人教版高中物理必修一4.6《运用牛顿运动定律解决问题》教学设计

运用牛顿运动定律解决问题
一、??教学目标
???? 1、知识目标：
? ? （1）知道什么是超重和失重以及产生超重和失重的条件．
??? （2）会运用牛顿定律解决较为复杂的动力学问题.
???? 2、能力目标：学业水平测试中《用牛顿运动定律解决问题》为C级要求，因此要培养学生的审题能力和对知识的迁移能力。
???? 3、情感目标：培养学生学习兴趣，开阔视野．
二、教学重点:?超重和失重的实质
? ? ??教学难点：多过程问题的受力与运动分析。
三、教学过程：
???（一）、超重与失重
????例1.竖直起飞的火箭在推力F的作用下产生10m/s2的加速度，若推动力增大到2F，则火箭的加速度将达到（g取10m/s2，不计空气阻力）(?? )
???A．20m/s2 B．25m/s2 C．30m/s2 D．40m/s2
??? 师：通过对题目的分析，同学们有什么发现？
??? 生：火箭所受的向上的推力越大，其加速度也就越大。
??? 师：那也就是说火箭的加速度越大，其所受的向上推力也就越大？
??? 生：应该与加速度的方向有关系。
??? 师：好，今天我们就通过例题来深入探究此类问题。
????例2.从火箭起飞后，攀升过程中，假设竖直方向向上先做加速运动后做减速运动，该过程宇航员（　　）
? ? A．一直处于失重状态
? ? B．一直处于超重状态
? ? C．先处于失重状态，后处于超重状态
? ? D．先处于超重状态，后处于失重状态
解：（1）向上加速

? ? ? ? ? ? 以宇航员为研究对象，应用牛顿第二定律得：
??????????????? N-mg=ma
??? 座椅对宇航员的支持力
??????????????? N= mg+ma
??? 由牛顿第三定律得,宇航员对座椅的压力
??????????????? N’= mg+ma>mg
? ? ??板书：
??? ??超重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受的重力的现象。（超重的物体并不是它重力增加啦，物体的重力不变）。

? ? ?超重现象的特点：物体的加速度向上。（物体加速上升或减速下降）
? ?（2）向上减速

? ? ? ?解：以宇航员为研究对象，对物体应用牛顿第二定律得：
??????????????? mg-N=ma
??? 座椅对宇航员的支持力
??????????????? N= mg-ma
??? 由牛顿第三定律得,宇航员对座椅的压力
??????????????? N’= mg-ma板书：
失重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力的现象。（失重的物体并不是它重力减少啦，物体的重力不变）。
失重现象的特点：物体的加速度向下。（物体加速下降或减速上升）
??? ?例3.?如图所示，小球B刚好放在真空容器A内，将它们以一定的初速度竖直向上抛出，下列说法中正确的是
? ? ?A．若不计空气阻力，上升过程中，B对A的压力向上
? ? ?B．若考虑空气阻力，上升过程中，B对A的压力向上
? ? ?C．若考虑空气阻力，上升过程中，B对A的压力向下
? ? ?D．若不计空气阻力，上升过程中，B对A的压力向下
??? 解：（1）A、D不计空气阻力
???????? 以整体为研究对象：

??????? （M+m）g=（M+m）a
?
? ? ? ? ? a=g，竖直向下
? ? ? ? ? 对B：?

? ? ? ? mg-NAB=ma
? ? ? ? A对B的支持力:
? ? ? ? NAB= mg-ma=0
? ? ? ? 由牛顿第三定律得,B对A的压力:
? ? ? ? NBA= 0
? ??
? ? ? 完全失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为0的现象。（失重的物体并不是它重力减少啦，物体的重力不变）。
? ? ? 完全失重的特点：a=g，方向竖直向下。（物体加速下降或减速上升）
? ?（2）B、C考虑空气阻力
??? 上升过程
??? 以整体为研究对象：
?? （M+m）g+f=（M+m）a
??? 可得:a>g
? ? 以球B为研究对象
? ? mg+NAB=ma?
? ? 分析得：B除受到重力外，还应受到向下的压力．A对B的压力向下，B对A的压力向上。
??? 下降过程
???? 以整体为研究对象：
??? （M+m）g-f=（M+m）a,a? ? ?以球B为研究对象
? ? ?Mg-NAB=ma
? ? ?分析得：B除受到重力外，还应受到向上的压力．A对B的压力向上，B对A的压力向下。
? ? （二）、多过程动力学问题
? ? ? 例4.从地面上将一小球竖直向上抛出，小球所受空气阻力与运动方向相反，阻力的大小与运动速度成正比，则小球在运动的整个过程中加速度最大的时刻是（　　）
? ? ? A．刚抛出的时刻
? ? ? B．到达最高点的时刻
? ? ??C．回到抛出点的时刻
? ? ? D．上升过程中的某一时刻
? ? ? 分析：根据牛顿第二定律可知，小球加速度最大时就是小球所受合外力最大时，所以：
? ? ? 上升时：mg+kv=ma，a>g
? ? ? 下降时：mg-kv=ma，a? ? ? ?由于小球下降时做加速运动,所以加速度越来越小。
? ? ? ?如图所示：
? ? ??
? ? ? 由图可得：小球在抛出时小球加速度最大，回到抛出点时刻加速度最小．
? ? ? 例5.如图所示，小木块在沿斜面向上的恒定外力F作用下，从A点由静止开始做匀加速运动，前进了0.45m抵达B点时，立即撤去外力．此后小木块又前进0.15m到达C点，速度为零．已知木块与斜面间的动摩擦因数μ=，木块质量m=1kg．求：
? ? （1）木块向上经过B点时速度为多大？
? ? （2）木块在AB段所受的外力F多大？（取g=10m/s2）
? ? ?
? ?????分析：
? ? ?（1）对小滑块加速和减速过程分别受力分析，加速过程受推力、重力、支持力和摩擦力，减速过程，推力撤销，其余力不变；然后对两个过程运用牛顿第二定律求出加速度，再根据速度位移公式列式求解；
? ? ?（2）依据第一问的解答，可以进一步得到外力F的大小；
? ? ?解：（1）小滑块加速过程，根据牛顿第二定律，有
? ? ? ? ? ? F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1?
? ? 小滑块减速过程，根据牛顿第二定律，有
? ? ? ? ? ?mgsinθ+μmgcosθ=ma2???
? ? 解得:v=1.5?m/s，F=10?N
? ? 故木块向上经过B点时速度为1.5m/s；
? （2）木块在AB段所受的外力F为10N；



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