4-5-牛頓定律的應(yīng)用-人教版(2019)高中物理必修第一冊教案

第四章第五節(jié)牛頓運動定律的應(yīng)用【教學目標】1．知道應(yīng)用牛頓運動定律解決的兩類主要問題．2．掌握應(yīng)用牛頓運動定律解決問題的基本思路和方法．3．能結(jié)合物體的運動情況對物體的受力情況進行分析．4．能根據(jù)物體的受力情況推導物體的運動情況．【核心素養(yǎng)發(fā)展】核心知識1．知道應(yīng)用牛頓運動定律解決的兩類主要問題．2．掌握應(yīng)用牛頓運動定律解決問題的基本思路和方法．3．能結(jié)合物體的運動情況對物體的受力情況進行分析．4．能根據(jù)物體的受力情況推導物體的運動情況．5．會用牛頓運動定律和運動學公式解決簡單的力學問題．核心能力1．通過實例感受研究力和運動關(guān)系的重要性．2．通過收集展示資料，了解牛頓定律對社會進步的價值．3．培養(yǎng)學生利用物理語言表達、描述物理實際問題的能力．4．幫助學生提高信息收集和處理能力，分析、思考、解決問題的能力和合作能力．5．幫助學生學會運用實例總結(jié)歸納一般問題的解題規(guī)律的能力．科學品質(zhì)1．初步認識牛頓運動定律對社會發(fā)展的影響．2．初步建立應(yīng)用科學知識的意識．3．培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)那髮崙B(tài)度及解決實際問題的能力．【教學重點】1．已知物體的受力情況，求物體的運動情況．2．已知物體的運動情況，求物體的受力情況．【教學難點】1．物體的受力分析及運動狀態(tài)分析和重要的解題方法的靈活選擇和運用．2．正交分解法．【教學方法】教師啟發(fā)、引導學生思考，討論、交流學習成果。探究法、討論法、實驗法。（一）新課導入我國科技工作者能準確地預測火箭的變軌、衛(wèi)星的著地點，他們靠的是什么？能不能利用我們已有的知識研究這一類問題?一切復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雜的運動，但是我們現(xiàn)在研究問題的方法將會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人手，看一下這一類問題的研究方法．（二）新課內(nèi)容一、從受力情況分析運動情況基本思路：（1）確定研究對象，對研究對象進行受力分析和運動分析，并畫出物體的受力示意圖；（2）根據(jù)力的合成與分解的方法，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，求出物體的加速度；（4）結(jié)合給定的物體的運動的初始條件，選擇運動學公式，求出所需的運動參量。例題1：如圖1所示，質(zhì)量m＝2kg的物體靜止在水平面上，物體與水平面間的滑動摩擦力大小等于它們之間彈力的0.25倍?，F(xiàn)對物體施加一個大小F＝8N，與水平方向夾角θ＝37°的斜向上的拉力。求物體在拉力作用下5s內(nèi)通過的位移。(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10m/s2)圖1解析：物體受到四個力的作用，如圖所示，建立直角坐標系并分解力F。根據(jù)牛頓第二定律，x、y兩個方向分別列方程Fcosθ－Ff＝ma①Fsinθ＋FN－G＝0②FN為水平面對物體的支持力，即物體與水平面之間的彈力，故摩擦力Ff＝μFN③由①②③得a＝1.3m/s2，由運動學公式得5s內(nèi)物體的位移x＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)×1.3×52m＝16.25m。答案：16.25m練習1：一個滑雪人從靜止開始沿山坡滑下(如圖2所示)，山坡的傾角θ＝30°，滑雪板與雪地的動摩擦因數(shù)是0.04，求5s內(nèi)滑下來的路程和5s末的速度大小。圖2解析：以滑雪人為研究對象，受力情況如圖所示。研究對象的運動狀態(tài)為：垂直于山坡方向，處于平衡；沿山坡方向，做勻加速直線運動。將重力mg分解為垂直于山坡方向和沿山坡方向，據(jù)牛頓第二定律列方程：FN－mgcosθ＝0mgsinθ－Ff＝ma又因為Ff＝μFN由①②③可得：a＝g(sinθ－μcosθ)故x＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)g(sinθ－μcosθ)t2＝eq\f(1,2)×10×(eq\f(1,2)－0.04×eq\f(\r(3),2))×52m＝58.2mv＝at＝10×(eq\f(1,2)－0.04×eq\f(\r(3),2))×5m/s＝23.3m/s。答案：58.2m23.3m/s二、從運動情況分析受力情況基本思路：（1）確定研究對象，對研究對象進行受力分析和運動分析，并畫出物體的受力示意圖；（2）選擇合適的運動學公式，求出物體的加速度；（3）根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體的所受的合外力；（4）根據(jù)力的合成與分解的方法，由合力求出所需的力。例題2：一質(zhì)量為2kg的物體靜止在水平地面上，在水平恒力F的推動下開始運動，4s末物體的速度達到4m/s，此時將F撤去，又經(jīng)8s物體停下來，如果物體與地面間的動摩擦因數(shù)不變，求力F的大小。