高中物理《用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題（一）》教案（新人教版必修1）高一
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111 4.6 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題（一） 從容說課 牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，它在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用.本節(jié)在前兩節(jié)探究和總結(jié)牛頓第二定律的基礎(chǔ)上，結(jié)合日常生活中出現(xiàn)的問題，展示了用牛頓第二定律解決實(shí)際力學(xué)問題的基本思路和方法. 將問題類型分為兩類，這兩類問題正是從牛頓第二定律的表達(dá)式F=ma所涉及的F和a開始的，F(xiàn)代表物體的受力情況，a代表物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)參量，由等式左邊可以求出右邊，也可以由等式的右邊求出左邊，即可以根據(jù)物體的受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)情況，也可以根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況確定物體的受力情況.因此牛頓第二定律是聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的橋梁，反映著力和運(yùn)動(dòng)的定量關(guān)系. 加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系是客觀存在的，它反映了自然界的規(guī)律.已知受力情況和初始條件——物體的位置和速度，就可以求出以后任何時(shí)刻物體的位置和速度.這在人們頭腦中形成了“機(jī)械決定論”. 受力分析和運(yùn)動(dòng)過程分析是解決動(dòng)力學(xué)的前提.找到加速度是解題的突破口，因此，解題時(shí)應(yīng)抓住“加速度”這個(gè)橋梁不放，確定過渡方向.學(xué)習(xí)中要通過具體問題的分析，熟練掌握解題思路，提高自己解決實(shí)際問題的能力. 通過這一節(jié)的教學(xué)，應(yīng)當(dāng)熟悉用牛頓第二定律的公式解題.為了求得合外力，要應(yīng)用力的合成或分解的知識(shí)；為了求得加速度，要應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí). 本節(jié)課在高中物理中的地位非常重要，應(yīng)該加以強(qiáng)化，練習(xí)的選擇應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，做到循序漸進(jìn)，重在落實(shí)知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生正確分析問題的方法. 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1.知道應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決的兩類主要問題. 2.掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題的基本思路和方法. 3.能結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)情況對物體的受力情況進(jìn)行分析. 4.能根據(jù)物體的受力情況推導(dǎo)物體的運(yùn)動(dòng)情況. 5.會(huì)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決簡單的力學(xué)問題. 過程與方法 1.通過實(shí)例感受研究力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的重要性. 2.通過收集展示資料，了解牛頓定律對社會(huì)進(jìn)步的價(jià)值. 3.培養(yǎng)學(xué)生利用物理語言表達(dá)、描述物理實(shí)際問題的能力. 4.幫助學(xué)生提高信息收集和處理能力，分析、思考、解決問題的能力和交流、合作能力. 5.幫助學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)例總結(jié)歸納一般問題的解題規(guī)律的能力. 6.讓學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)工具在表達(dá)解決物理問題中的作用. 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1.初步認(rèn)識(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律對社會(huì)發(fā)展的影響. 2.初步建立應(yīng)用科學(xué)知識(shí)的意識(shí). 3.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. 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. 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. 教具準(zhǔn)備 多媒體教學(xué)設(shè)備. 課時(shí)安排 2課時(shí) 教學(xué)過程 ［新課導(dǎo)入］ 利用多媒體投影播放汽車的運(yùn)動(dòng)，行星圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，“神舟”五號飛船的發(fā)射升空及準(zhǔn)確定點(diǎn)回收情景、導(dǎo)彈擊中目標(biāo)的實(shí)況錄像資料. 學(xué)生觀看錄像，進(jìn)入情景 師：我國科技工作者能準(zhǔn)確地預(yù)測火箭的變軌、衛(wèi)星的著地點(diǎn)，他們靠的是什么？ 生：牛頓運(yùn)動(dòng)定律中力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系. 師：利用我們已有的知識(shí)是否也能研究這一類問題？ 生：不能，因?yàn)檫@樣一類問題太復(fù)雜了，應(yīng)該是科學(xué)家的工作. 師：一切復(fù)雜的問題都是由簡單的問題組成的，現(xiàn)在我們還不能研究如此復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但是我們現(xiàn)在研究問題的方法將會(huì)對以后的工作有很大的幫助.我們現(xiàn)在就從類似的較為簡單的問題入手，看一下這一類問題的研究方法. ［新課教學(xué)］ 一、從受力情況分析運(yùn)動(dòng)情況 師：大家看下面一個(gè)例題. 