7 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題(二)
從容說(shuō)課
牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ),它在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用.上一節(jié)課主要是以理論的分析為主,研究如何根據(jù)已知運(yùn)動(dòng)情況求解物體的受力情況和已知受力情況求解物體的運(yùn)動(dòng)情況.本節(jié)課是從應(yīng)用角度學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律,舉例說(shuō)明了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的兩個(gè)具體應(yīng)用.物體的平衡是物體加速度為零的一種特殊情況,分析物體平衡時(shí)應(yīng)該緊緊地抓住這一點(diǎn),主要利用力的分解知識(shí)列出方程進(jìn)行求解,主要用到的方法是力的正交分解和建立直角坐標(biāo)系.超重和失重研究的是在豎直方向上物體的受力情況和物體運(yùn)動(dòng)情況的關(guān)系,要注意引導(dǎo)學(xué)生區(qū)別視重和實(shí)際重力.了解加速下落和減速上升其實(shí)加速度的方向是一樣的.
三維目標(biāo)
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(wèn)題.
3.通過(guò)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(wèn)題的方法和步驟.
過(guò)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(wèn)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).
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(wèn)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.
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).
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.
教具準(zhǔn)備
多媒體教學(xué)設(shè)備,體重計(jì)、裝滿水的塑料瓶等.
課時(shí)安排
1課時(shí)
教學(xué)過(guò)程
[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(wèn)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(jiàn)的物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有哪些種類(lèi)?
生:我們常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)有變速運(yùn)動(dòng)和勻速運(yùn)動(dòng),最常見(jiàn)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.
[新課教學(xué)]
一、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(chē),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,回答提問(wèn)
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:我不同意剛才那位同學(xué)的說(shuō)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:剛才的同學(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(guò)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(wèn)題的理解,我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)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(guò)程寫(xiě)出來(lái).
投影學(xué)生的解答過(guò)程
解答:如圖4-7-1所示,F(xiàn)1、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4-7-1
F2-F1cosθ=0
F1sinθ-F3=0
由以上兩式解出鋼索OA受到的拉力F1
F1= =
硬桿OB的支持力F2
F2=F1cosθ=
師:在這個(gè)同學(xué)解題的過(guò)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(méi)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(lái),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(jiàn)的就是剛才幾位同學(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則.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(guò)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).已知木塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,F(xiàn)的方向與水平方向成θ角斜向下.那么木塊受到的滑動(dòng)摩擦力為下列各值的哪個(gè)
圖4-7-2
A.μmgB.μ(mg+Fsinθ)
C.μ(mg-Fsinθ)D.Fcosθ
解析:物體受力如圖4-7-3所示,水平方向有f=Fcosθ,故D正確.豎直方向有FN=Fsinθ+G,由于勻速運(yùn)動(dòng),f=μFN= μ(Fsinθ+G),故選項(xiàng)B正確.點(diǎn)評(píng) :要注意問(wèn)題的多解性.
圖4-7-3
答案:BD
二、超重和失重
【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】
一位同學(xué)甲站在體重計(jì)上靜止,另一位同學(xué)說(shuō)出體重計(jì)的示 數(shù).注 意觀察接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.
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(guò)程中人受到的重力并沒(méi) 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,壓力的大小是等于重力的.而當(dāng)人在體重計(jì)上下蹲或突然站起的過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化,也就是說(shuō)產(chǎn)生了加速度,此時(shí)人受力不再平衡,壓力的大小不再等于重力,所以體重計(jì)的示數(shù)發(fā)生了變化.
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(wèn)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(xiě)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?物的拉力)大于物體受到的重力的現(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(wèn)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)生討論回答
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(wèn)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較哪一個(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(méi)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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:D
2.如圖4-7-4所示,A為電磁鐵,C為膠木秤盤(pán),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(guò)程中,輕繩上拉力F的大小為
圖4-7-4
A.F=mg B.Mg
答案:D
3.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(shuō)法中正確的是
A.讀數(shù)偏大,表明裝置加速上升
B.讀數(shù)偏小,表明裝置減速下降
C.讀數(shù)為零,表明裝置運(yùn)動(dòng)加速度等于重力加速度,但無(wú)法判斷是向上還是向下運(yùn)動(dòng)
D.讀數(shù)準(zhǔn)確,表明裝置勻速上升或下降
答案:C
[小結(jié)]
本節(jié)課是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的具體應(yīng)用,分別是兩種特殊情況,一種是物體受合力為零時(shí)物體處于平衡狀態(tài)時(shí)的分析,應(yīng)該注意三力合成與多力合成的方法,注意幾種方法的靈活運(yùn)用,另一種情況就是物體在豎直方向上做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)超重和失重現(xiàn)象.對(duì)于這兩種現(xiàn)象,我們應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題:物體處于“超重”或“失重”狀態(tài),并不是說(shuō)物體的重力增大了或減小了(甚至消失了),地球作用于物體的重力始終是存在的且大小也無(wú)變化.即使是完全失重現(xiàn)象,物體的重力也沒(méi)有絲毫變大或變小.當(dāng)然,物體所受重力會(huì)隨高度的增加而減小,但與物體超、失重并沒(méi)有聯(lián)系.超(失)重現(xiàn)象是指物體對(duì)懸掛物的拉力(或?qū)χС治锏膲?力)大于(小于)重力的現(xiàn)象.
