牛頓運動定律的應(yīng)用 教學(xué)設(shè)計 高中物理新人教版必修第一冊（2023~2024學(xué)年）

第5節(jié)牛頓運動定律的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計備課人學(xué)科物理課題4.5牛頓運動定律的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)是應(yīng)用牛頓運動定律解決問題，綜合了前面所學(xué)的基礎(chǔ)知識和本章所學(xué)的基本規(guī)律，因此本節(jié)具有承上啟下的作用。將牛頓運動定律的應(yīng)用分為兩種類型:一是從受力確定運動情況，即受力情況已知的條件下，判斷出物體的運動狀態(tài)或求出物體的速度和位移。處理這類問題的基本思路是:先分析物體的受力情況求出合力，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，再利用運動學(xué)的有關(guān)公式求出要求的速度和位移等運動學(xué)量。二是從運動情況確定受力，即在運動情況(如物體的運動性質(zhì)、速度、加速度或位移)已知的條件下，求出物體所受的力。處理這類問題的基本思路是:首先分析清楚物體的運動學(xué)情況，根據(jù)運動學(xué)公式求出物體的加速度，然后在分析物體受力情況的基礎(chǔ)上，利用牛頓第二定律列方程求力。在本節(jié)的教學(xué)中，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生體會到加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁和紐帶。在牛頓第二定律公式和運動學(xué)公式中，均包含有一個共同的物理量-加速度。因此，求加速度是解決有關(guān)運動和力問題的基本思路，正確的受力分析和運動過程分析則是解決問題的關(guān)鍵。學(xué)情分析對于學(xué)生而言，已經(jīng)在第二章學(xué)習(xí)了有關(guān)勻變速直線運動的規(guī)律，在第三章學(xué)習(xí)了各種性質(zhì)的力和受力分析，已經(jīng)初步具備了對運動學(xué)和力學(xué)問題的分析能力，在這一章學(xué)習(xí)了牛頓第二定律后，如何將力和運動聯(lián)系起來，應(yīng)該還有不小的挑戰(zhàn)，學(xué)生的能力上還有待進一步加強。教學(xué)目標(biāo)1.進一步學(xué)習(xí)分析物體的受力情況，并能結(jié)合物體的運動情況進行受力分析。2.知道動力學(xué)的兩類問題，理解加速度是解決兩類動力學(xué)問題的橋梁。3.熟練掌握應(yīng)用牛頓運動定律解決問題的方法和步驟。4.會利用動力學(xué)的觀點處理傳送帶模型5.會利用動力學(xué)的觀點處理板塊模型教學(xué)重難點1.已知物體的受力情況求物體的運動情況。（重點）2.已知物體的運動情況，求物體的受力情況。（重點）3.利用動力學(xué)的觀點處理傳送帶模型。（重點難點）4.利用動力學(xué)的觀點處理板塊模型。（重點難點）教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖導(dǎo)入新課思考與討論：為了盡量縮短停車時間，旅客按照車門標(biāo)注的位置候車。列車進站時總能準(zhǔn)確的停在對于車門的位置。這是如何做到的呢？復(fù)習(xí)與思考：(1)牛頓第一定理的內(nèi)容是什么？它揭示了什么樣的規(guī)律？(2)牛頓第二定理的內(nèi)容是什么？它揭示了什么樣的規(guī)律？(3)既然力是改變物體運動狀態(tài)的原因，那么力與運動之間存在怎樣的關(guān)系呢？(4)我們在研究力與運動之間關(guān)系時我們可能遇到哪些問題？