高中物理必修1課件第4章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第6節(jié)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題（一）

第6節(jié)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題(一)(教師參考)

一、教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能

1.掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題的基本思路和方法2.會(huì)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決簡(jiǎn)單的力學(xué)問(wèn)題過(guò)程與方法

1.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2.學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)例歸納總結(jié)一般問(wèn)題的解題規(guī)律情感態(tài)度與價(jià)值觀

1.初步建立應(yīng)用科學(xué)知識(shí)的意識(shí)2.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)題的能力二、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)

動(dòng)力學(xué)兩類基本問(wèn)題的思路教學(xué)難點(diǎn)

牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用三、重難點(diǎn)突破方略

已知受力確定運(yùn)動(dòng)情況的突破方略

【例題探究】

一個(gè)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(dòng).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)發(fā)生的位移.思考討論1:本題的研究對(duì)象是什么?研究對(duì)象受到幾個(gè)力作用?請(qǐng)畫出受力圖.

學(xué)生:研究對(duì)象是在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體.物體受到四個(gè)力的作用:重力G,方向豎直向下;地面的支持力FN,方向豎直向上;拉力F,方向水平向右;摩擦力Ff,方向水平向左.物體受力如圖所示.思考討論2:物體受到的合力沿什么方向?大小是多少?

學(xué)生:物體在豎直方向上的重力G和支持力FN大小相等、方向相反,彼此平衡;物體所受合力等于水平方向的拉力F與摩擦力Ff的合力.取水平向右的方向?yàn)檎较?則合力F合=F-Ff=2.2N,方向水平向右.思考討論3:物體的運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)嗎?依據(jù)是什么?

學(xué)生:是,物體在恒定的合力作用下產(chǎn)生恒定的加速度,所以物體做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng).思考討論4:從以上討論過(guò)程中,運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決本題的思路是怎樣的呢?請(qǐng)總結(jié)一下.

學(xué)生:首先,由物體已知的受力情況求出物體的合力;然后,由牛頓第二定律求出物體的加速度;最后,通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律就可以確定物體的運(yùn)動(dòng)情況.討論交流1:從以上解題過(guò)程中,總結(jié)一下,受力情況分析時(shí)如何避免“添力”或“漏力”?

學(xué)生:要按照一定的步驟分析,一般是先場(chǎng)力,再接觸力,最后是其他力.即一重、二彈、三摩擦、四其他.討論交流2:從以上解題過(guò)程中,總結(jié)一下運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決由受力情況確定運(yùn)動(dòng)情況的一般步驟.

學(xué)生討論結(jié)果:

(1)確定研究對(duì)象;(2)對(duì)確定的研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,畫出物體的受力示意圖;(3)建立直角坐標(biāo)系,在相互垂直的方向上分別應(yīng)用牛頓第二定律列式Fx=max,Fy=may,求得物體運(yùn)動(dòng)的加速度;(4)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式求解物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)量;(5)把已知量代入方程求解,檢驗(yàn)結(jié)果的正確性.課堂探究自主學(xué)習(xí)達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng)自主學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí)·感悟新知(教師參考)情境鏈接一一位同學(xué)通過(guò)電視機(jī)觀看火箭發(fā)射的場(chǎng)景,他聽(tīng)到現(xiàn)場(chǎng)指揮倒計(jì)時(shí)結(jié)束發(fā)出“點(diǎn)火”命令后,立刻用秒表計(jì)時(shí),測(cè)得火箭底部通過(guò)發(fā)射架頂端的時(shí)間是4.8s,他想算出火箭受到的推力,試分析還要知道哪些條件?信息根據(jù)牛頓第二定律F-mg=ma,若想求得推力F,需知火箭的質(zhì)量和加速度,火箭的加速度可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式x=at2求得,即需要知道發(fā)射架的高度x和火箭通過(guò)發(fā)射架的時(shí)間t,綜上所述除了時(shí)間t已經(jīng)測(cè)得外,只要再知道火箭質(zhì)量m和發(fā)射架的高度x,就可由公式x=at2

和F-mg=ma求出火箭受到的推力.情境鏈接二鉛球運(yùn)動(dòng)員被限制在固定半徑的投擲圈內(nèi),運(yùn)動(dòng)員大都是采用背向滑步的方法:先把上身扭轉(zhuǎn)過(guò)來(lái),背向投擲方向,然后擺腿、滑步、前沖,再用力推出鉛球,如圖所示.對(duì)于優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō),背向滑步推鉛球比原地推鉛球可增加約2m的成績(jī).你知道為什么嗎?信息背向滑步推鉛球的一系列動(dòng)作,使鉛球受力的位移更長(zhǎng),拋出的初速度更大.教材梳理兩類基本問(wèn)題1.已知物體的受力情況,可以由牛頓第二定律求出物體的

,再通過(guò)

確定物體的運(yùn)動(dòng)情況.2.已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù)

求出物體的加速度,再根據(jù)

