高中物理必修1课件第4章牛顿运动定律第6节用牛顿运动定律解决问题（一）

第6节用牛顿运动定律解决问题(一)(教师参考)

一、教学目标

知识与技能

1.掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法2.会用牛顿运动定律和运动学公式解决简单的力学问题过程与方法

1.培养学生利用物理语言表达、描述物理实际问题的能力2.学会运用实例归纳总结一般问题的解题规律情感态度与价值观

1.初步建立应用科学知识的意识2.培养学生科学严谨的求实态度及解决实际问题的能力二、教学重点难点

教学重点

动力学两类基本问题的思路教学难点

牛顿运动定律的应用三、重难点突破方略

已知受力确定运动情况的突破方略

【例题探究】

一个静止在水平地面上的物体,质量是2kg,在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动.物体与地面间的摩擦力是4.2N,求物体在4s末的速度和4s内发生的位移.思考讨论1:本题的研究对象是什么?研究对象受到几个力作用?请画出受力图.

学生:研究对象是在水平地面上运动的物体.物体受到四个力的作用:重力G,方向竖直向下;地面的支持力FN,方向竖直向上;拉力F,方向水平向右;摩擦力Ff,方向水平向左.物体受力如图所示.思考讨论2:物体受到的合力沿什么方向?大小是多少?

学生:物体在竖直方向上的重力G和支持力FN大小相等、方向相反,彼此平衡;物体所受合力等于水平方向的拉力F与摩擦力Ff的合力.取水平向右的方向为正方向,则合力F合=F-Ff=2.2N,方向水平向右.思考讨论3:物体的运动是匀变速运动吗?依据是什么?

学生:是,物体在恒定的合力作用下产生恒定的加速度,所以物体做初速度为0的匀加速直线运动.思考讨论4:从以上讨论过程中,运用牛顿运动定律解决本题的思路是怎样的呢?请总结一下.

学生:首先,由物体已知的受力情况求出物体的合力;然后,由牛顿第二定律求出物体的加速度;最后,通过运动学的规律就可以确定物体的运动情况.讨论交流1:从以上解题过程中,总结一下,受力情况分析时如何避免“添力”或“漏力”?

学生:要按照一定的步骤分析,一般是先场力,再接触力,最后是其他力.即一重、二弹、三摩擦、四其他.讨论交流2:从以上解题过程中,总结一下运用牛顿运动定律解决由受力情况确定运动情况的一般步骤.

学生讨论结果:

(1)确定研究对象;(2)对确定的研究对象进行受力分析,画出物体的受力示意图;(3)建立直角坐标系,在相互垂直的方向上分别应用牛顿第二定律列式Fx=max,Fy=may,求得物体运动的加速度;(4)应用运动学的公式求解物体的运动学量;(5)把已知量代入方程求解,检验结果的正确性.课堂探究自主学习达标测评自主学习课前预习·感悟新知(教师参考)情境链接一一位同学通过电视机观看火箭发射的场景,他听到现场指挥倒计时结束发出“点火”命令后,立刻用秒表计时,测得火箭底部通过发射架顶端的时间是4.8s,他想算出火箭受到的推力,试分析还要知道哪些条件?信息根据牛顿第二定律F-mg=ma,若想求得推力F,需知火箭的质量和加速度,火箭的加速度可以根据运动学公式x=at2求得,即需要知道发射架的高度x和火箭通过发射架的时间t,综上所述除了时间t已经测得外,只要再知道火箭质量m和发射架的高度x,就可由公式x=at2

和F-mg=ma求出火箭受到的推力.情境链接二铅球运动员被限制在固定半径的投掷圈内,运动员大都是采用背向滑步的方法:先把上身扭转过来,背向投掷方向,然后摆腿、滑步、前冲,再用力推出铅球,如图所示.对于优秀的运动员来说,背向滑步推铅球比原地推铅球可增加约2m的成绩.你知道为什么吗?信息背向滑步推铅球的一系列动作,使铅球受力的位移更长,抛出的初速度更大.教材梳理两类基本问题1.已知物体的受力情况,可以由牛顿第二定律求出物体的