對這些問題你認(rèn)為如何處理呢？學(xué)生討論并回答學(xué)生回顧復(fù)習(xí)學(xué)生思考力和運動之間的可能關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生思考運動和力之間的可能存在的關(guān)系為引出兩類關(guān)系鋪墊講授新課一、從受力確定運動情況【例題1】運動員把冰壺沿水平冰面投出，讓冰壺在冰面上自由滑行，在不與其他冰壺碰撞的情況下，最終停在遠(yuǎn)處的某個位置。按比賽規(guī)則，投擲冰壺運動員的隊友，可以用毛刷在冰壺滑行前方來回摩擦冰面，減小冰面的動摩擦因數(shù)以調(diào)節(jié)冰壺的運動。（1）運動員以3.4m/s的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動摩擦因數(shù)為0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠(yuǎn)？g取10m/s2。（2）若運動員仍以3.4m/s的速度將冰壺投出，其隊友在冰壺自由滑行10m后開始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉淼?0%，冰壺多滑行了多少距離？二、從運動情況確定受力【例題2】如圖，一位滑雪者，人與裝備的總質(zhì)量為75kg，以2m/s的初速度沿山坡勻加速直線滑下，山坡傾角為30°，在5s的時間內(nèi)滑下的路程為60m。求滑雪者對雪面的壓力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空氣阻力），g取10m/s2。思考與總結(jié)：(1)你認(rèn)為“從受力確定運動情況”這類問題中，要做好哪兩個分析？(2)你認(rèn)為“從受力確定運動情況”這類問題中，要把力和運動聯(lián)系在一起的橋梁是什么？(3)你認(rèn)為“從受力確定運動情況”這類問題中，我們應(yīng)該按照怎樣的步驟解決來解決？思考與總結(jié)：1.兩個分析：(1)過程分析：逐一分析不同過程運動特點，找出相鄰過程的聯(lián)系點。(2)受力分析：逐過程分析物體受力，注意摩擦力、彈力可能變化。2.一個橋梁：3.兩類問題的解題步驟：三、傳送帶模型（一）水平傳送帶問題【例題3】如圖所示，水平傳送帶正在以v＝4.0m/s的速度勻速順時針轉(zhuǎn)動，質(zhì)量為m＝1kg的某物塊(可視為質(zhì)點)與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.1，將該物塊從傳送帶左端無初速度地輕放在傳送帶上(g取10m/s2)．如果傳送帶長度L＝20m，求經(jīng)過多長時間物塊將到達(dá)傳送帶的右端．思考與討論：(1)物塊輕放在傳送帶上后，所受的合外力多大？物塊的加速度多大？(2)物塊開始做何種運動？(3)當(dāng)物塊的速度加速到與傳送帶的速度相等時經(jīng)歷多長時間？位移多大？(4)當(dāng)物塊的速度和傳送帶速度相同時，物塊是否還受傳送帶的摩擦力？(5)物塊和傳送帶速度相同后，物塊將做何種運動？這一段經(jīng)歷的時間多長？(6)你是否可以畫一下物塊在這個過程的v-t圖像？【拓展與突破】如果傳送帶長度L＝4.5m，求經(jīng)過多長時間物塊將到達(dá)傳送帶的右端．(1)物塊是否可以加速到和傳送帶速度相同，而不掉落傳送帶？(2)此種情況物塊的運動形式是否和第一種情況相同？(3)此種情況物體的v-t圖像如何畫？【例題4】如圖所示，繃緊的水平傳送帶足夠長，始終以恒定速率v1＝2m/s沿順時針方向運行。初速度為v2＝4m/s的小物塊從與傳送帶等高的光滑水平地面上的A處滑上傳送帶，小物塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.2，若從小物塊滑上傳送帶開始計時，求：(1)小物塊在傳送帶上滑行的最遠(yuǎn)距離；(2)小物塊從A處出發(fā)再回到A處所用的時間。