在該方向上將靜止或勻速。反之亦成立。題中物體只是在水平方向上運(yùn)動，豎直方向上位置未發(fā)生變化即豎直方向是靜止的，所以物體豎直方向上受力平衡即N=G師：上面關(guān)于牛頓第一定律的擴(kuò)展大家一定要記住，在以后的運(yùn)用中逐步理會。當(dāng)然關(guān)于N=G我們也可以這樣理解： 物體在水平方向上做直線運(yùn)動， 物體做直線運(yùn)動，說明物體所 受的合外力與速

7、度是在同一直線上從而知物體的合外力是在水平方向上，于是有N=G師：知道了合外力后我們可以做什么？生：用a =F皂求出物體的加速度 a=1.1m/s 2,然后根據(jù)勻變速直線運(yùn)動規(guī)律求解物體 m的速度和位移。師：你怎么知道物體做的是勻變速直線運(yùn)動？生：因?yàn)槲矬w所受的合外力是恒定的，所以加速度也是恒定的， 物體做的是勻變速直線運(yùn)動。師：好，下面請同學(xué)們各自完成速度和位移的求解。學(xué)生各自完成剩余的工作，教師給五分鐘時間。大部分學(xué)生均可以輕松完成擴(kuò)展問題：如果該題中摩擦力大小未知，告訴你物體與地面間的動摩擦因數(shù)是0.2 ,則結(jié)果又該如何？二、根據(jù)運(yùn)動情況確定物體的受力例2、一個滑雪的人質(zhì)量是 75 kg

8、,以V0=2m/s的初速度沿山坡勻加速滑下，山坡的傾 角。=30°。在t =5s的時間內(nèi)滑下的路程 x= 60m,求滑雪人受到的阻力（包括摩擦和空 氣阻力）師：本題中給出了哪些已知量，要解決的問題是什么？生：本題主要給出了人的運(yùn)動情況，更重要的是對于整個滑雪過程題目給出了三個已知量：初速度、位移 、時間。對于任一運(yùn)動過程如果知道了其中三個量，就可以求解出其他 所有的運(yùn)動量，如該題中利用已知量可以求出加速度、末速度。題目中要求解人的受力。師：你有問題的解決方法嗎?生：先根據(jù)已知量用運(yùn)動學(xué)公式求解出加速度，再利用牛頓第二定律a=求解出物體所受的合外力。最后對物體進(jìn)行受力分析，確定其中某個

9、分力的大小。師：本題中的研究對象應(yīng)該是誰？生：研究對象應(yīng)該是人。師：好！根據(jù)這個思路，先請同學(xué)們用運(yùn)動學(xué)公式求解出人滑雪的加速度。在計算過程 中要注意正方向的選取。學(xué)生分析計算，教師巡視，不會有什么問題。師：結(jié)果如何？生：求得加速度大小為 4m/s2,方向沿斜面向下。據(jù) a=_FL求得合外力大小為 300N, 方向沿斜面向下。師：現(xiàn)在我們一起來對物體進(jìn)行受力分析?？纯丛摵狭τ赡男┝铣伞０凑帐芰Ψ治龅囊话闼悸?。1、非接觸力：重力2、接觸力：與人接觸的只有斜面，而相互接觸的兩物體間的接觸力最多只有兩個：彈力和摩擦力。分析該題知人與斜面間有摩擦力，既然有摩擦力則一定有彈力。所以人會受到斜面給的彈力

10、（垂直于接觸面指向受力物體）和滑動摩擦力（與相對運(yùn)動方向相反）3、其它已知的一些力：空氣阻力。、受力分析圖如下師：就是這三個力合起來大小為300N,方向沿斜面向下。這三個力中重力G是已知的，那如何根據(jù)合力及重力的大小 G來求解阻力F呢？ 學(xué)生思考，有的感覺到毫無頭緒師：不要急，有些同學(xué)無頭緒的原因是你們只看到力的大小為已知量，卻忽略了還有角度有關(guān)系也是已知量。請大家慢慢思考。生：根據(jù)力的分解合成原理，可知 N與G的合力一定沿斜面向下且大于阻力F。如圖所示，仔細(xì)作圖可發(fā)現(xiàn)規(guī)律，利用已知力的大小和角度關(guān)系可以求解出N與G的合力。G如上圖，N與G的合力大小是 750/2=375N,從而知375-30

11、0=75N ,即F阻=75N生：因?yàn)槿齻€力且不在同一直線上，所以可以用正交分解法。如下圖。因?yàn)槲矬w只是在 X方向運(yùn)動，所以物體在丫方向是靜止的，則有丫方向受力平衡即 N=G,物 體所受的合力就是 X方向兩個力的合力，所以 G-F=300,有F=75N=擴(kuò)展問題1:如果忽略空氣阻力作用，求滑雪板與雪面間動摩擦因數(shù)多大？根據(jù)公式f =NN求解，考點(diǎn)是N大小并不等于物體重力 G,而是GcosQ擴(kuò)展問題2:如果坡長只有60m,下端是水平雪面，滑雪者在水平面上還能滑多遠(yuǎn)？擴(kuò)展問題3:如果下坡后立即滑上一個 30。的斜坡。請問滑雪者最高能上升多高？【牢記】：當(dāng)三個力或三個力以上時優(yōu)先考慮正交分解法，且優(yōu)先

12、考慮沿運(yùn)動方向和垂直于運(yùn)動方向分解。（別看先分了再合，磨刀不誤砍柴功）三.課堂小結(jié)兩題都需畫受力圖，都要利用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式，畫受力圖是重要的解題步驟。不同之處：例1是從受力確定運(yùn)動情況：已知物體的受力情況， 由牛頓第二定律求出物體的加速度，再通過運(yùn)動學(xué)公式確定物體的運(yùn)動情況。例2是從運(yùn)動情況確定受力：已知物體的運(yùn)動情況，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式求出物體的加速度，再由牛頓第二定律確定物體受力情況。四.作業(yè)F,歷時1秒，隨1、一個物體放在光滑水平面上，初速為零，先對物體施加一向東的恒力即把此力改變?yōu)橄蛭?，大小不變，歷時1秒鐘，接著又把此力改為向東，大小不變，歷時秒鐘，如此反復(fù)只改變力的方向，共歷時 A.物體時而向東運(yùn)動，時而向西運(yùn)動，在 B.物體時而向東運(yùn)動，時而向西運(yùn)動，在 C.物體時而向東運(yùn)動，時而向西運(yùn)動，在 D.物體一直向東運(yùn)動，從不向西運(yùn)動，在1分鐘，在此1分鐘內(nèi)1分鐘末靜止于初始位置之東1分鐘末靜止于初始位置1分鐘末繼續(xù)向東運(yùn)動1分鐘末靜止于初始位置之東2、質(zhì)量是3kg的木塊，原來在光滑水平面上運(yùn)動，受到8N的阻力后，繼續(xù)前進(jìn) 9 m速度減為原來的一半，則原來的速度是m /s木