確定物體所受的力.想一想加速度在解動(dòng)力學(xué)的兩類問(wèn)題中有什么作用?答案:加速度是受力情況和運(yùn)動(dòng)情況之間聯(lián)系的橋梁.加速度運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律運(yùn)動(dòng)學(xué)公式牛頓第二定律1.由牛頓第二定律知,物體加速度的方向就是其合力方向.(

)2.同一個(gè)物體,其所受合外力越大,加速度越大.(

)3.加速度越大的物體,它的速度變化量也越大.(

)4.由運(yùn)動(dòng)情況能確定受力情況,說(shuō)明運(yùn)動(dòng)決定受力.(

)5.由運(yùn)動(dòng)情況確定受力情況,要先由運(yùn)動(dòng)公式求出加速度.(

)6.由物體所受合力的方向可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)方向.(

)思考判斷答案:1.√

2.√

3.×

4.×

5.√

6.×要點(diǎn)一課堂探究核心導(dǎo)學(xué)·要點(diǎn)探究【問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】由物體的受力情況確定運(yùn)動(dòng)情況1.從受力確定物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)需要對(duì)物體進(jìn)行受力分析,此時(shí)受力分析的目的是什么?答案:受力分析的目的是求合力.2.從受力確定物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)需要利用牛頓第二定律列方程,此時(shí)列方程的目的是求什么?答案:列方程的目的是求加速度.【要點(diǎn)歸納】1.解題思路2.解題步驟(1)確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,并畫出物體的受力圖.(2)根據(jù)力的合成與分解,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,求出物體運(yùn)動(dòng)的加速度.(4)結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)的初始條件,選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出所需求的運(yùn)動(dòng)學(xué)量——任意時(shí)刻的位移和速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡等.【例1】(2017·上海楊浦檢測(cè))如圖(甲)所示,用大型貨車運(yùn)輸規(guī)格相同的圓柱形水泥管道,貨車可以裝載兩層管道,底層管道固定在車廂里,上層管道堆放在底層管道上,如圖(乙)所示.已知水泥管道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=,貨車緊急剎車時(shí)的加速度大小為8m/s2.每根水泥管道的質(zhì)量m=1500kg,重力加速度取g=10m/s2,求:(1)貨車沿平直路面勻速行駛時(shí),(乙)圖中管道A,B之間的彈力大小;(2)如果貨車在水平路面上勻速行駛的速度為43.2km/h,要使貨車在緊急剎車時(shí)上層管道不撞上駕駛室,最初堆放時(shí)上層管道最前端應(yīng)該離駕駛室的最小距離.?思維導(dǎo)圖?規(guī)律方法應(yīng)用牛頓第二定律解題時(shí)求合力的方法(1)合成法物體只受兩個(gè)力的作用產(chǎn)生加速度時(shí),合力的方向就是加速度的方向,解題時(shí)依據(jù)力的平行四邊形,運(yùn)用幾何知識(shí)求合力F合.反之,若知道加速度方向就知道合力方向.(2)正交分解法當(dāng)物體受到兩個(gè)以上的力作用而產(chǎn)生加速度時(shí),通常用正交分解法,一般把力正交分解為加速度方向和垂直于加速度方向的兩個(gè)分量.即沿加速度方向Fx=ma,垂直于加速度方向有Fy=0.(教師備用)例1-1:某人在一超市購(gòu)物,通過(guò)下坡通道時(shí),不小心將購(gòu)物車松開(kāi),購(gòu)物車由靜止開(kāi)始沿通道下滑,經(jīng)過(guò)0.5s的反應(yīng)時(shí)間后,該人開(kāi)始勻加速追購(gòu)物車,且人的最大速度為6m/s,則再經(jīng)過(guò)2.5s,該人追上購(gòu)物車.已知通道可看做斜面,傾角為37°,購(gòu)物車與通道之間的摩擦力等于購(gòu)物車對(duì)通道壓力的,則人在加速過(guò)程中的加速度大小約為多少?(整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力忽略不計(jì),重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)答案:3m/s2針對(duì)訓(xùn)練1:(2017·銅陵高一月考)如圖為一傾角θ=37°的足夠長(zhǎng)斜面,將一質(zhì)量為m=2kg的物體無(wú)初速度放在斜面上,同時(shí)施加一沿斜面向上的拉力F1=3N,2s后拉力變?yōu)镕2=9N,方向不變.物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:(1)F1作用時(shí)物體的加速度及2s末物體的速度;解析:(1)重力沿斜面向下的分力G1=mgsin37°=12N.斜面對(duì)物體的滑動(dòng)摩擦力Ff=μmgcos37°=4N.則物體在前2s內(nèi)沿斜面向下做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律可得G1-F1-Ff=ma1代入數(shù)據(jù)得a1=2.5m/s2由v1=a1t1得v1=5m/s.答案:(1)2m/s2