思考與討論：(1)物塊滑上傳送帶上后，所受的合外力多大？物塊的加速度多大？(2)物塊開始做何種運動？(3)當(dāng)物塊的速度向左減為零時經(jīng)歷多長時間？位移多大？(4)當(dāng)物塊的速度向左減為零時，物塊是否處于靜止?fàn)顟B(tài)？(5)若物塊不靜止，那么它將做何種運動？(6)從靜止開始，物塊速度和傳送帶速度相同時，經(jīng)歷多長時間？此時位移多大？這段位移與物塊向左運動的位移相比，哪段大？(7)物塊與傳送帶速度相同后，將做何種運動？再經(jīng)多長時間滑離傳送帶？(8)若規(guī)定向左為正方向，你是否可以繪制一下物塊的v-t圖像呢？【拓展與突破】若初速度為v2＝1m/s，則小物塊從A處出發(fā)再回到A處所用的時間？(1)此種情況小物塊經(jīng)歷的過程是否和第一種情況相同？(2)你是否能夠做出分析說明，并繪制小物塊的v-t圖像呢？（二）傾斜傳送帶問題【例題5】如圖所示，沿順時針轉(zhuǎn)動的傳送帶AB，長，與水平面的夾角，速度恒為。在傳送帶底端A處無初速度釋放一質(zhì)量的物體，物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)。求：（1）木塊放上傳送帶瞬間的加速度大??；（2）后物體的速度大小；（3）物體從A運動到B的時間。思考與討論：(1)物體無初速度放在傳送帶上后，受到幾個力？物塊的加速度多大？(2)物體開始做何種運動？(3)當(dāng)物體的速度加速到與傳送帶的速度相等時經(jīng)歷多長時間？位移多大？(4)當(dāng)物塊的速度和傳送帶速度相同時，物塊是否還受傳送帶的摩擦力？(5)物塊和傳送帶速度相同后，物塊將做何種運動？這一段經(jīng)歷的時間多長？(6)你是否可以畫一下物塊在這個過程的v-t圖像？【例題6】如圖所示，傳送帶與地面夾角，長度為，傳送帶以的速率逆時針轉(zhuǎn)動。在傳送帶上端無初速度地放一個質(zhì)量為的物體，它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為。求物體從運動到所需時間是多少？（，，?。┧伎寂c討論：(1)物體無初速度放在傳送帶上后，受到幾個力？物塊的加速度多大？(2)物體開始做何種運動？(3)當(dāng)物體的速度加速到與傳送帶的速度相等時經(jīng)歷多長時間？位移多大？(4)當(dāng)物塊的速度和傳送帶速度相同時，物體是否還受傳送帶的摩擦力？(5)物塊和傳送帶速度相同后，摩擦力的指向哪個方向？(6)物體和傳送帶速度相同后，物體將做何種運動？這一段經(jīng)歷的時間多長？(7)你是否可以畫一下物體在這個過程的v-t圖像？【拓展與突破】若物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ=0.8，思考如下問題：(1)物塊和傳送帶速度相同后，摩擦力是靜摩擦力還是滑動摩擦力？(2)物體和傳送帶速度相同后，物體將做何種運動？(3)你是否可以畫一下物體在這個過程的v-t圖像？思考與討論：你認(rèn)為當(dāng)我們遇到傳送帶類問題時，應(yīng)該注意哪些問題？四、板塊模型（一）無外力板塊模型【例題7】如圖所示，質(zhì)量M=8.0kg的薄木板靜置在光滑水平地面上，質(zhì)量m=2.0kg的小滑塊（可視為質(zhì)點）以速度v0=5.0m/s從木板的左端沖上木板，恰好不滑離木板．已知滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ=0.20，重力加速度g取10m/s2．求（1）分別求出小滑塊和薄木板的加速度大小；（2）薄木板的長度。思考與討論：(1)小滑塊沖上木板后，二者各受到幾個力？二者的加速度多大？