高中物理人教版《用牛頓運動定律解決問題》教案b2

教案B教學目標一、知識與技能1．理解共點力作用下物體平衡狀態(tài)的概念，能推導出共點力作用下物體的平衡條件。2．會用共點力平衡條件解決有關(guān)力的平衡問題。3．通過實驗認識超重和失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重、失重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)。4．進一步熟練掌握應用牛頓運動定律解決問題的方法和步驟。二、過程與方法1．培養(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(jié)發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及實質(zhì)。三、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(guān)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(zhì)。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(zhì)，正確分析受力并恰當?shù)剡\用正交分解法。教學過程一、導入新課上一節(jié)課中我們學習了用牛頓運動的方法，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。這一節(jié)我們繼續(xù)學習用牛頓運動定律解題。二、進行新課（一）共點力的平衡條件教師提問：我們常見的物體的運動狀態(tài)有哪些種類？學生回答：我們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。如果一個物體在力的作用下保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，我們就說這個物體處于平衡狀態(tài)。共點力作用下物體的平衡條件：根據(jù)牛頓第二定律，當物體所受合力為0時，加速度為0，物體將保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。生活中物體處于平衡狀態(tài)的實例：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。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)？學生1：豎直上拋的最高點物體應該處于平衡狀態(tài)，因為此時物體速度為零。學生2：我不同意剛才那位同學的說平衡狀態(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)。教師評價：剛才的同學分析得非常好區(qū)分到底是速度為零還是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài)，經(jīng)過討論分析我們知道應該是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài)。為了加深同學們對這個問題的理解，我們通過一個例子來進一步探究物體的平衡是怎樣進行研究的。例1城市中的車的供電線路等，經(jīng)常用三角形的結(jié)構(gòu)懸掛。圖4-7-6為這類結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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AABOθG圖圖4（解題分析和步驟見教材88頁例題1）例2舉重是中國代上重要的奪金項目。在舉重比賽中，運動員舉起杠鈴時必須使杠鈴平衡一定時間，才能被裁判視為挺（或抓）舉成功。運動員可通過改變兩手握桿的距離來調(diào)節(jié)舉起時雙臂的夾角。若雙臂夾角變大，則下面關(guān)于運動員保持杠鈴平衡時手臂用力大小變化的說法正確的是（）。 A．不變B．減小C．增大D．不能確定答案：C解析：如圖4-7-圖圖4（二）超重和失重1.超重現(xiàn)象（1）定義（力學特征）：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的情況叫超重現(xiàn)象。（2）產(chǎn)生原因（運動學特征）：物體具有豎直向上的加速度。（3）發(fā)生超重現(xiàn)象與物體的運動（速度）方向無關(guān)，只要加速度方向豎直向上——物體加速向上運動或減速向下運動都會發(fā)生超重現(xiàn)象。2.失重現(xiàn)象（1）定義（力學特征）：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的情況叫失重現(xiàn)象。（2）產(chǎn)生原因（運動學特征）：物體具有豎直向下的加速度。（3）發(fā)生超重現(xiàn)象與物體的運動（速度）方向無關(guān)，只要加速度方向豎直向下—物體加速向下運動或減速向上運動都會發(fā)生失重現(xiàn)象。3.完全失重現(xiàn)象——失重的特殊情況（1）定義：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┑扔诹愕那闆r（即與支持物或懸掛物雖然接觸但無相互作用）。