1、第6節(jié)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題(一),(教師參考)一、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1.掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題的基本思路和方法 2.會(huì)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)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(dá)、描述物理實(shí)際問題的能力 2.學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)例歸納總結(jié)一般問題的解題規(guī)律 情感態(tài)度與價(jià)值觀1.初步建立應(yīng)用科學(xué)知識(shí)的意識(shí) 2.培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那髮?shí)態(tài)度及解決實(shí)際問題的能力,二、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)動(dòng)力學(xué)兩類基本問題的思路 教學(xué)難點(diǎn)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 三、重難點(diǎn)突破方略已知受力確定運(yùn)動(dòng)情況的突破方略【例題探究】 一個(gè)靜止在水平地面上的物體,質(zhì)量是2 kg,在6.4 N的水平拉力作用下沿水平地

2、面向右運(yùn)動(dòng).物體與地面間的摩擦力是4.2 N,求物體在4 s末的速度和4 s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(gè)力作用?請畫出受力圖.學(xué)生:研究對象是在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體.物體受到四個(gè)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?yàn)檎较?則合力F合=F-Ff=2.2 N,方向水平向右.,思

3、考討論3:物體的運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng). 思考討論4:從以上討論過程中,運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律就可以確定物體的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決由受

4、力情況確定運(yùn)動(dòng)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(jìn)行受力分析,畫出物體的受力示意圖;(3)建立直角坐標(biāo)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(yùn)動(dòng)的加速度;(4)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式求解物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)量;(5)把已知量代入方程求解,檢驗(yàn)結(jié)果的正確性.,課堂探究,自主學(xué)習(xí),達(dá)標(biāo)測評(píng),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(jī)觀看火箭發(fā)射的場景,他聽到現(xiàn)場指揮倒計(jì)時(shí)結(jié)束發(fā)出“點(diǎn)火”命令后,立刻用秒表計(jì)時(shí),測得火箭底部通過發(fā)射架頂端的時(shí)間是4.8 s,他想算出火箭受到的推力,試分析還要知道哪些條件

5、? 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(yùn)動(dòng)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(shí)間t,綜上所述除了時(shí)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(yùn)動(dòng)員被限制在固定半徑的投擲圈內(nèi),運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員來說,背向滑步推鉛球比原地推鉛球可增加約2 m的成績.你知道為什么嗎? 信息 背向滑步推鉛球的一系列動(dòng)作,使鉛球

6、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(yùn)動(dòng)情況. 2.已知物體的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)情況之間聯(lián)系的橋梁.,加速度,運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律,運(yùn)動(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)情況能確定受力情況,說明運(yùn)動(dòng)決定受力.() 5.由運(yùn)動(dòng)情況

7、確定受力情況,要先由運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向.(),思考判斷,答案:1.2.3.4.5.6.,要點(diǎn)一,課堂探究 核心導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)探究,【問題導(dǎo)學(xué)】,由物體的受力情況確定運(yùn)動(dòng)情況,1.從受力確定物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)需要對物體進(jìn)行受力分析,此時(shí)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(yùn)動(dòng)情況時(shí)需要利用牛頓第二定律列方程,此時(shí)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(diǎn)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(jìn)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

8、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(yùn)動(dòng)的加速度. (4)結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)的初始條件,選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出所需求的運(yùn)動(dòng)學(xué)量任意時(shí)刻的位移和速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡等.,【例1】 (2017上海楊浦檢測)如圖(甲)所示,用大型貨車運(yùn)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(dòng)摩擦因數(shù)= ,貨車緊急剎車時(shí)的加速度大小為8 m/s2.每根水泥管道的質(zhì)量m=1 500 kg,重力加速度取g=10 m/s2,求:,(1)貨車沿平直路面勻速行駛時(shí),(乙)圖中管道A,B之間的彈力大小; (2)如果貨車