多媒體投影展示例題，學(xué)生分析討論，嘗試解決 例題：一個(gè)靜止在水平地面上的物體，質(zhì)量是2 kg，在6.4 N的水平拉力作用下沿水平地面向右運(yùn)動(dòng).物體與地面間的摩擦力是4.2 N.求物體在4 s末的速度和4 s內(nèi)的位移. 師：本題研究對象是誰？ 生：本題的研究對象是在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體. 師：它共受幾個(gè)力的作用？ 生：它一共受到四個(gè)力的作用，分別是物體的重力，方向豎直向下；地面對它的支持力，方向垂直地面向上，這兩個(gè)力的合力為零；水平向右的拉力和水平向左的摩擦力. 師：物體所受的合力沿什么方向？大小是多少？ 生：物體所受的合力沿物體的運(yùn)動(dòng)方向即向右，大小等于F－f＝6.4 N－4.2 N＝2.2 N. 師：本題要求計(jì)算位移和速度，而我們只會(huì)解決勻變速運(yùn)動(dòng)問題.這個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)嗎？依據(jù)是什么？ 生：這個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)是勻加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)是物體所受的合力保持不變. 師：經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)該題屬于已知受力求運(yùn)動(dòng)呢，還是已知運(yùn)動(dòng)求受力呢？ 生：是已知受力情況求物體的運(yùn)動(dòng)情況. 師：通過同學(xué)們的分析，在分析的基礎(chǔ)上，畫出受力分析圖，并完整列出解答過程. 多媒體顯示學(xué)生的受力分析圖（如圖4－6－1） 圖4－6－1 師：受力分析的圖示對研究這一類問題很有幫助，特別是對一些復(fù)雜的受力分析問題，所以同學(xué)們在今后的受力分析的過程中，一定要養(yǎng)成畫受力分析草圖的好習(xí)慣. 投影展示學(xué)生的解題過程 解：由牛頓第二定律F=ma可以求出物體的加速度a== =1.1 m/s2 求出了物體的加速度a，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式就可以求出4 s末的速度v和4 s內(nèi)發(fā)生的位移x v=at=1.14 m/s=4.4 m/s，x=at2=1.116 m=8.8 m. 師：在求物體的運(yùn)動(dòng)過程時(shí)，我們是怎樣進(jìn)行處理的？ 生：先求出物體的受力情況，根據(jù)物體所受的合力，求出物體的加速度. 師：對，物體的加速度是聯(lián)系受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的橋梁，因?yàn)楦鶕?jù)受力情況可以求出加速度，運(yùn)動(dòng)情況中也包含加速度. 師：如果把例題中的條件變化一下，力F的方向變?yōu)樾毕蛏?0，那么此時(shí)物體的加速度應(yīng)該怎樣求解？ 生1：根據(jù)牛頓第二定律：a== m/s2=0.45 m/s2. 師：他計(jì)算的對不對. 生2：不對.因?yàn)楫?dāng)物體所受的拉力方向發(fā)生變化時(shí)，物體對地面的壓力也隨之變化，同時(shí)物體與地面間的摩擦力也將發(fā)生變化，摩擦力應(yīng)該比剛才情況下要小. 師：這位同學(xué)分析得非常好，大家一定要注意的是當(dāng)一個(gè)力發(fā)生變化時(shí)，看它的變化會(huì)不會(huì)影響其他力的變化.大家把這個(gè)問題的具體結(jié)果做出來. 【課堂訓(xùn)練】 1.把變化條件后的例題結(jié)果做出來. 2.質(zhì)量為2 kg的物體，置于水平光滑平面上，用16 N的力與水平面成30角斜向上或斜向下加在這個(gè)物體上，求兩種情況下物體的加速度大小之比是___________. 二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力 多媒體展示例2 一個(gè)滑雪的人，質(zhì)量是75 kg，以v0＝2 m/s的初速度沿山坡勻加速滑下，山坡的傾角θ＝30.在t＝5 s的時(shí)間內(nèi)滑下的路程x＝60 m.求滑雪人受到的阻力（包括摩擦和空氣阻力）. 師：本題屬于哪類力學(xué)問題？ 生：本類屬于已知運(yùn)動(dòng)情況分析物體的受力情況. 師：人共受幾個(gè)力的作用？各力方向如何？ 生：滑雪人受到三個(gè)力的作用，人的重力，方向豎直向下；山坡對他的支持力，方向垂直山坡向上；滑雪人受到的阻力，方向沿山坡向上. 師：它們之中哪個(gè)力是待求量？哪個(gè)力實(shí)際上是已知的？待求力是哪個(gè)？人所受的合力沿什么方向？ 生：它們中重力和支持力實(shí)際上是已知的，待求的力是人受到的阻力.人所受的合力方向沿山坡向下. 師：畫出物體的受力分析示意圖，寫出具體的解題步驟. 多媒體展示學(xué)生的受力示意圖（如圖4－6－2） 圖4－6－2 師：本題中物體受力方向較為復(fù)雜，物體沿斜面方向勻加速下滑，我們應(yīng)當(dāng)如何建立坐標(biāo)系求合力？大家討論一下這個(gè)問題. 學(xué)生討論，投影展示學(xué)生答案 生：沿平行于斜面和垂直于斜面分別建立坐標(biāo)系的x軸和y軸，使合力的方向落在x軸的正方向上，然后求合力比較方便. 師：具體的解答過程是什么？ 生：如圖所示建立坐標(biāo)系，把重力G沿x軸方向和y軸方向進(jìn)行分解，得到： Gx=mgsinθ，Gy=mgcosθ，人沿山坡做的是勻加速運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式： x=v0t+at2解出a=，代入數(shù)值得：a＝4 m/s2 根據(jù)牛頓第二定律得：F阻=Gx－ma=mgsinθ－ma 代入數(shù)值得：F阻＝6７.5 N. 師：（總結(jié)）1.兩題都需畫受力圖，都要利用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，畫受力圖是重要的解題步驟.不同之處是例1先用牛頓第二定律求加速度，而例2先用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求加速度. 2.例2中物體受力方向較為復(fù)雜，建立平面直角坐標(biāo)系后，就可以用Gx和Gy代替G，使解題方便. 3.因?yàn)榧铀俣鹊姆较蚓褪俏矬w所受合外力的方向，所以以加速度的方向?yàn)檎较?，?huì)給分析問題帶來很大方便. 【課堂訓(xùn)練】 一個(gè)空心小球從距離地面16 m的高處由靜止開始落下，經(jīng)2 s小球落地，已知球的質(zhì)量為0.4 kg，求它下落過程中所受空氣阻力多大？（取g=10 m/s2） 分析與解答：以空心小球?yàn)檠芯繉ο?，根?jù)它的運(yùn)動(dòng)情況可知，其下落時(shí)加速度大小為： a==8 m/s2下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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