,再通过

确定物体的运动情况.2.已知物体的运动情况,根据

求出物体的加速度,再根据

确定物体所受的力.想一想加速度在解动力学的两类问题中有什么作用?答案:加速度是受力情况和运动情况之间联系的桥梁.加速度运动学的规律运动学公式牛顿第二定律1.由牛顿第二定律知,物体加速度的方向就是其合力方向.(

)2.同一个物体,其所受合外力越大,加速度越大.(

)3.加速度越大的物体,它的速度变化量也越大.(

)4.由运动情况能确定受力情况,说明运动决定受力.(

)5.由运动情况确定受力情况,要先由运动公式求出加速度.(

)6.由物体所受合力的方向可以判断物体的运动方向.(

)思考判断答案:1.√

2.√

3.×

4.×

5.√

6.×要点一课堂探究核心导学·要点探究【问题导学】由物体的受力情况确定运动情况1.从受力确定物体的运动情况时需要对物体进行受力分析,此时受力分析的目的是什么?答案:受力分析的目的是求合力.2.从受力确定物体的运动情况时需要利用牛顿第二定律列方程,此时列方程的目的是求什么?答案:列方程的目的是求加速度.【要点归纳】1.解题思路2.解题步骤(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力图.(2)根据力的合成与分解,求出物体所受的合外力(包括大小和方向).(3)根据牛顿第二定律列方程,求出物体运动的加速度.(4)结合物体运动的初始条件,选择运动学公式,求出所需求的运动学量——任意时刻的位移和速度以及运动轨迹等.【例1】(2017·上海杨浦检测)如图(甲)所示,用大型货车运输规格相同的圆柱形水泥管道,货车可以装载两层管道,底层管道固定在车厢里,上层管道堆放在底层管道上,如图(乙)所示.已知水泥管道间的动摩擦因数μ=,货车紧急刹车时的加速度大小为8m/s2.每根水泥管道的质量m=1500kg,重力加速度取g=10m/s2,求:(1)货车沿平直路面匀速行驶时,(乙)图中管道A,B之间的弹力大小;(2)如果货车在水平路面上匀速行驶的速度为43.2km/h,要使货车在紧急刹车时上层管道不撞上驾驶室,最初堆放时上层管道最前端应该离驾驶室的最小距离.〚思维导图〛规律方法应用牛顿第二定律解题时求合力的方法(1)合成法物体只受两个力的作用产生加速度时,合力的方向就是加速度的方向,解题时依据力的平行四边形,运用几何知识求合力F合.反之,若知道加速度方向就知道合力方向.(2)正交分解法当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时,通常用正交分解法,一般把力正交分解为加速度方向和垂直于加速度方向的两个分量.即沿加速度方向Fx=ma,垂直于加速度方向有Fy=0.(教师备用)例1-1:某人在一超市购物,通过下坡通道时,不小心将购物车松开,购物车由静止开始沿通道下滑,经过0.5s的反应时间后,该人开始匀加速追购物车,且人的最大速度为6m/s,则再经过2.5s,该人追上购物车.已知通道可看做斜面,倾角为37°,购物车与通道之间的摩擦力等于购物车对通道压力的,则人在加速过程中的加速度大小约为多少?(整个运动过程中空气阻力忽略不计,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)答案:3m/s2针对训练1:(2017·铜陵高一月考)如图为一倾角θ=37°的足够长斜面,将一质量为m=2kg的物体无初速度放在斜面上,同时施加一沿斜面向上的拉力F1=3N,2s后拉力变为F2=9N,方向不变.物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.25,取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:(1)F1作用时物体的加速度及2s末物体的速度;解析:(1)重力沿斜面向下的分力G1=mgsin37°=12N.斜面对物体的滑动摩擦力Ff=μmgcos37°=4N.则物体在前2s内沿斜面向下做初速度为零的匀加速直线运动,由牛顿第二定律可得G1-F1-Ff=ma1代入数据得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内物体发生的位移.要点二【问题导学】1.从运动确定物体的受力情况时需要对物体进行受力分析,此时受力分析的目的是什么?由物体的运动情况确定受力情况答案:受力分析的目的是求物体受到的某一分力.2.从运动情况确定物体的受力情况时需要利用牛顿第二定律列方程,此时列方程的目的是求什么?答案:列方程的目的是求物体所受的合力.【要点归纳】1.解题思路2.解题步骤(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动过程分析,并画出受力图和运动草图.(2)选择合适的运动学公式,求出物体的加速度.(3)根据牛顿第二定律列方程,求物体所受的合外力.(4)根据力的合成与分解的方法,由合力求出所需的力.【例2】在游乐场,有一种大型游乐设施跳楼机,如图所示,参加游戏的游客被安全带固定在座椅上,提升到离地最大高度64m处,然后由静止释放,开始下落过程可认为自由落体运动,然后受到一恒定阻力而做匀减速运动,且下落到离地面4m高处速度恰好减为零.已知游客和座椅总质量为1500kg,下落过程中最大速度为20m/s,重力加速度g=10m/s2.求:(1)游客下落过程的总时间;(2)恒定阻力的大小.〚思维导图〛解析:(1)设下落过程中最大速度为v,自由落体的高度为h1,则v2=2gh1v=gt1解得t1=2s,h1=20m设匀减速的高度为h2,加速度大小为a,则v2=2ah2,v=at2下落的总距离h=h1+h2=64m-4m=60m联立解得a=5m/s2,t2=4s.游客下落过程的总时间为t=t1+t2=6s.(2)匀减速过程中,设阻力为Ff,由牛顿第二定律得Ff-mg=ma即Ff=m(a+g)=1500×(5+10)N=2.25×104N.答案:(1)6s

