人教版必修一 第四章第七節(jié) 用牛頓運動定律解決問題（二） 教案.doc

4.7 用牛頓運動定律解決問題（二）教案 a備課資料 失重和宇宙開發(fā)人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機進入軌道后，其中的人和物將處于失重狀態(tài)。人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機等航天器進入軌道后，可以認(rèn)為是繞地球做圓周運動，做圓周運動的物體，速度的方向是時刻改變的，因而具有加速度，它的大小等于衛(wèi)星所在高度處重力加速度的大小，這跟在以重力加速度下降的升降機中發(fā)生的情況類似，航天器中的人和物都處于完全失重狀態(tài)。 你能夠想象出完全失重的條件下會發(fā)生什么現(xiàn)象嗎？你設(shè)想地球上一旦重力消失，會發(fā)生什么現(xiàn)象，在宇宙飛船中就會發(fā)生什么現(xiàn)象。物體將飄在空中，液滴絕對呈球形，氣泡在液體中將不上浮。宇航員站著睡覺和躺著睡覺一樣舒服，走路務(wù)必小心，稍有不慎，將會“上不著天，下不著地”。食物要做成塊狀或牙膏似的糊狀，以免食物的碎渣“漂浮”在空中進入宇航員的眼睛、鼻孔你還可以繼續(xù)發(fā)揮你的想象力，舉出更多的現(xiàn)象來。在失重條件下，融化了的金屬的液滴，形狀絕對呈球形，冷卻后可以成為理想的滾珠。而在地面上，用現(xiàn)代技術(shù)制成的滾珠，并不絕對呈球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一。 玻璃纖維（一種很細(xì)的玻璃絲，直徑為幾十微米）是現(xiàn)代光纖通信的主要部件。在地面上，不可能制造很長的玻璃纖維，因為沒等到液態(tài)的玻璃絲凝固，由于它受到重力，將被拉成小段。而在太空的軌道上，將可以制造出幾百米長的玻璃纖維。在太空的軌道上，可以制成一種新的泡沫材料泡沫金屬。在失重條件下，在液態(tài)的金屬中通以氣體，氣泡將不“上浮”，也不“下沉”，均勻地分布在液態(tài)金屬中，凝固后就成為泡沫金屬，這樣可以制成輕得像軟木塞似的泡沫鋼，用它做機翼，又輕又結(jié)實。同樣的道理，在失重條件下，混合物可以均勻地混合，由此可以制成地面上不能得到的特種合金。 電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、核工業(yè)等部門，對高純度材料的需要不斷增加，其純度要求為“6個9”至“8個9”，即999999%99.999999%。在地面上，冶煉金屬需在容器內(nèi)進行，總會有一些容器的微量元素?fù)饺氲奖灰睙挼慕饘僦?。而在太空中的“懸浮冶煉”，是在失重條件下進行的，不需要用容器，消除了容器對材料的污染，可獲得純度極高的產(chǎn)品。在電子技術(shù)中所用的晶體，在地面上生產(chǎn)時，由于受重力影響，晶體的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重條件下，晶體的生產(chǎn)是均勻的，生產(chǎn)出來的晶體也要大得多。在不久的將來，如能在太空建立起工廠，生產(chǎn)出砷化鎵的純晶體，它要比現(xiàn)有的硅晶體優(yōu)越得多，將會引起電子技術(shù)的重大突破。教學(xué)目標(biāo)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(dǎo)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(rèn)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(yīng)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(xué)生的分析推理能力和實驗觀察能力。2. 培養(yǎng)學(xué)生處理三力平衡問題時一題多解的能力。3. 引導(dǎo)幫助學(xué)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(xué)以致用”的思想，聯(lián)系自己在電梯升降上的感受，有將物理知識應(yīng)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(xué)生聯(lián)系實際，實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。教學(xué)重點、難點教學(xué)重點1.共點力作用下物體的平衡條件及應(yīng)用。2.發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及本質(zhì)。教學(xué)難點1.共點力平衡條件的應(yīng)用。2.超重、失重現(xiàn)象的實質(zhì)；正確分析受力并恰當(dāng)?shù)剡\用正交分解法。教學(xué)方法1.分析推理、歸納總結(jié)、實驗驗證。2.通過實例分析、強化訓(xùn)練。教學(xué)準(zhǔn)備多媒體、體重計、塑料瓶、水等。