高考物理一轮复习学案 牛顿运动定律的应用-连接体问题

牛顿运动定律的应用——连接体问题设计意图：1.实验原理与主干知识融合复习的探索高三的复习课不同于新课教学，学生对知识并没有完全遗忘，在进行复习课的教学时要将问题聚焦到学生容易遗忘的重要问题上，对于较为简单的知识，可以通过练习帮助学生回顾。这样既能够达到复习的目的，又能够实现复习课的高效。实验复习也是如此，本节课重点讨论实验《探究加速度与力、质量之间的关系》。学生对实验的基本思路、控制变量法、实验仪器等能够很快地回忆起来。通过直线运动的复习，学生已经掌握了通过纸带求解加速度的方法。学生的问题主要集中在力的测量上，对平衡摩擦力的操作、砂和砂桶的总质量远小于小车质量的要求，有印象，但对其中的道理不够清晰。因此本节课在设计上，将实验原理的复习与连接体问题进行整合，学生先学会处理连接体问题基本思路，在此基础上，通过实验装置来唤起学生对实验的回忆，然后应用处理连接体问题的方法，对实验进行深入分析，解决学生的问题。实验原理和主干知识是相辅相成的，两者分开复习显得重复，也会给学生造成实验与主干知识割裂的感觉。将实验原理与主干知识融合复习，可以提高复习的效率，通过将主干知识应用到实验中来解决实际问题，也能够促进学生对知识的深入理解和灵活运用。2.学生分析论证能力的培养近些年高考试题中，在设问时要求学生分析论证的题目越来越多，在平时的教学中要关注学生这方面能力的培养。本节课在设计时，尽量以分析说明的方式进行设问，而不是单纯地求解某个物理量。这样既能够训练学生的解题能力，又能培养学生的表达能力。在讲解时，先由教师给出示范，然后逐渐放开，最终让学生尝试自己独立进行分析与论证。在评价过程中，采用结合老师给出的示范对自己的论述进行自评，同学之间的交流、针对老师展示的同学的答案进行互评，两种评价方式相结合的方式，逐步培养学生的分析论证能力。教学目标：1.通过对动力学方法测质量的认识，进一步熟悉应用牛顿运动定律解决问题的思路。2.通过讨论交流，归纳连接体问题的特点与解题方法。3.通过对具体实验问题的讨论，熟悉连接体问题的解题思路，加深对探究加速度和力、质量的关系实验中的间接测量合力方法的理解。教学重点、难点：重点：解决连接体问题时要抓住各物体运动的加速度相同的特点。难点：应用连接体问题的分析思路，分析实验中的具体问题。教学过程：教学环节教师活动学生活动设计意图环节一：动力学方法测质量介绍动力学测质量的方法播放视频：宇航员天宫授课时用动力学方法测质量阅读“科学世界”，观看视频，了解动力法测质量的物理原理。让学生了解牛顿运动定律在生产生活中的应用空间站飞船Fa例1、如图是采用动力学方法测量空间站质量的原理图若已知飞船质量为3.0×103kg其推进器的平均推力F为900N，在飞船与空间站对接后推进器工作5s内测出飞船和空间站的速度变化是空间站飞船Fa思考：飞船对空间站的作用力是否等于900N？请分析说明。总结归纳学生的思路，给出示范如何分析说明问题。以整体为研究对象，根据牛顿第二定律，F=（m站+m船）a以空间站为研究对象，根据牛顿第二定律，FN=m站a联立，得所以飞船对空间站的作用力小于900N。选取飞船和空间站组成的整体为研究对象，应用牛顿第二定律F=m总a，求解总质量，进而得出空间站的质量。同学之间思考与讨论，用隔离法解决问题。以空间站为研究对象，其加速度与整体加速度一致，根据牛顿第二定律，可知飞船对空间站的作用力FN=m站a，所以FN<F。熟悉应用牛顿运动定律解决问题的思路。熟悉整体法与隔离法相结合解决问题。通过以上讨论，请总结连接体的特点、解题思路。连接体：两个或两个以上相互连接（绳子或弹簧相连、叠放、并排等）物体发生作用而共同参与运动的系统。特点：各物体运动的加速度相同。方法：整体法、隔离法思考并回答连接体的特点为各物体的加速度相同。