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  【教材分析

 

  《牛顿运动定律》在高考《考试大纲》的“知识内容表”中,共有6个条目,其中包括“牛顿定律的应用”,为II等级要求。牛顿第二定律的应用,是本章的核心内容。由于整合了物体的受力分析和运动状态分析,使得本节成为高考的热点和必考内容。受力分析和运动状态分析,是解决物理问题的两种基本方法。并且,本单元的学习既是后继“动能”和“动量”等复杂物理过程分析的基础,也是解决“带电粒子在电场、磁场中运动”等问题的基本方法,因而显得十分重要。

 

  【学情分析

 

  由于本单元对分析、综合和解决实际问题的能力要求很高,不少同学在此感到困惑,疑难较多,主要反映在研究对象的选择和物理过程的分析上,对一些典型的应用题型,如连接体问题、超重失重问题、皮带传动问题、斜面上的物体运动问题等,学生缺乏针对性训练,更缺少理性的思考和总结。

 

  【教学目标

 

  一、知识与技能

 

  1、掌握牛顿第二定律的基本特征;

 

  2、理解超重现象和失重现象。

 

  二、过程与方法

 

  1、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;

 

  2、学会连接体问题的一般解题方法;

 

  3、掌握超重、失重在解题中的具体应用。

 

  三、情感态度与价值观

 

  1、通过相关问题的分析和解决,培养学生的科学态度和科学精神;

 

  2、通过“嫦娥一号”的成功发射和变轨的过程,激发学生的爱国热情。

 

  【教学重点和难点

 

  教学重点:牛顿运动定律与运动学公式的综合运用。

 

  教学难点:物体受力情况和运动状态的分析;处理实际问题时“物理模型”和“物理情景”的建立。

 

  【教学方法和手段

 

  教学方法:分析法、讨论法、图示法

 

  教学手段:计算机多媒体教学,PPT课件

 

  【教学过程

 

  一、提出问题,导入课题

 

  提问、讨论、评价

 

  (一)高三物理(复习)前三章的内容及其逻辑关系是怎样的?

 

  (二)牛顿运动定律的核心内容是什么?

 

  (三)如何理解力和运动的关系?

 

  PPT展示:力和运动的关系

 

  力是使物体产生加速度的原因,受力作用的物体存在加速度。我们可以结合运动学知识,解决有关物体运动状态的问题。另一方面,当物体的运动状态变化时,一定有加速度,我们可以由加速度来确定物体的受力。

 

  二、知识构建,方法梳理

 

  (一)动力学的两类基本问题

 

  1.已知物体的受力情况,要求确定物体的运动情况

 

  处理方法:已知物体的受力情况,可以求出物体的合力,根据牛顿第二定律可以求出物体的加速度,在利用物体初始条件(初位置和初速度),根据运动学公式就可以求出物体的位移和速度。也就是确定了物体的运动情况。

 

  2.已知物体的运动情况,要求推断物体的受力情况

 

  处理方法:已知物体的运动情况,由运动学公式求出加速度,再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的合外力,由此推断物体受力情况。

 

  (二)动力学问题的求解

 

  1.基本思路

 

  牛顿第二定律反映的是,加速度、质量、合外力的关系,而加速度可以看成是运动的特征量,所以说加速度是连接力和运动的纽带和桥梁,是解决动力学问题的关键。

 

  求解两类问题的思路,可用下面的框图来表示:

 

 

  可见,加速度是连接“力”和“运动”的桥梁。

 

  2.一般步骤:

 

  ⑴确定研究对象;

 

  ⑵进行受力情况及运动状态分析;

 

  ⑶选取正方向;

 

  ⑷统一单位,代入求解;

 

  ⑸检验结果。

 

  3.注意事项

 

  (1)同体;

 

  (2)同向;

 

  (3)同时;

 

  (4)同单位制(SI制)。

 

  倡导对问题先作定性和半定量分析,弄清问题的物理情景、找到正确解题的关键,以养成良好的思维品质和解题习惯。

 

  (三)超重和失重

 

  1.描述:弹簧秤称量物体的重量。原理:二力平衡。

 

  2.演示:物体的平衡、超重、失重。

 

  3.归纳:超重、失重的起因和表现

 

 

起因

运算

表现

超重

具有向上的加速度

F=mg+a

Fmg

失重

具有向上的加速度

F=mg-a

F<mg

 

