高中物理必修1課件第4章牛頓運動定律第6節(jié)用牛頓運動定律解決問題（一）

第6節(jié)用牛頓運動定律解決問題(一)(教師參考)

一、教學(xué)目標

知識與技能

1.掌握應(yīng)用牛頓運動定律解決問題的基本思路和方法2.會用牛頓運動定律和運動學(xué)公式解決簡單的力學(xué)問題過程與方法

1.培養(yǎng)學(xué)生利用物理語言表達、描述物理實際問題的能力2.學(xué)會運用實例歸納總結(jié)一般問題的解題規(guī)律情感態(tài)度與價值觀

1.初步建立應(yīng)用科學(xué)知識的意識2.培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴謹?shù)那髮崙B(tài)度及解決實際問題的能力二、教學(xué)重點難點

教學(xué)重點

動力學(xué)兩類基本問題的思路教學(xué)難點

牛頓運動定律的應(yīng)用三、重難點突破方略

已知受力確定運動情況的突破方略

【例題探究】

一個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動.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:本題的研究對象是什么?研究對象受到幾個力作用?請畫出受力圖.

學(xué)生:研究對象是在水平地面上運動的物體.物體受到四個力的作用: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.取水平向右的方向為正方向,則合力F合=F-Ff=2.2N,方向水平向右.思考討論3:物體的運動是勻變速運動嗎?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的勻加速直線運動.思考討論4:從以上討論過程中,運用牛頓運動定律解決本題的思路是怎樣的呢?請總結(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,通過運動學(xué)的規(guī)律就可以確定物體的運動情況.討論交流1:從以上解題過程中,總結(jié)一下,受力情況分析時如何避免“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:從以上解題過程中,總結(jié)一下運用牛頓運動定律解決由受力情況確定運動情況的一般步驟.

學(xué)生討論結(jié)果:

(1)確定研究對象;(2)對確定的研究對象進行受力分析,畫出物體的受力示意圖;(3)建立直角坐標系,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,求得物體運動的加速度;(4)應(yīng)用運動學(xué)的公式求解物體的運動學(xué)量;(5)把已知量代入方程求解,檢驗結(jié)果的正確性.課堂探究自主學(xué)習(xí)達標測評自主學(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)通過電視機觀看火箭發(fā)射的場景,他聽到現(xiàn)場指揮倒計時結(jié)束發(fā)出“點火”命令后,立刻用秒表計時,測得火箭底部通過發(fā)射架頂端的時間是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)運動學(xué)公式x=at2求得,即需要知道發(fā)射架的高度x和火箭通過發(fā)射架的時間t,綜上所述除了時間t已經(jīng)測得外,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.情境鏈接二鉛球運動員被限制在固定半徑的投擲圈內(nèi),運動員大都是采用背向滑步的方法:先把上身扭轉(zhuǎn)過來,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.對于優(yōu)秀的運動員來說,背向滑步推鉛球比原地推鉛球可增加約2m的成績.你知道為什么嗎?信息背向滑步推鉛球的一系列動作,使鉛球受力的位移更長,拋出的初速度更大.教材梳理兩類基本問題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

確定物體的運動情況.2.已知物體的運動情況,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力學(xué)的兩類問題中有什么作用?答案:加速度是受力情況和運動情況之間聯(lián)系的橋梁.加速度運動學(xué)的規(guī)律運動學(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.由運動情況能確定受力情況,說明運動決定受力.(