“超重”“失重”現(xiàn)象與物體運(yùn)動(dòng)的速度方向和大小均無(wú)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(lái)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(zhǎng)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),則判定升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能是
圖4-7-5
A.加速上升B.加速下降
C.減速上升D.減 速下降
2.質(zhì)量為60 kg的人站在電梯內(nèi)的臺(tái)秤上,電梯從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),臺(tái)秤上的人注意到開(kāi)始3 s內(nèi)臺(tái)秤示數(shù)為528 N,接著8 s內(nèi)臺(tái)秤的示數(shù)為588 N,最后臺(tái)秤示數(shù)增大到678 N,直到靜止時(shí)臺(tái)秤又恢復(fù)到588 N.試問(wèn)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,在升降機(jī)以加速度a由靜止開(kāi)始向上勻加速直線上升的過(guò)程中,物體浸入水中的深淺如何變化?
圖4-7-6
參考答案
1.BC
2.下降 31.5 m
3.解答:設(shè)漂浮物體的密度為ρ,體積為V,浸入水中的體積為V′,水的密度為ρ水.
當(dāng)容器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)V′= V
當(dāng)容器以加速度a向上運(yùn)動(dòng)時(shí),則有F浮-mg=ma
即設(shè)此時(shí)排開(kāi)水的體積為V″,則有ρ水(g+a)V″-ρgV=ρa(bǔ)V
所以V″= = V,所以V″=V′
物體浸入深度不變.
[布置作業(yè)]
教材第94頁(yè)問(wèn)題與練習(xí).
板書(shū)設(shè)計(jì)
7 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用(二)
共點(diǎn)力的平衡條件1.在共點(diǎn)力的作用下物體的平衡條件是合力為零
2.力的合成方法:平行四邊形定則和三角形定則
超重和失重超重:當(dāng)物體 加速度方向向上時(shí),物體處于超重狀態(tài)
物體的運(yùn)動(dòng)情況:加速上升或減速下降
失重:當(dāng)物體加速度方向向下時(shí),物體處于超重狀態(tài)
物體的運(yùn)動(dòng)情況:減速上升或加速下降
完全失重:物體下落的加速度等于重力加速度
實(shí)質(zhì):對(duì)支持物的壓力和對(duì)懸掛物的拉力發(fā)生變化,而物體實(shí)際重力不發(fā)生變化
活動(dòng)與探究
活動(dòng)與 探究主題:體驗(yàn)超重和失重.超重和失重是很常見(jiàn)的一種物理現(xiàn)象,只要你仔細(xì)觀察,它就在你的身邊.
步 驟
學(xué)生活動(dòng)教師指導(dǎo)目的
1選擇體驗(yàn)的地點(diǎn),比如說(shuō)電梯內(nèi)、臺(tái)秤上等等,有條件的可以安排一次蹦極運(yùn)動(dòng)(一定要注意安全)聯(lián)系相關(guān)部門(mén)提供有關(guān)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所供學(xué)生使用1.讓學(xué)生了解物理就在他的身邊
2.培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和分析判斷能力
3.讓學(xué)生投身于找出身 邊的物理的熱潮中去
2親身體驗(yàn)超重和失重的感覺(jué),加深對(duì)概念的理解,最好能夠測(cè)量出視重并且和重力相比較幫助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并注意保護(hù)學(xué)生安全
3寫(xiě)出心得體會(huì),同學(xué)之間相互交流活動(dòng)的感受指導(dǎo)學(xué)生寫(xiě)出心得體會(huì)
本文來(lái)自:逍遙右腦記憶 http://m.yy-art.cn/gaoer/63226.html
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