人教版高中物理必修一教案：4.7 用牛頓定律解決問題（二）

/第七節(jié)用牛頓定律解決問題〔二〕教學(xué)目標(biāo)： 〔一〕知識(shí)與技能1.理解共點(diǎn)力作用下物體平衡狀態(tài)的概念,能推導(dǎo)出共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件.2.會(huì)用共點(diǎn)力平衡條件解決有關(guān)力的平衡問題.3.通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)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(shí)質(zhì).4.進(jìn)一步熟練掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)觀察能力.2.培養(yǎng)學(xué)生處理三力平衡問題時(shí)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(shí)質(zhì).〔三〕情感態(tài)度與價(jià)值觀1.滲透“學(xué)以致用〞的思想,有將物理知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實(shí)踐的意識(shí),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(shí)際、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.教學(xué)重點(diǎn)：1.共點(diǎn)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(diǎn)：1.共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用.2.超重、失重現(xiàn)象的實(shí)質(zhì).正確分析受力并恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用正交分解法.教學(xué)方法：教學(xué)用具：多媒體教學(xué)設(shè)備,體重計(jì)、裝滿水的塑料瓶等.教學(xué)過程：〔一〕新課導(dǎo)入師：上一節(jié)課中我們學(xué)習(xí)了用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題的兩種方法,根據(jù)物體的受力情況確定物體的運(yùn)動(dòng)情況和根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)定律解題.師：我們常見的物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有哪些種類？生：我們常見的運(yùn)動(dòng)有變速運(yùn)動(dòng)和勻速運(yùn)動(dòng),最常見的是物體靜止的情況.師：如果物體受力平衡,那么物體的運(yùn)動(dòng)情況如何？生：如果物體受力平衡的話,物體將做勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止,這要看物體的初速度情況.〔二〕新課教學(xué)1、共點(diǎn)力的平衡條件師：那么共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是什么？生：因?yàn)槲矬w處于平衡狀態(tài)時(shí)速度保持不變,所以加速度為零,根據(jù)牛頓第二定律得：物體所受合力為零.師：同學(xué)們列舉生活中物體處于平衡狀態(tài)的實(shí)例.生1：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.生2：豎直上拋運(yùn)動(dòng)的物體到達(dá)最高點(diǎn)的瞬間.師：大家討論一下豎直上拋的物體到達(dá)最高點(diǎn)的瞬間是否處于平衡狀態(tài).學(xué)生討論,答復(fù)提問生1：豎直上拋的最高點(diǎn)物體應(yīng)該處于平衡狀態(tài),因?yàn)榇藭r(shí)物體速度為零.生2：我不同意剛剛那位同學(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(yùn)動(dòng)速度為零的位置.處于豎直上拋?zhàn)罡唿c(diǎn)的物體只是在瞬間速度為零,它的速度立刻就會(huì)發(fā)生改變,所以不能認(rèn)為處于平衡狀態(tài).師：剛剛的同學(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(shí)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(shí)物體處于平衡狀態(tài).為了加深同學(xué)們對(duì)這個(gè)問題的理解,我們通過一個(gè)例子來進(jìn)一步探究物體的平衡是怎樣進(jìn)行研究的.多媒體投影課本中的例題、三角形的懸掛結(jié)構(gòu)及其理想化模型師：輕質(zhì)細(xì)繩中的受力特點(diǎn)是什么？