(2)2.25×104N误区警示从运动情况确定受力的注意事项(1)由运动学规律求加速度,要特别注意加速度的方向,从而确定合外力的方向,不能将速度的方向和加速度的方向混淆.(2)题目中所求的力可能是合力,也可能是某一特定的力,求合力时,则F合=ma,求某一分力时根据力的合成或分解列式求解.(教师备用)例2-1:民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口,发生意外情况的飞机着陆后,打开紧急出口的舱门,会自动生成一个由气囊组成的斜面,机舱中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上.若某型号的客机紧急出口离地面高度为4.0m,构成斜面的气囊长度为5.0m.要求紧急疏散时,乘客从气囊上由静止下滑到达地面的时间不超过2.0s(g取10m/s2),则:(1)乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大?答案:(1)2.5m/s2(2)气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少?答案:(2)0.92针对训练2:(2017·扬州高一检测)滑雪运动是2022年北京冬季奥运会运动项目之一,受到众多年轻人的喜爱.如图所示,质量为60kg的滑雪运动员,在倾角为30°的斜坡顶端,从静止开始匀加速下滑90m到达坡底,用时10s.若g取10m/s2,求:(1)运动员下滑过程中的加速度大小;答案:(1)1.8m/s2(2)运动员到达坡底时的速度大小;(3)运动员下滑过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)由牛顿第二定律得mgsin30°-Ff=ma,解得Ff=mgsin30°-ma=60×10×0.5N-60×1.8N=192N.答案:(2)18m/s

(3)192N(教师参考)【教材探究】教材P87“问题与练习”题4中怎样由题意判断是否超速?答案:首先,汽车刹车过程可看做匀减速直线运动,且末速度等于零;其次,“刹车痕迹”的长度其实就是此匀减速过程的位移大小;然后,由给出的动摩擦因数μ可以表示刹车过程受到摩擦阻力Ff,进而表示此过程的加