（2）產(chǎn)生原因：物體豎直向下的加速度就是重力加速度，即只受重力作用，不會再與支持物或懸掛物發(fā)生作用。（3）是否發(fā)生完全失重現(xiàn)象與運動（速度）方向無關(guān)，只要物體豎直向下的加速度等于重力加速度即可。例3人站在電梯中，人的質(zhì)量為m。（1）人和電梯一同靜止時，人對地板的壓力為多大？解析：求解人對地板的壓力，電梯為研究對象，受力情況會比較復雜，甚至無法解題。所以我們只能選人為研究對象，那選人為研究對象能求解出人對電梯的壓力嗎？能！根據(jù)牛頓第三定律：作用力與反作用力是等大反向的。只要求出電梯對人的支持力，再根據(jù)牛頓第三定律就可求出人對電梯的壓力。因為人是靜止的所以合外力為0有：。（2）人隨電梯以加速度a勻加速上升，人對地板的壓力為多大？解析：以加速度a勻加速上升，因為加速，所以加速度方向與速度同向，物體是上升的，所以加速度方向也是向上的。有?？吹搅耸裁?？人對地面的壓力竟然會大于本身的重力？（3）人以加速度a勻減速下降，這時人對地板的壓力又是多大？解析：以加速度a勻減速下降，因為減速，所以加速度方向與速度反向，物體是下降的，所以加速度方向是向上的。有﹤mgmg﹤mgmgmaNmamgN人對地面的壓力還是大于本身的重力?。?）人隨電梯以加速度a（a<g）勻加速下降，人對地板的壓力多大？（5）人隨電梯以加速度a（a<g）勻減速上升，人對地板的壓力為多大？學生自己分析解答。（4）（5）兩題加速度方向均向下，合外力向下，于是。Mg–N=maN=mg-ma<mg辨析比較：視重、失重和超重的關(guān)系加速度情況現(xiàn)象視重（F）視重（F）與重力（mg）比較平衡狀態(tài)a＝0勻速運動F＝mgF＝mga向上超重F＝m（g＋a）F>mga向下失重F＝m（g－a）F<mga＝g向下完全失重F＝0F＝0<mg（三）從動力學看自由落體運動物體做自由落體運動有兩個條件：第一，物體是從靜止開始下落的，即運動的初速度是0；第二，運動過程中它只受重力的作用。根據(jù)牛頓第二定律，物體與它受的力成正比，加速度的方向與力的方向相同。自由落體在下落過程中所受重力的大小、方向都不變，所以加速度的大小、方向也是恒定的。例4（見教材P90例題3）例5一跳水運動員從離水面10m高的跳臺上躍起，舉雙臂直體離開跳臺。此時其重心位于從手到腳全長后重心升高達到最高點。落水時身體豎直，手先入水（在此過程中運動員水平方向的運動忽略不計）。從離開跳臺到手觸水面，他可用于完成空中動作的時間是__________。（計算時，可以把運動員看作是全部質(zhì)量集中在重心的一個質(zhì)點。g取10m/s2，結(jié)果保留兩位數(shù)字）答案：解析：畫出如圖4-7-8所由圖可知，運動員做豎直上拋運動，上升高度h，即題中的；從最高點下降到手觸到水面，下降的高度為H，由圖中H、h、10m三者的關(guān)系可知H＝。由于初速度未知，所以應分段處理該運動。上升過程可用逆過程分析是自由落體運動，運動員躍起上升的時間為由于h＝eq\f(1,2)gt2，t＝eq\r(\f(2h,g))得t1＝eq\r(\f(2×,10))s＝。從最高點下落至手觸水面，所需的時間為：t2＝eq\r(\f(2×,10))s=。所以運動員在空中用于完成動作的時間約為：t＝。圖4-7圖4（四）課堂練習1．關(guān)于超重和失重，下列說法中正確的是（）。A．超重就是物體受到的重力增加了B．失重就是物體受到的重力減小了C．完全失重就是物體一點重力都不受了D．不論超重或失重，物體所受的重力是不變的答案：D2．從豎直上升的氣球上掉下的石塊與同一高度自由下落的鐵球相比，相等的量是（）。A．落地的時間 B．落地時的速度C．加速度 D．落地過程中的位移答案：CD解析：石塊做豎直上拋運動落體運動，顯然它們有共同的加速度g，C選項正確。石塊和鐵球從同一高度下落，下落的位移相同，D選項正確。對石塊，h＝－v0t1＋eq\f(1,2)gteq\o\al(2,1)，veq\o\al(2,1)－veq\o\al(2,0)＝2gh；對鐵球，h＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,2)，vt22＝2gh，顯然t1>t2，vt1>vt2，所以A、B選項不正確。3．某人在a＝2m/s2勻降機中最多能舉起m1＝75kg的物體，則此人在地面上最多可舉起多大質(zhì)量的物體？若此人在一勻加速上升的升降機中最多能舉起m2＝50kg的物體，則此升降機上升的加速度為多大？（g＝10m/s2）答案：60kg2m/s2解析：設此人大“舉力”是F，那么他在以不同的加速度運動的升降機中最大“舉力”仍為F，以物體為研究對象進行受力分析，物體的受力示意圖如圖4-當升降機以加速度a1＝2m/s2勻加速下降時，對物體有：圖4-7-9m1g－F＝m1a1，F(xiàn)＝m1（g圖4得F＝75×（10－2）N＝600N。設人在地面上最多可舉起質(zhì)量為m0的物體，則：F＝m0g，m0＝eq\f(F,g)＝eq\f(600,10)kg＝60kg。當升降機以a2勻加速上升時，對物體有：F－m2g＝m2a2，a2＝eq\f(F,m2)－g＝（eq\f(600,50)－10）m/s2＝2m/s2。所以升降機勻加速上升的加速度為2m/s2。三、課堂小結(jié)本節(jié)課是牛頓運動定律的別是兩種特殊情況，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。對于這兩種現(xiàn)象，我們應該注意以下幾個問題：物體處于“超重”或“失重”狀態(tài)，