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1、用牛顿运动定律解决问题（二） 用牛顿运动定律解决问题（二） 教材分析教材分析: 牛顿运动定律是经典力学的基础， 它在科学研究和生产技术中有着广泛的应用.上一节课主要是以理论 的分析为主， 研究如何根据已知运动情况求解物体的受力情况和已知受力情况求解物体的运动情况.本节课 是从应用角度学习牛顿运动定律， 举例说明了牛顿运动定律的两个具体应用.物体的平衡是物体加速度为零 的一种特殊情况，分析物体平衡时应该紧紧地抓住这一点，主要利用力的分解知识列出方程进行求解，主 要用到的方法是力的正交分解和建立直角坐标系.超重和失重研究的是在竖直方向上物体的受力情况和物 体运动情况的关系， 要注意引导学生区别视重
2、和实际重力.了解加速下落和减速上升其实加速度的方向是一 样的. 教学目标教学目标: 知识与技能 （1）能运用牛顿运动定律解答较复杂的问题； （2）知道什么是物体处于平衡状态，知道在共点力作用下物体的平衡条件，即合力为 0； （3）知道物理学中超重和失重现象的含义，能够通过牛顿定律对它们进行定量的分析，并能分析和说明 一些简单的相关问题； （4）能够解答以自由落体运动为基础的竖直方向的运动的运动学问题（竖直上抛、竖直下抛等） 。 过程与方法 （1）培养学生的分析推理能力和实验观察能力； （2）培养学生处理三力平衡问题时一题多解的能力； （3）引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质。
3、情感态度与价值观 （1）渗透“学以致用”的思想，有将物理知识应用于生产和生活实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物 理问题； （2）培养学生联系实际、实事求是的科学态度和科学精神。 教学重点教学重点: （1）共点力作用下物体的平衡条件及应用； （2）发生超重、失重现象的条件及本质。 教学难点教学难点: （1）共点力平衡条件的应用； （2）超重、失重现象的实质正确分析受力并恰当地运用正交分解法。 教学方法教学方法: 讲授法、讨论法、练习法、归纳法 课时安排：课时安排：2 课时+1 课时（练习） 教学过程设计教学过程设计: 一、引入新课一、引入新课 【问题引入问题引入】一节课学习了用牛顿运动定律解
4、决问题的两种方法，根据物体的受力情况确定物体的运动情 况和根据物体运动情况求解受力情况常见的物体的运动状态有哪些种类? 【学生交流学生交流】常见的运动有变速运动和匀速运动，最常见的是物体静止的情况。 【问题探究问题探究】如果物体受力平衡，那么物体的运动情况如何? 【学生交流学生交流】如果物体受力平衡的话，物体将做匀速直线运动或静止，这要看物体的初速度情况。 二、新课教学二、新课教学 1、共点力的平衡条件、共点力的平衡条件 让学生阅读教材 P87-P88 有关“共点力的平衡条件”的相关内容，并通过讨论与交流，尝试回答下列问 题 【问题探究问题探究】那么共点力作用下物体的平衡条件是什么? 【学生交
5、流学生交流】因为物体处于平衡状态时速度保持不变，所以加速度为零，根据牛顿第二定律得：物体所受 合力为零 【问题探究问题探究】同学们列举生活中物体处于平衡状态的实例 【学生交流学生交流】悬挂在天花板上的吊灯，停止在路边的汽车，放在地面上的讲桌以及放在讲桌上的黑板擦等 等 【思考与讨论思考与讨论】竖直上抛的物体到达最高点的瞬间是否处于平衡状态？ 物体处于平衡状态指的是物体受合力为零的状态，并不是物体运动速度为零的位置处于竖直上抛最 高点的物体只是在瞬间速度为零，它的速度立刻就会发生改变，所以不能认为处于平衡状态 小结：小结：在共点力作用下物体的平衡条件是合力为 0。 注意：注意：区分到底是速度为零
6、还是合外力为零时物体处于平衡状态，经过讨论分析可知应该是合外力为零时 物体处于平衡状态。 【例题分析例题分析】城市中的路灯，无轨电车的供电线路等，经常用三解形的结构悬挂。图为这类结构的一种简 化模型。图中硬杆 OB 可绕通过 B 点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量都可忽略。如果悬挂物的重 量为 G，角 AOB 等于 ，钢索 OA 对 O 点的拉力和杆 OB 对 O 点的支持力各是多大？ 分析：分析： 【问题问题 1】轻质细绳中的受力特点是什么? 【问题问题 2】节点 O 的受力特点是什么? 【问题问题 3】我们分析的依据是什么? 【解析解析】如图所示，F1、F2、F3三个力的合力为零，表示
7、这三个力在 x 方向的分矢量之和及 y 轴方向的分 矢量之和也都为零，也就是 F2F1cos=0 F1sinF3=0 由以上两式解出钢索 OA 受到的拉力 F1 s si in ns si in n F F 3 3 1 1 G GF F 硬杆 OB 的支持力 F2 t ta an n c co os s 1 12 2 G G F FF F 【问题拓展】【问题拓展】除了这种方法之外，还有没有其他的方法？ 可以用力的合成法，任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反；也可以用三角形法，将其 中任意两个力进行平移，使三个力首尾依次连接起来，应构成一闭合三角形 【归纳总结】【归纳总结】处理多个力平衡
