高考物理一輪復(fù)習(xí)學(xué)案 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用-連接體問(wèn)題

牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用——連接體問(wèn)題設(shè)計(jì)意圖：1.實(shí)驗(yàn)原理與主干知識(shí)融合復(fù)習(xí)的探索高三的復(fù)習(xí)課不同于新課教學(xué)，學(xué)生對(duì)知識(shí)并沒(méi)有完全遺忘，在進(jìn)行復(fù)習(xí)課的教學(xué)時(shí)要將問(wèn)題聚焦到學(xué)生容易遺忘的重要問(wèn)題上，對(duì)于較為簡(jiǎn)單的知識(shí)，可以通過(guò)練習(xí)幫助學(xué)生回顧。這樣既能夠達(dá)到復(fù)習(xí)的目的，又能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)習(xí)課的高效。實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)也是如此，本節(jié)課重點(diǎn)討論實(shí)驗(yàn)《探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系》。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本思路、控制變量法、實(shí)驗(yàn)儀器等能夠很快地回憶起來(lái)。通過(guò)直線運(yùn)動(dòng)的復(fù)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了通過(guò)紙帶求解加速度的方法。學(xué)生的問(wèn)題主要集中在力的測(cè)量上，對(duì)平衡摩擦力的操作、砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量的要求，有印象，但對(duì)其中的道理不夠清晰。因此本節(jié)課在設(shè)計(jì)上，將實(shí)驗(yàn)原理的復(fù)習(xí)與連接體問(wèn)題進(jìn)行整合，學(xué)生先學(xué)會(huì)處理連接體問(wèn)題基本思路，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)喚起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的回憶，然后應(yīng)用處理連接體問(wèn)題的方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入分析，解決學(xué)生的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)原理和主干知識(shí)是相輔相成的，兩者分開(kāi)復(fù)習(xí)顯得重復(fù)，也會(huì)給學(xué)生造成實(shí)驗(yàn)與主干知識(shí)割裂的感覺(jué)。將實(shí)驗(yàn)原理與主干知識(shí)融合復(fù)習(xí)，可以提高復(fù)習(xí)的效率，通過(guò)將主干知識(shí)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，也能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解和靈活運(yùn)用。2.學(xué)生分析論證能力的培養(yǎng)近些年高考試題中，在設(shè)問(wèn)時(shí)要求學(xué)生分析論證的題目越來(lái)越多，在平時(shí)的教學(xué)中要關(guān)注學(xué)生這方面能力的培養(yǎng)。本節(jié)課在設(shè)計(jì)時(shí)，盡量以分析說(shuō)明的方式進(jìn)行設(shè)問(wèn)，而不是單純地求解某個(gè)物理量。這樣既能夠訓(xùn)練學(xué)生的解題能力，又能培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力。在講解時(shí)，先由教師給出示范，然后逐漸放開(kāi)，最終讓學(xué)生嘗試自己獨(dú)立進(jìn)行分析與論證。在評(píng)價(jià)過(guò)程中，采用結(jié)合老師給出的示范對(duì)自己的論述進(jìn)行自評(píng)，同學(xué)之間的交流、針對(duì)老師展示的同學(xué)的答案進(jìn)行互評(píng)，兩種評(píng)價(jià)方式相結(jié)合的方式，逐步培養(yǎng)學(xué)生的分析論證能力。教學(xué)目標(biāo)：1.通過(guò)對(duì)動(dòng)力學(xué)方法測(cè)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步熟悉應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題的思路。2.通過(guò)討論交流，歸納連接體問(wèn)題的特點(diǎn)與解題方法。3.