高中物理人教版必修1教案：4-6用牛顿运动定律解决问题

高中物理人教版必修1教案：4-6用牛顿运动定律解决问题

［教学目标］ 一、知识目标 1.进一步学习分析物体的受力情况，能结合物体的运动情况进行分析。 2.掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法，学会用牛顿运动定律和运动学公 式解决力学问题。 ［教学难点］ 物体受力和运动状态的分析，处理实际问题时物理情景的建立。． ［课时安排］ 1 课时 ［教学过程］ 一、引入新课[来源:学科网] 我们已经学习了牛顿三定律，他们共同构建了牛顿力学体系。 牛顿第二定律揭示了运动和力的内在联系，应用牛顿第二定律即可解答一些力学问题， 其应用范围较广。 我们通过以下例题来体会应用牛顿第二定律解题的思路、方法和步骤． 二、新课教学 1．已知受力情况求解运动情况 例题 1(投影) 一个静止在水平面上的物体，质量是 2kg，在水平方向受到 5.0N 的拉力， 物体跟水平面的滑动摩擦力是 2.0N． 1)求物体在 4.0 秒末的速度； 2)若在 4 秒末撤去拉力，求物体滑行时间． (1)审题分析 这个题目就是根据已知的受力情况来求物体的运动情况．前 4 秒内运动情况：物体由静 止在恒力作用下做匀加速直线运动，t=4.0s．受力情况：F=5.0N，f=2.0N，G=20N；初始条件： v0=0；研究对象：m=2.0kg．求解 4 秒末的速度 vt．4 秒后，撤去拉力，物体做匀减速运动， vt′=0．受力情况：G=20N、f=2.0N；初始条件：v′0=vt，求解滑行时间． (2)解题思路 研究对象为物体．已知受力，可得物体所受合外力．根据牛顿第二定律可求出物体的加 速度，再依据初始条件和运动学公式就可解出前一段运动的末速度．运用同样的思路也可解 答后一段运动的滑行距离． (3)解题步骤(投影)[来源:学*科*网] 解：确定研究对象，分析过程(画过程图)，进行受力分析(画受力图)． 前 4 秒 根据牛顿第二定律列方程： 水平方向 F-f=ma 竖直方向 N-G=0 引导学生总结解题步骤：确定对象、分析过 程、受力分析、画图、列方程、求解、检验 结果． (4)讨论：若无第一问如何解？实际第一问的结果是第二问的初始条件，所以解题的过程 不变． (5)引申：这一类题目是运用已知的力学规律，作 出明确的预见．它是物理学和技术上进 行正确分析和设计的基础，如发射人造地球卫星进入预定轨道，带电粒子在电场中加速后获 得速度等都属这一类题目． 2．已知运动情况求解受力情况 例题 2(投影) 一辆质量为 1.0×103kg 的小汽车正以 10m/s 的速度行驶，现在让它在 12.5m 的距离内匀减速地停下来，求所需的阻力． (1)审题分析 这个题目是根据运动情况求解汽车所受的阻力．研究对象：汽车 m=1.0×103kg；运动情 况：匀减速运动至停止 vt=0，s=12.5m；初始条件：v0=10m/s，求阻力 f． (2)解题思路 由运动情况和初始条件，根据运动学公式可求出加速度；再根据牛顿第二定律求出汽车 受的合外力，最后由受力分析可知合外力即阻力． (3)解题步骤(投影) 画图分析 [来源:Zxxk.Com] 据牛顿第二定律列方程： 竖直方向 N-G=0 水平方向 f=ma=1.0×103×(-4)N=-4.0×103N f 为负值表示力的方向跟速度方向相反．[来源:学§科§网 Z§X§X§K] 引导学生总结出解题步骤与第一类问题相同． (5)引申：这一类题目除了包括求出人们熟知的力的大小和方向，还包括探索性运用，即 根据观测到的运动去认识人们还不知道的物体间的相互作用的特点．牛顿发现万有引力定律、 卢瑟福发现原子内部有个原子核都属于这类探索． 3．应用牛顿第二定律解题的规律分析(直线运动) 题目类型流程如下 由左向右求解即第一类问题，可将 vt、v0、s、t 中任何一个物理量作为未知求解． 由右向左求解即第二类问题，可将 F、f、m 中任一物量作为未知求解． 若阻力为滑动摩擦力，则有 F-μmg=ma，还可将μ作为未知求解． 如：将例题 2 改为一物体正以 10m/s 的速度沿水平面运动，撤去拉力后匀减速滑行 2.5m， 求物体与水平面间动摩擦因数． 4．物体在斜向力作用下的运动 例题 3(投影) 一木箱质量为 m，与水平地面间的动摩擦因数为μ，现用斜向右下方与水 平方向成θ角的力 F 推木箱，求经过 t 秒时木箱的速度． 解：(投影) 画图分析： 木箱受 4 个力， 将力 F 沿运动方向和垂直运动方向分解： 水平分力为 Fcosθ[来源:学,科,网] 竖直分力为 Fsinθ 据牛顿第二定律列方程， 竖直方向 N-Fsinθ-G=0 ① 水平方向 Fcosθ-f=ma ② 二者联系 f=μN ③ 由①式得 N=Fsinθ+mg 代入③式有 f=μ(Fsinθ＋mg) 代入②式有 Fcosθ-μ(Fsinθ＋mg)=ma ，得 可见解题方法与受水平力作用时相同． 三、小结(引导学生总结) 1．应用牛顿第二定律解题可分为两类：一类是已知受力求解运动情况；一类是已知运动 情况求解受力． 2．不论哪种类型题目的解决，都遵循基本方法和步骤，即分析过程、建立图景、确定研 究对象、进行受力分析、根据定律列方程，进而求解验证效果．在解题过程中，画图是十分 重要的，包括运动图和受力图，这对于物体经过多个运动过程的问题更是必不可少的步骤． 3．在斜向力作用下，可将该力沿运动方向和垂直运动方向分解，转化为受水平力的情 形．解题方法相同