  三、典题分析,引深拓展

 

  1】如图1所示为竖直平面内的半径为R的圆环,AB是它的竖直直径,AC是光滑的斜面轨道。一个小球从A点由静止开始沿AC斜面滑下,求下滑的时间。

 

 

  【解析】设斜面的长度为L,夹角为α,则有:L=2R/cosα     1

 

  a=gcosα      2

 

  L=at2/2        3

 

  联立解得:t=2R/g1/2

 

  可见,小球沿光滑弦轨道下滑的时间,只与圆环的半径有关,且等于沿直径AB的自由落体时间。

 

  拓展:在图3中,AB是圆的竖直直径,小球沿不同的光滑斜面轨道由静止下滑,所需的时间相等。

 

 

  【2】如图4所示,光滑曲面轨道与水平传送带平滑相连,但不接触,小滑块从曲面上A点由静止开始滑下,在静止的传送带上做匀减速运动,离开传送带后做平抛运动,最后落在水平地面上的P点,若传送带是运动的,小滑块的落地点还在P点,那么传送带的运动方式为:

 

 

  A.一定顺时针传动

 

  B.一定逆时针传动

 

  C.可能顺时针传动

 

  D.可能逆时针传动

 

  【解析】小滑块的落地点还在P点,说明小滑块做平抛运动的初速度不变;也就是在传送带上做匀减速运动的加速度不变。因而,所受到向“左”的滑动摩擦力不变,所以,传送带沿逆时针方向传动,或者传送带沿顺时针方向传动,但传动速度小于滑块的速度。

 

  答案CD

 

  【3】在光滑水平地面上有两个彼此接触的物体AB,它们的质量分别为m1m2,若用水平推力F作用于A物体,使AB一起向前运动,如图5所示,求两物体间的相互作用为多大?

 

 

  【解析】由于两物体是相互接触的,在水平推力F的作用下做加速度相同的匀加速直线运动,是“连接体”。如果把两个物体作为一个整体,用牛顿第二定律去求加速度a是很简便的。题目中要求AB间的相互作用,因此必须采用隔离法,对AB进行分析,再用牛顿第二就可以求出两物体间的作用力。

 

  设AB之间的相互作用力为N,以AB整体为研究对象,由牛顿第二定律得:F=(m1+m2)a;所以,a=F/(m1+m2)

 

  再以B为研究对象,由牛顿第二定律可得:N=Fm2/(m1+m2)

 

  点评:连接体的一般解题方法是,整体法求加速度,隔离法求力。

 

  拓展:

 

  (1)其它情况不变,若将F作用于B物体,则AB间的相互作用多大?

 

  (2)其它情况不变,若物体与地面间的动摩擦因数为?,则AB间的相互作用多大?

 

  【4】如果某个物理过程中涉及3个物体,那么,研究对象的选择最多有几种可能?

 

  【解析】令三个物体分别为ABC,则研究对象的选择方式为:

 

  一个物体:ABC

 

  两个物体:ABACBC

 

  三个物体:ABC

 

  答案:7

 

  【5】质量为M的三角劈静止在粗糙的水平地面上,质量为m的滑块在倾角为θ的斜面上以加速度a匀加速下滑。求三角劈对地面的压力N和所受地面的摩擦力f

 

 

  【解析】如图7所示,把滑块的加速度进行正交分解。

 

 

  Ax=acosθay=asinθ

 

  由于滑块具有向下的加速度,所以处于失重状态。整体对地面的压力(也就是三角劈对地面的压力)为N=M+mg-masinθ

 

  由于滑块具有水平向左的加速度,用“整体法”的观点,应该由地面的摩擦力产生。即:f=max=macosθ

 

  【6】质量为M的框架静止于水平地面上,通过轻弹簧吊着质量为m的物块,如图8所示。在物块上下振动的某一瞬间,框架对地面的压力为0,求此时物块的加速度。

 

 

  【解析】用“整体法”的观点,当框架对地面的压力为0时,处于“完全失重”状态,由于框架静止,系统的重力全部使物块产生加速度。即:(M+mg=maa=M+mg/m

 

  四、课堂小结

 

  1.牛顿第二定律的一般解题方法和注意事项;

 

  2.连接体问题的求解方法;

 

  3.超重和失重及其在解题中的应用.

 

  五、课后作业:(略)

    
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