9、在水平路面上勻速行駛的速度為43.2 km/h,要使貨車在緊急剎車時(shí)上層管道不撞上駕駛室,最初堆放時(shí)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(shí)求合力的方法,(1)合成法 物體只受兩個(gè)力的作用產(chǎn)生加速度時(shí),合力的方向就是加速度的方向,解題時(shí)依據(jù)力的平行四邊形,運(yùn)用幾何知識(shí)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(gè)以上的力作用而產(chǎn)生加速度時(shí),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(gè)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

10、下坡通道時(shí),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0.5 s的反應(yīng)時(shí)間后,該人開始勻加速追購物車,且人的最大速度為6 m/s,則再經(jīng)過2.5 s,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(gè)運(yùn)動(dòng)過程中空氣阻力忽略不計(jì),重力加速度g取10 m/s2,sin 37=0.6, cos 37=0.8),答案:3 m/s2,針對訓(xùn)練1: (2017銅陵高一月考)如圖為一傾角=37的足夠長斜面,將一質(zhì)量為m=2 kg的物體無初速度放在斜面上,同時(shí)施加一沿斜面向上的拉力F1=3 N,2 s后拉力變

11、為F2=9 N,方向不變.物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.25,取g=10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8,求: (1)F1作用時(shí)物體的加速度及2 s末物體的速度;,解析:(1)重力沿斜面向下的分力 G1=mgsin 37=12 N. 斜面對物體的滑動(dòng)摩擦力 Ff=mgcos 37=4 N. 則物體在前2 s內(nèi)沿斜面向下做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng), 由牛頓第二定律可得G1-F1-Ff=ma1 代入數(shù)據(jù)得a1=2.5 m/s2 由v1=a1t1得 v1=5 m/s.,答案:(1)2 m/s25 m/s,答案:(2)30 m,方向沿斜面向下,(2)前16 s內(nèi)物體發(fā)生的位移.

12、,要點(diǎn)二,【問題導(dǎo)學(xué)】 1.從運(yùn)動(dòng)確定物體的受力情況時(shí)需要對物體進(jìn)行受力分析,此時(shí)受力分析的目的是什么?,由物體的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)情況確定物體的受力情況時(shí)需要利用牛頓第二定律列方程,此時(shí)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(diǎn)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(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)過程分析,并畫出受力圖和運(yùn)動(dòng)草圖. (2)選擇合適的運(yùn)動(dòng)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】

13、在游樂場,有一種大型游樂設(shè)施跳樓機(jī),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64 m處,然后由靜止釋放,開始下落過程可認(rèn)為自由落體運(yùn)動(dòng),然后受到一恒定阻力而做勻減速運(yùn)動(dòng),且下落到離地面4 m高處速度恰好減為零.已知游客和座椅總質(zhì)量為1 500 kg,下落過程中最大速度為20 m/s,重力加速度g=10 m/s2.求: (1)游客下落過程的總時(shí)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=2gh1 v=gt1 解得t1=2 s,h1=20 m 設(shè)勻減速的高度為h2,加速度大小為a, 則v2=2ah2,v=at2

14、 下落的總距離h=h1+h2=64 m-4 m=60 m 聯(lián)立解得a=5 m/s2,t2=4 s. 游客下落過程的總時(shí)間為t=t1+t2=6 s. (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)=1 500(5+10) N=2.25104N. 答案:(1)6 s(2)2.25104N,誤區(qū)警示,從運(yùn)動(dòng)情況確定受力的注意事項(xiàng),(1)由運(yùn)動(dòng)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(shí),則 F合=ma,求某一分力時(shí)根據(jù)力的合成或分解列式求解

15、.,(教師備用) 例2-1:民用航空客機(jī)的機(jī)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(jī)著陸后,打開緊急出口的艙門,會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)由氣囊組成的斜面,機(jī)艙中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上.若某型號(hào)的客機(jī)緊急出口離地面高度為4.0 m,構(gòu)成斜面的氣囊長度為5.0 m.要求緊急疏散時(shí),乘客從氣囊上由靜止下滑到達(dá)地面的時(shí)間不超過2.0 s(g取10 m/s2),則: (1)乘客在氣囊上下滑的加速度至少為多大?,答案:(1)2.5 m/s2,(2)氣囊和下滑乘客間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過多少?,答案:(2)0.92,針對訓(xùn)練2:(2017揚(yáng)州高一檢測)滑雪運(yùn)動(dòng)是2022年北京冬季奧運(yùn)會(huì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一