(2)小滑塊和木板各做何種運動？(3)小滑塊恰好不脫離木板，需要的條件是什么？(4)你能否畫一下小滑塊和木板運動的過程簡圖，并標(biāo)注出二者的位移關(guān)系？（二）受恒定外力板塊模型【例題8】如圖所示，質(zhì)量的小車放在水平光滑的平面上，在小車左端加一水平推力，當(dāng)小車向右運動的速度達(dá)到1.5m/s時，在小車前端輕輕地放上一個大小不計，質(zhì)量為的小物塊，物塊與小車間的動摩擦因數(shù)，小車足夠長。（取）求∶（1）小物塊放后，小物塊及小車的加速度各為多大？（2）經(jīng)多長時間兩者達(dá)到相同的速度？（3）從小物塊放上小車開始，經(jīng)過小物塊通過的位移大小為多少？思考與討論：(1)小物塊放后，二者各受到幾個力？二者的加速度多大？(2)小物塊和小車各做何種運動？(3)經(jīng)多長時間兩者達(dá)到相同的速度？(4)小物塊和小車共速后，小物塊是否繼續(xù)以原來的加速度做加速運動？(5)如何判斷小物塊和小車共速后的運動形式？（三）板塊模型的三個基本關(guān)系加速度關(guān)系如果滑塊與木板之間沒有發(fā)生相對運動，可以用“整體法”求出它們一起運動的加速度；如果滑塊與木板之間發(fā)生相對運動，應(yīng)采用“隔離法”分別求出滑塊與木板運動的加速度。應(yīng)注意找出滑塊與木板是否發(fā)生相對運動等隱含條件速度關(guān)系滑塊與木板之間發(fā)生相對運動時，明確滑塊與木板的速度關(guān)系，從而確定滑塊與木板受到的摩擦力。應(yīng)注意當(dāng)滑塊與木板的速度相同時，摩擦力會發(fā)生突變的情況位移關(guān)系滑塊與木板疊放在一起運動時，應(yīng)仔細(xì)分析滑塊與木板的運動過程，明確滑塊與木板對地的位移和滑塊與木板之間的相對位移之間的關(guān)系五、課堂練習(xí)學(xué)生典例解析學(xué)生典例解析學(xué)生通過典例解析總結(jié)討論學(xué)生識記記錄學(xué)生識記記錄學(xué)生識記記錄學(xué)生根據(jù)6個問題討論解析，展示答案學(xué)生解析并回答學(xué)生解析并回答學(xué)生解析并回答學(xué)生解析并回答學(xué)生解析并回答學(xué)生解析并回答學(xué)生討論總結(jié)學(xué)生解析并回答學(xué)生解析并回答學(xué)生識記記錄學(xué)生練習(xí)通過例題1引導(dǎo)示范如何處理第一類關(guān)系通過例題2引導(dǎo)示范如何處理第二類關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生通過典例總結(jié)反思、培養(yǎng)獨立解決問題能力明確兩個分析明確一個橋梁明確解題步驟讓學(xué)生明確如何分析受力和做何種運動明確過程的分析明確物體和傳送帶速度相等時，摩擦力的突變根據(jù)對過程的分析，讓學(xué)生會畫v-t圖像讓學(xué)生明確傳送帶長度對運動過程的影響讓學(xué)生明確過程的分析讓學(xué)生注意速度為零的狀態(tài)是物體轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵狀態(tài)物體的初速度和傳送帶的速度大小對物體向右的運動有影響對于物體向右的運動與原例題做比較，找差異(1)讓學(xué)生明確如何分析受力和做何種運動(2)明確過程的分析(3)明確物體和傳送帶速度相等時，摩擦力的突變(4)根據(jù)對過程的分析，讓學(xué)生會畫v-t圖像(1)讓學(xué)生明確如何分析受力和做何種運動(2)明確過程的分析(3)明確物體和傳送帶速度相等時，摩擦力的突變(4)根據(jù)對過程的分析，讓學(xué)生會畫v-t圖像在速度相等時，與原例題做比較，物體的運動狀態(tài)是否相同，分析產(chǎn)生不同的原因總結(jié)傳送帶問題研究的關(guān)鍵點(1)