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課學(xué)生體驗：雙腳分開站立，相距40cm，能否不變身姿抬起一只腳？用手提著彈簧秤，掛一鉤碼，使之上下加速運動，觀察彈簧秤的示數(shù)變化。板書：用牛頓運動定律解決問題（二）二、進行新課（一）共點力的平衡條件教師提問：共點力作用下物體的平衡條件是什么？學(xué)生回答：物體所受合力為零。拓展提問：請同學(xué)們列舉一些生活中物體處于平衡狀態(tài)的實例。學(xué)生可能回答：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。引導(dǎo)分析：請大家討論一下豎直上拋的物體到達(dá)最高點的瞬間是否處于平衡狀態(tài)。學(xué)生可能回答：豎直上拋的最高點物體應(yīng)該處于平衡狀態(tài)，因為此時物體速度為零。我不同意剛才那位同學(xué)的說法，物體處于平衡狀態(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(rèn)為處于平衡狀態(tài)。教師點評：剛才的同學(xué)分析得非常好，大家一定要掌握的是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài)。為了加深同學(xué)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。多媒體投影教材中的例題1。教師提問：輕質(zhì)細(xì)繩中的受力特點是什么？學(xué)生回答：輕質(zhì)細(xì)繩中的受力特點是兩端受力大小相等，內(nèi)部張力處處相等。教師提問：點o的受力特點是什么？學(xué)生回答：所受合外力為零。教師要求：請同學(xué)們把具體的分析過程寫出來。投影學(xué)生的解答過程：答：如圖4-7-1所示，繩ao的拉力f1、桿bo的向右彈力f2、豎直繩拉力f3，三個力的合力為零，表示這三個力在x方向的分矢量之和及y軸方向的分矢量之和也都為零，即：，。由以上兩式解出鋼索oa受到的拉力： 。硬桿ob的支持力： 。教師總結(jié)：板書：解決共點力平衡問題的一般步驟：（1）選取研究對象；（2）對所選取的研究對象進行受力分析，并畫出受力圖；（3）對研究對象所受的力進行處理，一般情況下需要建立合適的直角坐標(biāo)系，對各力按坐標(biāo)軸進行正交分解；（4）建立平衡方程，若各力作用在同一直線上，可直接用f合=0列方程，若幾個力不在同一直線上，可用fx合=0和fy合=0聯(lián)立列出方程；（5）對方程求解，必要時對解進行分析。例2一個質(zhì)量為0.2kg的小球用細(xì)繩吊在底角為的斜面的頂端，如圖4-7-2所示，斜面靜止時，球緊靠斜面，繩與斜面平行，不計摩擦，當(dāng)斜面以10m/s2的加速度向右做加速運動時，求繩子的拉力及斜面對小球的彈力。解析：令小球處于離開斜面的臨界狀態(tài)即n=0時，斜面向右的加速度為a0，此時對小球由牛頓第二定律得：mgcot=ma0，故a0=gcot=7.5m/s。因a=10m/sa0，故小球離開斜面向右加速運動。故，n=0。（二）超重和失重 （學(xué)生實驗）一位同學(xué)甲站在體重計上靜止，另一位同學(xué)說出體重計的示數(shù)。注意觀察接下來的實驗現(xiàn)象。教師提問：甲突然下蹲時，體重計的示數(shù)是否變化？學(xué)生回答：體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變小了。教師提問：甲突然站起時，體重計的示數(shù)是否變化？學(xué)生回答：體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變大。教師提問：當(dāng)人下蹲和突然站起的過程中人受到的重力并沒有發(fā)生變化，為什么體重計的示數(shù)發(fā)生了變化呢？學(xué)生回答：這是因為當(dāng)人靜止在體重計上時，人處于受力平衡狀態(tài)，重力和體重計對人的支持力相等，而實際上體重計測量的是人對體重計的壓力，在這種靜止的情況下，壓力的大小是等于重力的。而當(dāng)人在體重計上下蹲或突然站起的過程中，人有了加速度，此時人受力不再平衡，壓力的大小不再等于重力，所以體重計的示數(shù)發(fā)生了變化。教師點評：這位同學(xué)分析得非常好，我們把物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦凶鑫矬w的視重，當(dāng)物體運動狀態(tài)發(fā)生變化時，視重就不再等于物體的重力，而是比重力大或小。大家再看這樣一個問題：例3 人站在電梯中，人的質(zhì)量為m，如果當(dāng)電梯以加速度 a加速上升時，人對地板的壓力為多大？學(xué)生思考解答：選取人作為研究對象，分析人的受力情況：人受到兩個力的作用，分別是人的重力和電梯地板對人的支持力。由于地板對人的支持力與人對地板的壓力是一對作用力與反作用力，根據(jù)牛頓第三定律，地板對人的支持力就等于人對地板的壓力。取向上為正方向，根據(jù)牛頓第二定律寫出支持力f、重力g、質(zhì)量m、加速度a的方程f-g=ma，由此可得：fg+mam（g+a）人對地板的壓力f與地板對人的支持力大小相等，即fm（g+a）由于m（g+a）mg，所以當(dāng)電梯加速上升時，人對地板的壓力比人的重力大。