生：輕質(zhì)細(xì)繩中的受力特點(diǎn)是兩端受力大小相等,內(nèi)部張力處處相等.師：節(jié)點(diǎn)O的受力特點(diǎn)是什么？生：節(jié)點(diǎn)O的受力特點(diǎn)是一理想化模型,所受合外力為零.師：我們分析的依據(jù)是什么？生：上面的分析借助牛頓第二定律進(jìn)行,是牛頓第二定律中合力等于零的特殊情況.師：同學(xué)們把具體的解答過程寫出來.投影學(xué)生的解答過程解答：如圖4－7－1所示,F1、F2、F3三個(gè)力的合力為零,表示這三個(gè)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,也就是：圖4－7－1F2－F1cosθ=0F1sinθ－F3=0由以上兩式解出鋼索OA受到的拉力F1F1==硬桿OB的支持力F2F2=F1cosθ=師：在這個(gè)同學(xué)解題的過程中,他采用的是什么方法？生：正交分解法：將其中任意一個(gè)力沿其余兩個(gè)力的作用線進(jìn)行分解,其分力必然與其余兩個(gè)力大小相等.師：除了這種方法之外,還有沒有其他的方法？生1：可以用力的合成法,任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大小相等,方向相反.生2：也可以用三角形法,將其中任意兩個(gè)力進(jìn)行平移,使三個(gè)力首尾依次連接起來,應(yīng)構(gòu)成一閉合三角形.師：總結(jié)：處理多個(gè)力平衡的方法有很多,其中最常見的就是剛剛幾位同學(xué)分析的這三種方法,即正交分解法、力的合成法和三角形定那么.這幾種方法到底采用哪一種方法進(jìn)行分析就要看具體的題目,在實(shí)際操作的過程中大家可以靈活掌握.課堂訓(xùn)練：如圖4－7－2所示,質(zhì)量為m的木塊在推力F的作用下,在水平地面上做勻速直線運(yùn)動(dòng).木塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,F的方向與水平方向成θ角斜向下.那么木塊受到的滑動(dòng)摩擦力為以下各值的哪個(gè)圖4－7－2A.μmg B.μ〔mg＋Fsinθ〕C.μ〔mg－Fsinθ〕 D.Fcosθ圖4－7－3答案：BD2、超重和失重學(xué)生實(shí)驗(yàn)：學(xué)生活動(dòng)：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,分析原因師：甲突然下蹲時(shí),體重計(jì)的示數(shù)是否變化？怎樣變化？生：體重計(jì)的示數(shù)發(fā)生了變化,示數(shù)變小了.師：甲突然站起時(shí),體重計(jì)的示數(shù)是否變化？怎樣變化？生：體重計(jì)的示數(shù)發(fā)生了變化,示數(shù)變大.師：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(jì)的示數(shù)發(fā)生了變化呢？生：這是因?yàn)楫?dāng)人靜止在體重計(jì)上時(shí),人處于受力平衡狀態(tài),重力和體重計(jì)對(duì)人的支持力相等,而實(shí)際上體重計(jì)測(cè)量的是人對(duì)體重計(jì)的壓力,在這種靜止的情況下,壓力的大小是化.這位同學(xué)分析得非常好,我們把物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦凶鑫矬w的視重,當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),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(gè)問題：多媒體投影例題：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(shí),人對(duì)地板的壓力為多大？學(xué)生思考解答生1：選取人作為研究對(duì)象,分析人的受力情況：人受到兩個(gè)力的作用,分別是人的重力和電梯地板對(duì)人的支持力.由于地板對(duì)人的支持力與人對(duì)地板的壓力是一對(duì)作用力與反作用力,根據(jù)牛頓第三定律,只要求出地板對(duì)人的支持力就可以求出人對(duì)地板的壓力.生2：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：F=G+ma=m〔g+a〕人對(duì)地板的壓力F′與地板對(duì)人的支持力大小相等,即F′=m〔g+a〕由于m〔g+a〕>mg,所以當(dāng)電梯加速上升時(shí),人對(duì)地板的壓力比人的重力大.師：物體對(duì)支持物的壓力〔或?qū)覓煳锏睦Α炒笥谖矬w受到的重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象.物體處于超重現(xiàn)象時(shí)物體的加速度方向如何呢？生：物體的加速度方向向上.師：當(dāng)物體的加速度方向向上時(shí),物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是怎樣的？生：應(yīng)該是加速上升.