[思路點撥]本題可按以下思路進行分析：eq\x(\a\al(0～4s內(nèi)物體,做勻加速運動))?eq\x(\a\al(后8s內(nèi)物體,做勻減速運動))?eq\x(\a\al(分階段應(yīng)用牛頓,第二定律求解))解析：物體的整個運動過程分為兩段，前4s內(nèi)物體做勻加速運動，后8s內(nèi)物體做勻減速運動。前4s內(nèi)物體的加速度為a1＝eq\f(v－0,t1)＝eq\f(4,4)m/s2＝1m/s2設(shè)摩擦力為f，由牛頓第二定律得F－f＝ma1①后8s內(nèi)物體的加速度為a2＝eq\f(0－v,t2)＝eq\f(－4,8)m/s2＝－0.5m/s2物體所受的摩擦力大小不變，由牛頓第二定律得－f＝ma2②由①②兩式可求得水平恒力F的大小為F＝m(a1－a2)＝2×(1＋0.5)N＝3N。答案：3N練習2：如圖3所示，質(zhì)量為30kg的雪橇和貨物在與水平面成30°角的拉力作用下，沿水平面向右做直線運動。經(jīng)0.5m，速度由0.6m/s均勻地減至0.4m/s。已知雪橇與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，求作用力F的大小。圖3解析：規(guī)定水平向右為正方向，由題意可知v0＝0.6m/s，vt＝0.4m/s，由veq\o\al(2,t)－veq\o\al(2,0)＝2ax得雪橇做勻減速運動的加速度a＝eq\f(v\o\al(2,t)－v\o\al(2,0),2x)＝eq\f(0.42－0.62,2×0.5)m/s2＝－0.2m/s2，負號表示加速度方向水平向左。對雪橇受力分析如圖所示。由牛頓第二定律知，水平方向上有Fcosθ－μN＝ma①豎直方向上有N＋Fsinθ－mg＝0②聯(lián)立①②式并整理后可得F＝eq\f(μmg＋ma,cosθ＋μsinθ)＝eq\f(0.2×30×9.8＋30×－0.2,\f(\r(3),2)＋0.2×\f(1,2))N≈54.66N。答案：54.66N三、應(yīng)用牛頓運動定律解題的一般步驟1、認真分析題意，明確已知條件和所求量。2、選取研究對象。所選取的研究對象可以是一個物體，也可以是幾個物體組成的整體.同一題目，根據(jù)題意和解題需要也可以先后選取不同的研究對象。3、分析研究對象的受力情況和運動情況。4、當研究對象所受的外力不在一條直線上時，如果物體只受兩個力，可以用平行四邊形定則求其合力；如果物體受力較多，一般把它們正交分解到兩個方向上去分別求合力；如果物體做直線運動，一般把各個力分解到沿運動方向和垂直運動的方向上。5、根據(jù)牛頓第二定律和運動學公式列方程，物體所受外力、加速度、速度等都可根據(jù)規(guī)定的正方向按正、負值代入公式，按代數(shù)和進行運算。6、求解方程，檢驗結(jié)果，必要時對結(jié)果進行討論。四、當堂練習1.用30N的水平外力F，拉一靜止放在光滑的水平面上質(zhì)量為20kg的物體，力F作用3秒后消失，則第5秒末物體的速度和加速度分別是（）A．v=7.5m／s，a=l.5m／s2B．v=4.5m／s，a=l.5m／s2C．v=4.5m／s，a=0D．v=7.5m／s，a=02.質(zhì)量是3kg的木塊，原來在光滑水平面上運動，受到8N的阻力后，繼續(xù)前進9m速度減為原來的一半，則原來的速度是m／s，木塊作勻減速運動，直到靜止的時間是s3.質(zhì)量是5kg的物體，在水平恒為F=20N的作用下，從靜止開始經(jīng)過2s速度達到2m/s，則物體與水平面間的動摩擦因數(shù)是。4.用2N的水平拉力，正好使木塊在水平地面上作勻速直線運動，現(xiàn)用4N的水平拉力使木塊在2s內(nèi)速度從2m／s增加6m／s，則木塊的質(zhì)量是．5.質(zhì)量為2kg的物體，在8N的水平力作用下以10m/s的速度沿粗糙水平面做勻速直線運動，撤去拉力后4秒鐘內(nèi)物體的位移是多少米？6.一個物體從10m長，5m高的斜面頂端自靜止開始滑下，設(shè)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.2，求它滑到斜面底端所用的時間和末速度。五、板書設(shè)計一、兩類問題已知物體的受力情況求物體的運動情況的問題已知物體的運動情況求物體的受力情況的問題二、解題思路：六、作業(yè)布置課堂作業(yè)：課本p104全部七、小結(jié)思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。八、視野拓展在我國古代著作中，對于力和運動問題，已有一定的認識。遠在春秋時期成書的《考工記》就有這樣的記載：“馬力既竭，輔猶能一取也?！本褪钦f，馬已停止用力，車還能向前走一段距離。這里雖然沒有得出慣性的概念，但是已經(jīng)注意到了慣性現(xiàn)象。在《墨經(jīng)》里，還給力下了一個明確的定義。在《經(jīng)上》第21條里說：“力，形之所以奮也”。這里的“形”就是“物體”，“奮”字在古籍中的意思是多方面的，像由靜到動、動而愈速、由下上升等都可以用“奮”字。經(jīng)文的意思是說，力是使物體由靜而動、動而愈速或由下而上的原因。在〈經(jīng)說〉里又說：“力，重之謂”這說明物重，是力的一種表現(xiàn)。從這條經(jīng)文來看，的確可以說我們的祖先在2000多年以前，已經(jīng)對力和運動之間的關(guān)系，開始了正確的觀察和研究。東漢王充所著《論衡》一書《狀留篇》中有這樣一段話：“且圓物投之于地，東西南北無之不可，策杖叩動