通過(guò)對(duì)具體實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的討論，熟悉連接體問(wèn)題的解題思路，加深對(duì)探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中的間接測(cè)量合力方法的理解。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：解決連接體問(wèn)題時(shí)要抓住各物體運(yùn)動(dòng)的加速度相同的特點(diǎn)。難點(diǎn)：應(yīng)用連接體問(wèn)題的分析思路，分析實(shí)驗(yàn)中的具體問(wèn)題。教學(xué)過(guò)程：教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖環(huán)節(jié)一：動(dòng)力學(xué)方法測(cè)質(zhì)量介紹動(dòng)力學(xué)測(cè)質(zhì)量的方法播放視頻：宇航員天宮授課時(shí)用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)質(zhì)量閱讀“科學(xué)世界”，觀看視頻，了解動(dòng)力法測(cè)質(zhì)量的物理原理。讓學(xué)生了解牛頓運(yùn)動(dòng)定律在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用空間站飛船F(xiàn)a例1、如圖是采用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)量空間站質(zhì)量的原理圖若已知飛船質(zhì)量為3.0×103kg其推進(jìn)器的平均推力F為900N，在飛船與空間站對(duì)接后推進(jìn)器工作5s內(nèi)測(cè)出飛船和空間站的速度變化是空間站飛船F(xiàn)a思考：飛船對(duì)空間站的作用力是否等于900N？請(qǐng)分析說(shuō)明?？偨Y(jié)歸納學(xué)生的思路，給出示范如何分析說(shuō)明問(wèn)題。以整體為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)=（m站+m船）a以空間站為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)N=m站a聯(lián)立，得所以飛船對(duì)空間站的作用力小于900N。選取飛船和空間站組成的整體為研究對(duì)象，應(yīng)用牛頓第二定律F=m總a，求解總質(zhì)量，進(jìn)而得出空間站的質(zhì)量。同學(xué)之間思考與討論，用隔離法解決問(wèn)題。以空間站為研究對(duì)象，其加速度與整體加速度一致，根據(jù)牛頓第二定律，可知飛船對(duì)空間站的作用力FN=m站a，所以FN<F。熟悉應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題的思路。熟悉整體法與隔離法相結(jié)合解決問(wèn)題。通過(guò)以上討論，請(qǐng)總結(jié)連接體的特點(diǎn)、解題思路。連接體：兩個(gè)或兩個(gè)以上相互連接（繩子或彈簧相連、疊放、并排等）物體發(fā)生作用而共同參與運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。特點(diǎn)：各物體運(yùn)動(dòng)的加速度相同。方法：整體法、隔離法思考并回答連接體的特點(diǎn)為各物體的加速度相同。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納連接體的特點(diǎn)和解決連接體問(wèn)題的方法。環(huán)節(jié)二、比較以下情景中物體P的加速度例2、如圖所示，物體P置于水平面上，用輕細(xì)線跨過(guò)質(zhì)量不計(jì)的光滑定滑輪連接一個(gè)重力G=10N的重物，物體P向右運(yùn)動(dòng)的加速度為a1；若細(xì)線下端不掛重物，而用F=10N的力豎直向下拉細(xì)線下端，這時(shí)物體P的加速度為a2，請(qǐng)分析說(shuō)明a1與a2的大小關(guān)系。找出本題的關(guān)鍵問(wèn)題：用G=10N的重物牽引物體P做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，繩子的拉力是否為10N？示范分析過(guò)程：以物體Q為研究對(duì)象，當(dāng)P向右加速時(shí)，Q向下加速，兩者加速度大小相等。根據(jù)牛頓第二定律，有G-F′=ma1此時(shí)繩子拉力F′<G所以F′<F，加速度大小關(guān)系為a1<a2思考，寫(xiě)出分析過(guò)程，并同學(xué)之間互相交流。通過(guò)具體實(shí)例，幫助學(xué)生進(jìn)一步熟悉連接體問(wèn)題的分析思路。環(huán)節(jié)三、回顧實(shí)驗(yàn)，回答問(wèn)題實(shí)驗(yàn)一：探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律問(wèn)題：通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)小車(chē)的質(zhì)量為M，砂桶的總質(zhì)量為m，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度是否等于？