)5.由運動情況確定受力情況,要先由運動公式求出加速度.(

)6.由物體所受合力的方向可以判斷物體的運動方向.(

)思考判斷答案:1.√

2.√

3.×

4.×

5.√

6.×要點一課堂探究核心導(dǎo)學(xué)·要點探究【問題導(dǎo)學(xué)】由物體的受力情況確定運動情況1.從受力確定物體的運動情況時需要對物體進行受力分析,此時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動情況時需要利用牛頓第二定律列方程,此時列方程的目的是求什么?答案:列方程的目的是求加速度.【要點歸納】1.解題思路2.解題步驟(1)確定研究對象,對研究對象進行受力分析,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,求出物體運動的加速度.(4)結(jié)合物體運動的初始條件,選擇運動學(xué)公式,求出所需求的運動學(xué)量——任意時刻的位移和速度以及運動軌跡等.【例1】(2017·上海楊浦檢測)如圖(甲)所示,用大型貨車運輸規(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摩擦因數(shù)μ=,貨車緊急剎車時的加速度大小為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,(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上層管道不撞上駕駛室,最初堆放時上層管道最前端應(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求合力的方法(1)合成法物體只受兩個力的作用產(chǎn)生加速度時,合力的方向就是加速度的方向,解題時依據(jù)力的平行四邊形,運用幾何知識求合力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)物體受到兩個以上的力作用而產(chǎn)生加速度時,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:某人在一超市購物,通過下坡通道時,不小心將購物車松開,購物車由靜止開始沿通道下滑,經(jīng)過0.5s的反應(yīng)時間后,該人開始勻加速追購物車,且人的最大速度為6m/s,則再經(jīng)過2.5s,該人追上購物車.已知通道可看做斜面,傾角為37°,購物車與通道之間的摩擦力等于購物車對通道壓力的,則人在加速過程中的加速度大小約為多少?(整個運動過程中空氣阻力忽略不計,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)答案:3m/s2針對訓(xùn)練1:(2017·銅陵高一月考)如圖為一傾角θ=37°的足夠長斜面,將一質(zhì)量為m=2kg的物體無初速度放在斜面上,同時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.物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.25,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:(1)F1作用時物體的加速度及2s末物體的速度;解析:(1)重力沿斜面向下的分力G1=mgsin37°=12N.斜面對物體的滑動摩擦力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動,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.要點二【問題導(dǎo)學(xué)】1.從運動確定物體的受力情況時需要對物體進行受力分析,此時受力分析的目的是什么?由物體的運動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.從運動情況確定物體的受力情況時需要利用牛頓第二定律列方程,此時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.【要點歸納】1.解題思路2.解題步驟(1)確定研究對象,對研究對象進行受力分析和運動過程分析,并畫出受力圖和運動草圖.(2)選擇合適的運動學(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】在游樂場,有一種大型游樂設(shè)施跳樓機,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,開始下落過程可認為自由落體運動,然后受到一恒定阻力而做勻減速運動,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,下落過程中最大速度為20m/s,重力加速度g=10m/s2.求:(1)游客下落過程的總時間;(2)恒定阻力的大小.?思維導(dǎo)圖?解析:(1)設(shè)下落過程中最大速度為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.游客下落過程的總時間為t=t1+t2=6s.(2)勻減速過程中,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)警示從運動情況確定受力的注意事項(1)由運動學(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,則F合=ma,求某一分力時根據(jù)力的合成或分解列式求解.(教師備用)例2-1:民用航空客機的機艙除通常的艙門外還設(shè)有緊急出口,發(fā)生意外情況的飛機著陸后,打開緊急出口的艙門,會自動生成一個由氣囊組成的斜面,機艙中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上.若某型號的客機緊急出口離地面高度為4.0m,構(gòu)成斜面的氣囊長度為5.0m.要求緊急疏散時,乘客從氣囊上由靜止下滑到達地面的時間不超過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摩擦因數(shù)不得超過多少?答案:(2)0.92針對訓(xùn)練2:(2017·揚州高一檢測)滑雪運動是2022年北京冬季奧運會運動項目之一,受到眾多年輕人的喜愛.如圖所示,質(zhì)量為60kg的滑雪運動員,在傾角為30°的斜坡頂端,從靜止開始勻加速下滑90m到達坡底,用時10s.若g取10m/s2,求:(1)運動員下滑過程中的加速度大小;答案:(1)1.8m/s2(2)運動員到達坡底時的速度大小;(3)運動員下滑過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,汽車剎車過程可看做勻減速直線運動,且末速度等于零;其次,“剎車痕跡”的長度其實就是此勻減速過程的位移大小;然后,由給出的動摩擦因數(shù)μ可以表示剎車過程受到摩擦阻力Ff,進而表示此過程的加