教師歸納：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w受到的重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象。（板書）教師提問：物體處于超重現(xiàn)象時物體的加速度方向如何呢？學(xué)生回答：處于超重狀態(tài)物體的加速度方向向上。（板書）例4人以加速度a減速下降，這時人對地板的壓力又是多大？學(xué)生討論回答：此時人對地板的壓力也是大于重力的，壓力大小是：fm（g+a）。加速度向上時物體的運動狀態(tài)分為兩種情況，即加速向上運動或減速向下。投影展示： 大家再看這樣幾個問題：1人以加速度a加速向下運動，這時人對地板的壓力多大？2人隨電梯以加速度a，減速上升時，人對地板的壓力為多大？3人隨電梯向下的加速度ag，這時人對地板的壓力又是多大？教師提問：這幾種情況物體對地板的壓力與物體的重力相比較哪一個大？學(xué)生回答：應(yīng)該是物體的重力大于物體對地板的壓力。教師提問：結(jié)合超重的定義方法，這一種現(xiàn)象應(yīng)該稱為什么現(xiàn)象？學(xué)生回答：應(yīng)該稱為失重現(xiàn)象。板書：物體對支持物的壓力和對懸掛物的拉力小于物體重力的現(xiàn)象稱為失重。教師提問：第三種情況中人對地板的壓力大小是多少？學(xué)生回答：應(yīng)該是零。教師總結(jié)：我們把這種現(xiàn)象叫做完全失重。板書：完全失重狀態(tài)下物體的加速度等于重力加速度g。教師提問：發(fā)生超重和失重現(xiàn)象時，物體實際受的重力是否發(fā)生了變化？學(xué)生回答：沒有發(fā)生變化，只是物體的視重發(fā)生了變化。拓展分析：為了加深同學(xué)們對完全失重的理解，我們看下面一個實驗，仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象。課堂演示實驗：取一裝滿水的塑料瓶，在靠近底部的側(cè)面打一小孔，讓其做自由落體運動。學(xué)生總結(jié)：觀察到的現(xiàn)象是水并不從小孔中噴出，原因是水受到的重力完全用來提供水做自由落體運動的加速度了。三、課堂小結(jié)1.在共點力作用下物體平衡的條件是合力為零。2.超重、失重并非是失去重力。其動力學(xué)公式是：超重：f-mg=ma 失重：mg-f=ma 完全失重：mg=ma 3.做自由落體運動的物體處于完全失重狀態(tài)，其加速度a=g。四、布置作業(yè)1.教材p94問題與練習(xí)14題。2.通過乘坐電梯等，了解和體驗超重和失重。五、板書設(shè)計用牛頓運動定律解決問題（二）1.解決共點力平衡問題的一般步驟（1）選取研究對象；（2）對所選取的研究對象進行受力分析，并畫出受力圖；（3）對研究對象所受的力進行處理，一般情況下需要建立合適的直角坐標(biāo)系，對各力按坐標(biāo)軸進行正交分解；（4）建立平衡方程，若各力作用在同一直線上，可直接用f合=0列方程，若幾個力不在同一直線上，可用fx合=0和fy合=0聯(lián)立列出方程；（5）對方程求解，必要時對解進行分析。2.物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w受到的重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象；處于超重狀態(tài)物體的加速度方向向上。3.物體對支持物的壓力和對懸掛物的拉力小于物體重力的現(xiàn)象稱為失重；完全失重狀態(tài)下物體的加速度等于重力加速度g，方向向下。六、課堂作業(yè)1.某人站在臺秤的底板上，當(dāng)他向下蹲的過程中（ ）。a由于臺秤的示數(shù)等于人的重力，此人向下蹲的過程中他的重力不變，所以臺秤的示數(shù)也不變b此人向下蹲的過程中，臺秤底板既受到人的重力，又受到人向下蹲的力，所以臺秤的示數(shù)將增大c臺秤的示數(shù)先增大后減小d臺秤的示數(shù)先減小后增大2.如圖4-7-3所示，a為電磁鐵，c為膠木秤盤，a和c（包括支架）的總質(zhì)量為m，b為鐵片，質(zhì)量為m，整個裝置用輕繩懸掛于o點，當(dāng)電磁鐵通電，鐵片被吸引上升的過程中，輕繩上拉力f的大小為 （ ）。圖4-7-3af=mg bmgf（m+m）g 3.在一個封閉裝置中，用彈簧秤稱一物體的重量，根據(jù)讀數(shù)與實際重力之間的關(guān)系，以下說法中正確的是（ ）。a讀數(shù)偏大，表明裝置加速上升b讀數(shù)偏小，表明裝置減速下降c讀數(shù)為零，表明裝置運動加速度等于重力加速度，但無法判斷是向上還是向下運動d讀數(shù)準(zhǔn)確，表明裝置勻速上升或下降圖4-7-44.如圖4-7-4所示，質(zhì)量為m傾角為的斜面體靜止在水平地面上，有一個質(zhì)量為m的物體在斜面頂端由靜止沿斜面無摩擦滑下，在物體下滑過程中，斜面體靜止不動，這時斜面體對地面的壓力大小是_，地面對斜面體的摩擦力大小是_。5.質(zhì)量為m1=l0kg和m2=20kg的兩物體靠在一起置于同一水平面上，如圖4-7-5所示。