引导学生总结归纳连接体的特点和解决连接体问题的方法。环节二、比较以下情景中物体P的加速度例2、如图所示，物体P置于水平面上，用轻细线跨过质量不计的光滑定滑轮连接一个重力G=10N的重物，物体P向右运动的加速度为a1；若细线下端不挂重物，而用F=10N的力竖直向下拉细线下端，这时物体P的加速度为a2，请分析说明a1与a2的大小关系。找出本题的关键问题：用G=10N的重物牵引物体P做匀加速运动时，绳子的拉力是否为10N？示范分析过程：以物体Q为研究对象，当P向右加速时，Q向下加速，两者加速度大小相等。根据牛顿第二定律，有G-F′=ma1此时绳子拉力F′<G所以F′<F，加速度大小关系为a1<a2思考，写出分析过程，并同学之间互相交流。通过具体实例，帮助学生进一步熟悉连接体问题的分析思路。环节三、回顾实验，回答问题实验一：探究小车速度随时间变化的规律问题：通过实验可知，小车做匀加速直线运动。设小车的质量为M，砂桶的总质量为m，小车运动的加速度是否等于？回顾实验，并思考问题。经分析得出，小车的加速度不等于。原因有两个方面：绳子的拉力F不等于mg，木板对小车有摩擦力。通过具体的实验情景，帮助学生回顾实验，从而引出要研究的问题。实验二：探究加速度与力、质量的关系问题：实验中，需要倾斜木板平衡摩擦力，并要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这样做的理由。播放平衡摩擦力的实验操作过程，帮助学生回顾实验。分析平衡摩擦力的原因：GGNf小车不受拉力牵引时，Gx=f小车受到绳子拉力时，F=F合展示学生分析m比M小得多的原因。通过装置图和平衡摩擦力的实验操作视频，回顾实验，并尝试分析说明平衡力和m比M小得多的理由。通过分析，体会到如何实验中用测量桶和砂的总重力，代替测量小车受到的合力，这种巧妙的间接测量的方法。m比M小得多的原因：根据牛顿第二定律对M：F=Ma对m：mg-F=ma当m比M小得多时，可认为F=mg。该问题作为课堂的过程性评价，并训练学生的分析论证能力。小结1、连接体问题特点：各物体运动的加速度相同。方法：整体法、隔离法2、探究加速度与力、质量的关系间接测量合力的方法总结解决连接体问题的思路，体会在实验中间接测量的方法。提升学生对知识的认识，将知识升华为方法。学案：牛顿运动定律的应用——连接体问题一、动力学方法测质量大家知道，质量可以用天平来测量。但是在太空，物体完全失重，用天平无法测量质量，那么应该如何测量呢？由牛顿第二定律F＝ma可知，如果给物体施加一个已知的力，并测得物体在这个力作用下的加速度，就可以求出物体的质量。这就是动力学测量质量的方法。北京时间2013年6月20日上午10时，我国航天员在天宫一号空间实验室进行了太空授课，演示了包括质量的测量在内的一系列实验。质量的测量是通过舱壁上打开的一个支架形状的质量测量仪完成的。测量时，航天员把自己固定在支架的一端，另外一名航天员将支架拉开到指定的位置。松手后，支架拉着航天员从静止返回到舱壁。支架能够产生一个恒定的拉力F；用光栅测速装置能够测量出支架复位的速度v和时间t，从而计算出加速度a。这样，就能够计算出航天员的质量m。例1、如图是采用动力学方法测量空间站质量的原理图若已知飞船质量为3.0×103kg其推进器的平均推力F为900N，在飞船与空间站对接后推进器工作5s内测出飞船和空间站的速度变化是0.05m/s，求空间站的质量aFF思考：飞船对空间站的作用力是否等于900N？请分析说明。通过以上讨论，请总结连接体的特点、解题思路。二、比较以下情景中物体P的加速度例2、如图所示，物体P置于水平面上，用轻细线跨过质量不计的光滑定滑轮连接一个重力G=10N的重物，物体P向右运动的加速度为a1；若细线下端不挂重物，而用F=10N的力竖直向下拉细线下端，这时物体P的加速度为a2