8、的方法有很多，其中最常见的就是：正交分解法、力的合成法和三角形定 则这几种方法到底采用哪一种方法进行分析就要看具体的题目，在实际操作的过程中可以灵活掌握 【课堂练习】【课堂练习】如图所示，质量为 m 的木块在推力 F 的作用下，在水平地面上做匀速直线运动.已知木块与 地面间的动摩擦因数为 ，F 的方向与水平方向成 角斜向下.那么木块受到的滑动摩擦力为下列各值的哪 个 A.mg B.（mgFsin） C.（mgFsin） D.Fcos 【课堂练习】【课堂练习】如图所示，在倾角为 的斜面上，放一重力为 G 的光滑小球，球被竖直挡板挡住不下滑，求 ： 斜面和挡板对球的弹力大小。 2、超重和失重、超重
9、和失重 把物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力叫做物体的视重，当物体运动状 态发生变化时，视重就不再等于物体的重力，而是比重力大或小 【视频演示】让学生观看视频中人的运动情况以及台秤的视数变化，并尝试 回答下列问题： 【问题问题 1】突然下蹲时，体重计的示数是否变化?怎样变化? 【问题问题 2】突然站起时，体重计的示数是否变化?怎样变化? 【问题问题 3】当人下蹲和突然站起的过程中人受到的重力并没有发生变化，为什 么体重计的示数发生了变化 呢? 【例题分析例题分析】人 站在电梯中， 人的质量为 m.如果当电梯以加速度 a 加速上升时，人对地板的压 力为多大？ 【分析】【分析】选取人作为研究对象，
10、分析人的受力情况：人受到两个力的作用，分 别是人的重力和电梯地板对人的支持力.由于地板对人的支持力与人对地板的 压力是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律，只要求出地板对人的支持 力就可以求出人对地板的压力. 【解析】【解析】取向上为正方向，根据牛顿第二定律写出支持力 F、重力 G、质量 m、加速度 a 的方程 FG=ma， 由此可得：F=G+ma=m（g+a） 人对地板的压力 F与地板对人的支持力大小相等，即 F=m（g+a） 由于 m（g+a）mg，所以当电梯加速上升时，人对地板的压力比人的重力大. 【总结】【总结】物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体受到的重力的现象称为超重现
11、象超重现象. 【问题探究】【问题探究】物体处于超重现象时物体的加速度方向如何呢？ 【学生交流】【学生交流】物体的加速度方向向上. 【问题探究】【问题探究】当物体的加速度方向向上时，物体的运动状态是怎样的？ .【学生交流】【学生交流】加速度向上时物体的运动状态分为两种情况，即加速向上运动或减速向下，物体处于超重状 态。 【问题探究】【问题探究】人以加速度 a 加速向下运动，这时人对地板的压力多大? 【学生交流】【学生交流】 m ma aN Nm mg g N Nm ma am mg g m mg gm ma am mg g 【问题探究】【问题探究】人随电梯以加速度 a 减速上升，人对地板的压力为
12、多大? 【学生交流】【学生交流】N Nm ma am mg g 【问题探究】【问题探究】人随电梯向下的加速度 ag，这时人对地板的压力又是多大? 【学生交流】【学生交流】 N Nm ma am mg g 0 0 m mg gm mg g 【总结】【总结】当物体对支持物的压力(对悬挂物的拉力)小于物体重力的现象称为失重失重物体正好以大小等于 g 方向竖直向下的加速度做匀变速运动，这时物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，好像完全没有了重力 作用，这种状态是完全失重完全失重 【注意】【注意】物体处于“超重”或“失重”状态，并不是说物体的重力增大了或减小了（甚至消失了） ，地球作用于物 体的重力始终是
13、存在的且大小也无变化.即使是完全失重现象，物体的重力也没有丝毫变大或变小当然，物 体所受重力会随高度的增加而减小， 但与物体超、 失重并没有联系 超 （失） 重现象是指物体对悬挂物的拉力 （或 对支持物的压力）大于（小于）重力的现象“超重”“失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关，只决 定于物体的加速度方向 【课堂练习】【课堂练习】物体放在升降机的地板上，如右图所示如果物体处于超重状态，升降 机该怎样运动 A向上匀速运动 B向下匀速运动 C向上加速运动 D向下加速运动 【课堂练习】【课堂练习】在升降机（电梯）中测人的体重，已知人质量为 40kg， （g 取 10 m/s2) （1）当升降机
14、以 2.5m/s2的加速度匀加速上升，测力计的示数是多少？ （2）如果升降机以 2.5m/s2的加速度匀加速下降时，测力计的示数又是多少？ 教学反思：教学反思： 本节课是牛顿运动定律的具体应用， 分别是两种特殊情况， 一种是物体受合力为零时物体处于平衡状态时 的分析，应该注意三力合成与多力合成的方法，注意几种方法的灵活运用，另一种情况就是物体在竖直方向上 做变速运动时超重和失重现象.对于这两种现象，我们应该注意以下几个问题：物体处于“超重”或“失重”状态， 并不是说物体的重力增大了或减小了（甚至消失了） ，地球作用于物体的重力始终是存在的且大小也无变化.即 使是完全失重现象，物体的重力也没有丝毫变大或变小.当然，物体所受重力会随高度的增加而减小，但与物 体超、失重并没有联系.超（失）重现象是指物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于（小于）重力的 现象. “超重”“失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关，只由物体的加速度方向.