5m/s答案:(2)30m,方向沿斜面向下(2)前16s內(nèi)物體發(fā)生的位移.要點(diǎn)二【問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】1.從運(yùn)動(dòng)確定物體的受力情況時(shí)需要對(duì)物體進(jìn)行受力分析,此時(shí)受力分析的目的是什么?由物體的運(yùn)動(dòng)情況確定受力情況答案:受力分析的目的是求物體受到的某一分力.2.從運(yùn)動(dòng)情況確定物體的受力情況時(shí)需要利用牛頓第二定律列方程,此時(shí)列方程的目的是求什么?答案:列方程的目的是求物體所受的合力.【要點(diǎn)歸納】1.解題思路2.解題步驟(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)過(guò)程分析,并畫出受力圖和運(yùn)動(dòng)草圖.(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,求物體所受的合外力.(4)根據(jù)力的合成與分解的方法,由合力求出所需的力.【例2】在游樂(lè)場(chǎng),有一種大型游樂(lè)設(shè)施跳樓機(jī),如圖所示,參加游戲的游客被安全帶固定在座椅上,提升到離地最大高度64m處,然后由靜止釋放,開(kāi)始下落過(guò)程可認(rèn)為自由落體運(yùn)動(dòng),然后受到一恒定阻力而做勻減速運(yùn)動(dòng),且下落到離地面4m高處速度恰好減為零.已知游客和座椅總質(zhì)量為1500kg,下落過(guò)程中最大速度為20m/s,重力加速度g=10m/s2.求:(1)游客下落過(guò)程的總時(shí)間;(2)恒定阻力的大小.?思維導(dǎo)圖?解析:(1)設(shè)下落過(guò)程中最大速度為v,自由落體的高度為h1,則v2=2gh1v=gt1解得t1=2s,h1=20m設(shè)勻減速的高度為h2,加速度大小為a,則v2=2ah2,v=at2下落的總距離h=h1+h2=64m-4m=60m聯(lián)立解得a=5m/s2,t2=4s.游客下落過(guò)程的總時(shí)間為t=t1+t2=6s.(2)勻減速過(guò)程中,設(shè)阻力為Ff,由牛頓第二定律得Ff-mg=ma即Ff=m(a+g)=1500×(5+10)N=2.25×104N.答案:(1)6s

(2)2.25×104N誤區(qū)警示從運(yùn)動(dòng)情況確定受力的注意事項(xiàng)(1)由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求加速度,要特別注意加速度的方向,從而確定合外力的方向,不能將速度的方向和加速度的方向混淆.(2)題目中所求的力可能是合力,也可能是某一特定的力,求合力時(shí),則F合=ma,求某一分力時(shí)根據(jù)力的合成或分解列式求解.(教師備用)例2-1:民用航空客機(jī)的機(jī)艙除通常的艙門外還設(shè)有緊急出口,發(fā)生意外情況的飛機(jī)著陸后,打開(kāi)緊急出口的艙門,會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)由氣囊組成的斜面,機(jī)艙中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上.若某型號(hào)的客機(jī)緊急出口離地面高度為4.0m,構(gòu)成斜面的氣囊長(zhǎng)度為5.0m.要求緊急疏散時(shí),乘客從氣囊上由靜止下滑到達(dá)地面的時(shí)間不超過(guò)2.0s(g取10m/s2),則:(1)乘客在氣囊上下滑的加速度至少為多大?答案:(1)2.5m/s2(2)氣囊和下滑乘客間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過(guò)多少?答案:(2)0.92針對(duì)訓(xùn)練2:(2017·揚(yáng)州高一檢測(cè))滑雪運(yùn)動(dòng)是2022年北京冬季奧運(yùn)會(huì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一,受到眾多年輕人的喜愛(ài).如圖所示,質(zhì)量為60kg的滑雪運(yùn)動(dòng)員,在傾角為30°的斜坡頂端,從靜止開(kāi)始勻加速下滑90m到達(dá)坡底,用時(shí)10s.若g取10m/s2,求:(1)運(yùn)動(dòng)員下滑過(guò)程中的加速度大小;答案:(1)1.8m/s2(2)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)坡底時(shí)的速度大小;(3)運(yùn)動(dòng)員下滑過(guò)程中所受的阻力大小.解析:(2)由速度公式得v=at=1.8×10m/s=18m/s.(3)由牛頓第二定律得mgsin30°-Ff=ma,解得Ff=mgsin30°-ma=60×10×0.5N-60×1.8N=192N.答案:(2)18m/s

(3)192N(教師參考)【教材探究】教材P87“問(wèn)題與練習(xí)”題4中怎樣由題意判斷是否超速?答案:首先,汽車剎車過(guò)程可看做勻減速直線運(yùn)動(dòng),且末速度等于零;其次,“剎車痕跡”的長(zhǎng)度其實(shí)就是此勻減速過(guò)程的位移大小;然后,由給出的動(dòng)摩擦因數(shù)μ可以表示剎車過(guò)程受到摩擦阻力Ff,進(jìn)而表示此過(guò)程的加