4-5-牛顿定律的应用-人教版(2019)高中物理必修第一册教案

第四章第五节牛顿运动定律的应用【教学目标】1．知道应用牛顿运动定律解决的两类主要问题．2．掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法．3．能结合物体的运动情况对物体的受力情况进行分析．4．能根据物体的受力情况推导物体的运动情况．【核心素养发展】核心知识1．知道应用牛顿运动定律解决的两类主要问题．2．掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法．3．能结合物体的运动情况对物体的受力情况进行分析．4．能根据物体的受力情况推导物体的运动情况．5．会用牛顿运动定律和运动学公式解决简单的力学问题．核心能力1．通过实例感受研究力和运动关系的重要性．2．通过收集展示资料，了解牛顿定律对社会进步的价值．3．培养学生利用物理语言表达、描述物理实际问题的能力．4．帮助学生提高信息收集和处理能力，分析、思考、解决问题的能力和合作能力．5．帮助学生学会运用实例总结归纳一般问题的解题规律的能力．科学品质1．初步认识牛顿运动定律对社会发展的影响．2．初步建立应用科学知识的意识．3．培养学生科学严谨的求实态度及解决实际问题的能力．【教学重点】1．已知物体的受力情况，求物体的运动情况．2．已知物体的运动情况，求物体的受力情况．【教学难点】1．物体的受力分析及运动状态分析和重要的解题方法的灵活选择和运用．2．正交分解法．【教学方法】教师启发、引导学生思考，讨论、交流学习成果。探究法、讨论法、实验法。（一）新课导入我国科技工作者能准确地预测火箭的变轨、卫星的着地点，他们靠的是什么？能不能利用我们已有的知识研究这一类问题?一切复杂的问题都是由简单的问题组成的，现在我们还不能研究如此复杂的运动，但是我们现在研究问题的方法将会对以后的工作有很大的帮助．我们现在就从类似的较为简单的问题人手，看一下这一类问题的研究方法．（二）新课内容一、从受力情况分析运动情况基本思路：（1）确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图；（2）根据力的合成与分解的方法，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，求出物体的加速度；（4）结合给定的物体的运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需的运动参量。例题1：如图1所示，质量m＝2kg的物体静止在水平面上，物体与水平面间的滑动摩擦力大小等于它们之间弹力的0.25倍。现对物体施加一个大小F＝8N，与水平方向夹角θ＝37°的斜向上的拉力。求物体在拉力作用下5s内通过的位移。(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10m/s2)图1解析：物体受到四个力的作用，如图所示，建立直角坐标系并分解力F。根据牛顿第二定律，x、y两个方向分别列方程Fcosθ－Ff＝ma①Fsinθ＋FN－G＝0②FN为水平面对物体的支持力，即物体与水平面之间的弹力，故摩擦力Ff＝μFN③由①②③得a＝1.3m/s2，由运动学公式得5s内物体的位移x＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)×1.3×52m＝16.25m。答案：16.25m练习1：一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下(如图2所示)，山坡的倾角θ＝30°，滑雪板与雪地的动摩擦因数是0.04，求5s内滑下来的路程和5s末的速度大小。图2解析：以滑雪人为研究对象，受力情况如图所示。研究对象的运动状态为：垂直于山坡方向，处于平衡；沿山坡方向，做匀加速直线运动。将重力mg分解为垂直于山坡方向和沿山坡方向，据牛顿第二定律列方程：FN－mgcosθ＝0mgsinθ－Ff＝ma又因为Ff＝μFN由①②③可得：a＝g(sinθ－μcosθ)故x＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)g(sinθ－μcosθ)t2＝eq\f(1,2)×10×(eq\f(1,2)－0.04×eq\f(\r(3),2))×52m＝58.2mv＝at＝10×(eq\f(1,2)－0.04×eq\f(\r(3),2))×5m/s＝23.3m/s。答案：58.2m23.3m/s二、从运动情况分析受力情况基本思路：（1）确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图；（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，求出物体的所受的合外力；（4）根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力。例题2：一质量为2kg的物体静止在水平地面上，在水平恒力F的推动下开始运动，4s末物体的速度达到4m/s，此时将F撤去，又经8s物体停下来，如果物体与地面间的动摩擦因数不变，求力F的大小。