16、,受到眾多年輕人的喜愛.如圖所示,質(zhì)量為60 kg的滑雪運(yùn)動(dòng)員,在傾角為30的斜坡頂端,從靜止開始勻加速下滑90 m到達(dá)坡底,用時(shí)10 s.若g取10 m/s2,求: (1)運(yùn)動(dòng)員下滑過程中的加速度大小;,答案:(1)1.8 m/s2,(2)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)坡底時(shí)的速度大小; (3)運(yùn)動(dòng)員下滑過程中所受的阻力大小.,解析:(2)由速度公式得v=at=1.810 m/s=18 m/s. (3)由牛頓第二定律得mgsin 30-Ff=ma, 解得Ff=mgsin 30-ma =60100.5 N-601.8 N =192 N. 答案:(2)18 m/s(3)192 N,(教師參考) 【教材探究】 教材P

17、87“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(yùn)動(dòng),且末速度等于零;其次,“剎車痕跡”的長度其實(shí)就是此勻減速過程的位移大小;然后,由給出的動(dòng)摩擦因數(shù)可以表示剎車過程受到摩擦阻力Ff,進(jìn)而表示此過程的加速度大小;最后,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出剎車的初速度,以判斷剎車前是否超速.顯然,此問題屬于由受力求運(yùn)動(dòng)的問題.,達(dá)標(biāo)測評(píng) 隨堂演練檢測效果,1.(2017深圳第二次檢測)如圖,一質(zhì)量為m的正方體物塊置于風(fēng)洞內(nèi)的水平面上,其一面與風(fēng)速垂直,當(dāng)風(fēng)速為v0時(shí)剛好能推動(dòng)該物塊.已知風(fēng)對物塊的推力F正比于Sv2,其中v為風(fēng)速、S為物塊迎風(fēng)面積.當(dāng)風(fēng)速變?yōu)?v0時(shí),剛好能

18、推動(dòng)用同一材料做成的另一正方體物塊,則該物塊的質(zhì)量為( ) A.64m B.8m C.32m D.4m,A,3.(2017山西太原市高一期末)如圖為學(xué)校操場上一質(zhì)量不計(jì)的豎直滑桿,滑桿上端通過拉力傳感器固定在水平橫桿上,下端懸空.現(xiàn)有一質(zhì)量為50 kg 的學(xué)生(可視為質(zhì)點(diǎn))從上端由靜止開始滑下,3 s 末滑到桿底時(shí)速度恰好為零.以學(xué)生開始下滑時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn),傳感器顯示的拉力隨時(shí)間變化情況如圖所示,取g=10 m/s2,則( ) A.01 s內(nèi)該學(xué)生的加速度值是6 m/s2 B.13 s內(nèi)傳感器顯示的拉力為550 N C.13 s內(nèi)該學(xué)生發(fā)生的位移是2 m D.滑桿長度為6 m.,D,4.(2017重慶第十一中學(xué)月考)觀光旅游、科學(xué)考察經(jīng)常利用熱氣球,保證熱氣球的安全就十分重要.科研人員進(jìn)行科學(xué)考察時(shí),氣球、座艙、壓艙物和科研人員的總質(zhì)量為M=800 kg,在空中停留一段時(shí)間后,由于某種故障,氣球受到的空氣浮力減小,當(dāng)科研人員發(fā)現(xiàn)氣球在豎直下降時(shí),氣球速度為v0=2 m/s,此時(shí)開始計(jì)時(shí)經(jīng)過t=4 s時(shí)間,氣球勻加速下降了h=16 m,科研人員立即拋掉一些壓艙物,使氣球勻速下降.不考慮氣球由于運(yùn)動(dòng)而受到的空氣阻力,重