師：大家看這樣一個(gè)問題：投影展示：人以加速度a減速下降,這時(shí)人對(duì)地板的壓力又是多大？學(xué)生討論答復(fù)生1：此時(shí)人對(duì)地板的壓力也是大于重力的,壓力大小是：F=m〔g+a〕.生2：加速度向上時(shí)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為兩種情況,即加速向上運(yùn)動(dòng)或減速向下.師：大家再看這樣幾個(gè)問題：投影展示：1.人以加速度a加速向下運(yùn)動(dòng),這時(shí)人對(duì)地板的壓力多大？2.人隨電梯以加速度a減速上升,人對(duì)地板的壓力為多大？3.人隨電梯向下的加速度a＝g,這時(shí)人對(duì)地板的壓力又是多大？師：這幾種情況物體對(duì)地板的壓力與物體的重力相比擬哪一個(gè)大？生：應(yīng)該是物體的重力大于物體對(duì)地板的壓力.師：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？生：應(yīng)該稱為失重現(xiàn)象.當(dāng)物體對(duì)支持物的壓力和對(duì)懸掛物的拉力小于物體重力的現(xiàn)象稱為失重.師：第三種情況中人對(duì)地板的壓力大小是多少？生：應(yīng)該是零.師：我們把這種現(xiàn)象叫做完全失重,完全失重狀態(tài)下物體的加速度等于重力加速度g.師：發(fā)生超重和失重現(xiàn)象時(shí),物體實(shí)際受的重力是否發(fā)生了變化？生：沒有發(fā)生變化,只是物體的視重發(fā)生了變化.師：為了加深同學(xué)們對(duì)完全失重的理解,我們看下面一個(gè)實(shí)驗(yàn),仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.課堂演示實(shí)驗(yàn)：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(yùn)動(dòng).生：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(yùn)動(dòng)的加速度了.師：現(xiàn)在大家就可以解釋人站在臺(tái)秤上,突然下蹲和站起時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象了.課堂訓(xùn)練：1.某人站在臺(tái)秤的底板上,當(dāng)他向下蹲的過程中A.由于臺(tái)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(tái)秤的示數(shù)也不變B.此人向下蹲的過程中,臺(tái)秤底板既受到人的重力,又受到人向下蹲的力,所以臺(tái)秤的示數(shù)將增大C.臺(tái)秤的示數(shù)先增大后減小D.臺(tái)秤的示數(shù)先減小后增大答案：D2.如圖4－7－4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(gè)裝置用輕繩懸掛于O點(diǎn).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4－7－4A.F=mg B.Mg<F<〔M+m〕gC.F=〔M+m〕g D.F>〔M+m〕g答案：D3.在一個(gè)封閉裝置中,用彈簧秤稱一物體的重力,根據(jù)讀數(shù)與實(shí)際重力之間的關(guān)系,以下說法中正確的選項(xiàng)是A.讀數(shù)偏大,說明裝置加速上升B.讀數(shù)偏小,說明裝置減速下降C.讀數(shù)為零,說明裝置運(yùn)動(dòng)加速度等于重力加速度,但無法判斷是向上還是向下運(yùn)動(dòng)D.讀數(shù)準(zhǔn)確,說明裝置勻速上升或下降答案：C小結(jié)：.“超重〞“失重〞現(xiàn)象與物體運(yùn)動(dòng)的速度方向和大小均無關(guān),只決定于物體的加速度方向.課外訓(xùn)練：1.如圖4－7－5所示,在原來勻速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)的水平地板上放一物體,受到一個(gè)伸長的彈簧的拉力作用,但仍能保持與升降機(jī)相對(duì)靜止.現(xiàn)突然發(fā)現(xiàn)物體被彈簧拉動(dòng),那么判定升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能是圖4－7－5A.加速上升 B.加速下降 C.減速上升 D.減速下降2.質(zhì)量為60kg的人站在電梯內(nèi)的臺(tái)秤上,電梯從靜止開始運(yùn)動(dòng),臺(tái)秤上的人注意到開始3s內(nèi)臺(tái)秤示數(shù)為528N,接著8s內(nèi)臺(tái)秤的示數(shù)為588N,最后臺(tái)秤示數(shù)增大到678N,直到靜止時(shí)臺(tái)秤又恢復(fù)到588N.試問電梯是上升還是下降？升降的總高度是多少？3.如圖4－7－6所示,在一個(gè)盛水的容器中漂浮著一個(gè)物體,這時(shí)水面到達(dá)物體的某一位置.如將這個(gè)容器放在升降機(jī)中,在