[思路点拨]本题可按以下思路进行分析：eq\x(\a\al(0～4s内物体,做匀加速运动))⇨eq\x(\a\al(后8s内物体,做匀减速运动))⇨eq\x(\a\al(分阶段应用牛顿,第二定律求解))解析：物体的整个运动过程分为两段，前4s内物体做匀加速运动，后8s内物体做匀减速运动。前4s内物体的加速度为a1＝eq\f(v－0,t1)＝eq\f(4,4)m/s2＝1m/s2设摩擦力为f，由牛顿第二定律得F－f＝ma1①后8s内物体的加速度为a2＝eq\f(0－v,t2)＝eq\f(－4,8)m/s2＝－0.5m/s2物体所受的摩擦力大小不变，由牛顿第二定律得－f＝ma2②由①②两式可求得水平恒力F的大小为F＝m(a1－a2)＝2×(1＋0.5)N＝3N。答案：3N练习2：如图3所示，质量为30kg的雪橇和货物在与水平面成30°角的拉力作用下，沿水平面向右做直线运动。经0.5m，速度由0.6m/s均匀地减至0.4m/s。已知雪橇与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，求作用力F的大小。图3解析：规定水平向右为正方向，由题意可知v0＝0.6m/s，vt＝0.4m/s，由veq\o\al(2,t)－veq\o\al(2,0)＝2ax得雪橇做匀减速运动的加速度a＝eq\f(v\o\al(2,t)－v\o\al(2,0),2x)＝eq\f(0.42－0.62,2×0.5)m/s2＝－0.2m/s2，负号表示加速度方向水平向左。对雪橇受力分析如图所示。由牛顿第二定律知，水平方向上有Fcosθ－μN＝ma①竖直方向上有N＋Fsinθ－mg＝0②联立①②式并整理后可得F＝eq\f(μmg＋ma,cosθ＋μsinθ)＝eq\f(0.2×30×9.8＋30×－0.2,\f(\r(3),2)＋0.2×\f(1,2))N≈54.66N。答案：54.66N三、应用牛顿运动定律解题的一般步骤1、认真分析题意，明确已知条件和所求量。2、选取研究对象。所选取的研究对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的整体.同一题目，根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象。3、分析研究对象的受力情况和运动情况。4、当研究对象所受的外力不在一条直线上时，如果物体只受两个力，可以用平行四边形定则求其合力；如果物体受力较多，一般把它们正交分解到两个方向上去分别求合力；如果物体做直线运动，一般把各个力分解到沿运动方向和垂直运动的方向上。5、根据牛顿第二定律和运动学公式列方程，物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式，按代数和进行运算。6、求解方程，检验结果，必要时对结果进行讨论。四、当堂练习1.用30N的水平外力F，拉一静止放在光滑的水平面上质量为20kg的物体，力F作用3秒后消失，则第5秒末物体的速度和加速度分别是（）A．v=7.5m／s，a=l.5m／s2B．v=4.5m／s，a=l.5m／s2C．v=4.5m／s，a=0D．v=7.5m／s，a=02.质量是3kg的木块，原来在光滑水平面上运动，受到8N的阻力后，继续前进9m速度减为原来的一半，则原来的速度是m／s，木块作匀减速运动，直到静止的时间是s3.质量是5kg的物体，在水平恒为F=20N的作用下，从静止开始经过2s速度达到2m/s，则物体与水平面间的动摩擦因数是。4.用2N的水平拉力，正好使木块在水平地面上作匀速直线运动，现用4N的水平拉力使木块在2s内速度从2m／s增加6m／s，则木块的质量是．5.质量为2kg的物体，在8N的水平力作用下以10m/s的速度沿粗糙水平面做匀速直线运动，撤去拉力后4秒钟内物体的位移是多少米？6.一个物体从10m长，5m高的斜面顶端自静止开始滑下，设物体与斜面间的动摩擦因数为0.2，求它滑到斜面底端所用的时间和末速度。五、板书设计一、两类问题已知物体的受力情况求物体的运动情况的问题已知物体的运动情况求物体的受力情况的问题二、解题思路：六、作业布置课堂作业：课本p104全部七、小结思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。八、视野拓展在我国古代著作中，对于力和运动问题，已有一定的认识。远在春秋时期成书的《考工记》就有这样的记载：“马力既竭，辅犹能一取也。”就是说，马已停止用力，车还能向前走一段距离。这里虽然没有得出惯性的概念，但是已经注意到了惯性现象。在《墨经》里，还给力下了一个明确的定义。在《经上》第21条里说：“力，形之所以奋也”。这里的“形”就是“物体”，“奋”字在古籍中的意思是多方面的，像由静到动、动而愈速、由下上升等都可以用“奋”字。经文的意思是说，力是使物体由静而动、动而愈速或由下而上的原因。在〈经说〉里又说：“力，重之谓”这说明物重，是力的一种表现。从这条经文来看，的确可以说我们的祖先在2000多年以前，已经对力和运动之间的关系，开始了正确的观察和研究。东汉王充所著《论衡》一书《状留篇》中有这样一段话：“且圆物投之于地，东西南北无之不可，策杖叩动