兩物體與水平面間的動摩擦因數(shù)分別為1=0.1，2=0.2，現(xiàn)對它們施加一個f=80n向右的水平力，使它們一起做加速運動。取g=l0ms2，求：（1）兩物體間的作用力nl；圖4-7-5（2）若f1從右向左作用在m2 上，求兩物體間的作用力n2；（3）若1 =2 （或水平面光滑），求n1/n2。參考答案：1.d 2.d 3.c 4. mgsincos5. （1）60n （2）20n （3）2:1教育格言圣明的教師給予學(xué)生的不是現(xiàn)成的知識寶殿，而是鼓勵他們?nèi)プ銎龃u的工作，教他們建筑。教案 b教學(xué)目標(biāo)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(dǎo)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(rèn)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(yīng)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(xué)生的分析推理能力和實驗觀察能力。 2培養(yǎng)學(xué)生處理三力平衡問題時一題多解的能力。3引導(dǎo)幫助學(xué)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(xué)以致用”的思想，有將物理知識應(yīng)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(xué)生聯(lián)系實際、實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。教學(xué)重點、難點教學(xué)重點1共點力作用下物體的平衡條件及應(yīng)用。2發(fā)生超重、失重現(xiàn)象的條件及本質(zhì)。教學(xué)難點1共點力平衡條件的應(yīng)用。2超重、失重現(xiàn)象的實質(zhì)，正確分析受力并恰當(dāng)?shù)剡\用正交分解法。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課上一節(jié)課中我們學(xué)習(xí)了用牛頓運動定律解決問題的方法，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(xué)習(xí)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(xué)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(dāng)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(dá)最高點的瞬間是否處于平衡狀態(tài)？學(xué)生1：豎直上拋的最高點物體應(yīng)該處于平衡狀態(tài)，因為此時物體速度為零。學(xué)生2：我不同意剛才那位同學(xué)的說法，物體處于平衡狀態(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(rèn)為處于平衡狀態(tài)。教師評價：剛才的同學(xué)分析得非常好，大家一定要區(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(yīng)該是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài)。為了加深同學(xué)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 城市中的路燈、無軌電車的供電線路等，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，鋼索oa對o點的拉力和桿ob對o點的支持力各是多大？圖4-7-6 （解題分析和步驟見教材88頁例題1）例2 舉重是中國代表團在奧運會上重要的奪金項目。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4-7-7所示，為了保證棒靜止，兩手舉杠鈴的力沿豎直方向的分力之和應(yīng)與重力抵消。所以當(dāng)手臂夾角變大時，為了保證舉力豎直方向的分力大小不變，則要求舉力增大。 圖4-7-7（二）超重和失重1.超重現(xiàn)象（1）定義（力學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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，該題中如果選電梯為研究對象，受力情況會比較復(fù)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。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（ag）勻加速下降，人對地板的壓力多大？（5）人隨電梯以加速度a（ag）勻減速上升，人對地板的壓力為多大？學(xué)