回顧實(shí)驗(yàn)，并思考問(wèn)題。經(jīng)分析得出，小車(chē)的加速度不等于。原因有兩個(gè)方面：繩子的拉力F不等于mg，木板對(duì)小車(chē)有摩擦力。通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)情景，幫助學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)，從而引出要研究的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)二：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)中，需要傾斜木板平衡摩擦力，并要求桶和砂的總質(zhì)量m比小車(chē)質(zhì)量M小得多。請(qǐng)分析說(shuō)明這樣做的理由。播放平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，幫助學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)。分析平衡摩擦力的原因：GGNf小車(chē)不受拉力牽引時(shí)，Gx=f小車(chē)受到繩子拉力時(shí)，F(xiàn)=F合展示學(xué)生分析m比M小得多的原因。通過(guò)裝置圖和平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn)操作視頻，回顧實(shí)驗(yàn)，并嘗試分析說(shuō)明平衡力和m比M小得多的理由。通過(guò)分析，體會(huì)到如何實(shí)驗(yàn)中用測(cè)量桶和砂的總重力，代替測(cè)量小車(chē)受到的合力，這種巧妙的間接測(cè)量的方法。m比M小得多的原因：根據(jù)牛頓第二定律對(duì)M：F=Ma對(duì)m：mg-F=ma當(dāng)m比M小得多時(shí)，可認(rèn)為F=mg。該問(wèn)題作為課堂的過(guò)程性評(píng)價(jià)，并訓(xùn)練學(xué)生的分析論證能力。小結(jié)1、連接體問(wèn)題特點(diǎn)：各物體運(yùn)動(dòng)的加速度相同。方法：整體法、隔離法2、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系間接測(cè)量合力的方法總結(jié)解決連接體問(wèn)題的思路，體會(huì)在實(shí)驗(yàn)中間接測(cè)量的方法。提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，將知識(shí)升華為方法。學(xué)案：牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用——連接體問(wèn)題一、動(dòng)力學(xué)方法測(cè)質(zhì)量大家知道，質(zhì)量可以用天平來(lái)測(cè)量。但是在太空，物體完全失重，用天平無(wú)法測(cè)量質(zhì)量，那么應(yīng)該如何測(cè)量呢？由牛頓第二定律F＝ma可知，如果給物體施加一個(gè)已知的力，并測(cè)得物體在這個(gè)力作用下的加速度，就可以求出物體的質(zhì)量。這就是動(dòng)力學(xué)測(cè)量質(zhì)量的方法。北京時(shí)間2013年6月20日上午10時(shí)，我國(guó)航天員在天宮一號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了太空授課，演示了包括質(zhì)量的測(cè)量在內(nèi)的一系列實(shí)驗(yàn)。質(zhì)量的測(cè)量是通過(guò)艙壁上打開(kāi)的一個(gè)支架形狀的質(zhì)量測(cè)量?jī)x完成的。測(cè)量時(shí)，航天員把自己固定在支架的一端，另外一名航天員將支架拉開(kāi)到指定的位置。松手后，支架拉著航天員從靜止返回到艙壁。支架能夠產(chǎn)生一個(gè)恒定的拉力F；用光柵測(cè)速裝置能夠測(cè)量出支架復(fù)位的速度v和時(shí)間t，從而計(jì)算出加速度a。這樣，就能夠計(jì)算出航天員的質(zhì)量m。例1、如圖是采用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)量空間站質(zhì)量的原理圖若已知飛船質(zhì)量為3.0×103kg其推進(jìn)器的平均推力F為900N，在飛船與空間站對(duì)接后推進(jìn)器工作5s內(nèi)測(cè)出飛船和空間站的速度變化是0.05m/s，求空間站的質(zhì)量aFF思考：飛船對(duì)空間站的作用力是否等于900N？請(qǐng)分析說(shuō)明。通過(guò)以上討論，請(qǐng)總結(jié)連接體的特點(diǎn)、解題思路。二、比較以下情景中物體P的加速度例2、如圖所示，物體P置于水平面上，用輕細(xì)線跨過(guò)質(zhì)量不計(jì)的光滑定滑輪連接一個(gè)重力G=10N的重物，物體P向右運(yùn)動(dòng)的加速度為a1；若細(xì)線下端不掛重物，而用F=10N的力豎直向下拉細(xì)線下端，這時(shí)物體P的加速度為a2