4.5 牛頓運動定律的應(yīng)用

〖教材分析〗
牛頓第二定律是學(xué)生首次接觸，而它將伴隨著學(xué)生整個高中三年。本節(jié)課主要是運用牛頓三大定律去解決實際問題。培養(yǎng)學(xué)生解題能力，邏輯思維能力等。在對物體受力分析時要正確引導(dǎo)學(xué)生，受力分析的順序，做到不漏不多；強化他們正交分解法的使用和數(shù)學(xué)三角函數(shù)的應(yīng)用。逐漸的把握好牛頓定律應(yīng)用的解題思路和方法。
〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗
物理觀念：掌握應(yīng)用牛頓運動定律解決問題的基本思路和方法。
科學(xué)思維：能結(jié)合物體的運動情況對物體的受力情況進行分析。
科學(xué)探究：能根據(jù)物體的受力情況推導(dǎo)物體的運動情況。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：會用牛頓運動定律和運動學(xué)公式解決簡單的力學(xué)問題。
〖教學(xué)重點與難點〗
重點：1、已知物體受力情況，求物體的運動情況。
2、已知物體運動情況，求物體的受力情況。
難點：1、物體的受力分析及運動狀態(tài)分析和重要的解題方法的靈活選擇和運用。
2、正交分解法。
〖教學(xué)方法〗
創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入課題，合作交流，總結(jié)規(guī)律，實例分析，拓展提升，講練相結(jié)合。
〖教學(xué)準(zhǔn)備〗
多媒體課件。
〖教學(xué)過程〗
一、新課引入
通過多媒體課件動圖展示：列車進站。
為了盡量縮短停車時間，旅客按照站臺上標(biāo)注的車門位置候車。列車進站時總能準(zhǔn)確地停靠在對應(yīng)車門的位置。這是如何做到的呢？
復(fù)習(xí)牛頓第二定律：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的的方向跟作用力的方向相同。
F=ma，F指的是物體所受的合力，m為物體的質(zhì)量，a是物體的加速度，注意方向。
牛二定律確定了力和運動情況的關(guān)系，為此我們再舉幾個例子。
二、新課教學(xué)
（一）從受力確定運動情況
如果已知物體的受力情況，可以由牛頓第二定律求出物體的加速度，再通過運動學(xué)的規(guī)律確定物體的運動情況。
處理這類問題的基本思路是：先分析物體受力情況求合力，據(jù)牛頓第二定律求加速度，再用運動學(xué)公式求所求量。為此我總結(jié)了，解題的一般步驟。
解題的一般步驟：
（1）確定研究對象，構(gòu)建模型：
（2）對這個物體進行受力分析：
順序是：重力（mg）→支持力（彈力F_N）→其它→摩擦力（F_f）

（3）正交分解：建立直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為四力的模式

運動分析：判斷物體的運動方向，求合力F_合

水平或豎直方向：F_合=運動方向的力-反向的力

建立坐標(biāo)系：x、y軸：F_合=運動方向的力-反向的力
（5）根據(jù)牛頓第二定律列方程F_合=ma
（6）畫運動草圖，應(yīng)用運動學(xué)公式

速度公式：v_t = v_o+at位移公式：

求未知
導(dǎo)出公式：v_t²－ v₀² =2ax
例題1:運動員把冰壺沿水平冰面投出，讓冰壺在冰面上自由滑行，在不與其他冰壺碰撞的情況下，最終停在遠(yuǎn)處的某個位置。按比賽規(guī)則，投擲冰壺運動員的隊友，可以用毛刷在冰壺滑行前方來回摩擦冰面，減小冰面的動摩擦因數(shù)以調(diào)節(jié)冰壺的運動。
（1）運動員以 3.4 m/s 的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動摩擦因數(shù)為 0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠(yuǎn)？g 取 10 m/s2。

（2）若運動員仍以 3.4 m/s 的速度將冰壺投出，其隊友在冰壺自由滑行 10 m 后開始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉淼?90%，冰壺多滑行了多少距離？
分析 (1)由解題步驟來求解即可。
（2）注意第一階段的末速度是第二階段的初速度。

解：（1）確定研究對象，構(gòu)建模型：
< >對這個物體進行受力分析：大小相等、方向相反，彼此平衡。
即y軸方向：mg=F_N

在x軸方向：F_合=運動方向的力-反向的力=0－F_f
（5）根據(jù)牛頓第二定律列方程F_合=ma。
-F_f=ma₁
F_f=μF_N
聯(lián)立得：-μmg=ma₁

代入數(shù)據(jù)得：a₁=-0.2m/s²
（6）畫運動草圖，應(yīng)用運動學(xué)公式：
導(dǎo)出公式：v_t²－ v₀² =2a₁x₁
代入數(shù)據(jù)得：x₁=28.9m
（2）同理，設(shè)冰壺滑行 10 m 后的速度為 v₁₀，則對冰壺的前一段運動有，
v₁₀² ＝ v₀² ＋ 2a₁x₁₀
冰壺后一段運動的加速度為
a₂ ＝－µ₂ g ＝－0.02×0.9×10 m/s² ＝－0.18 m/s²

滑行 10 m 后為勻減速直線運動，由 v²－ v₁₀²＝2a²x₂ ， v＝0，得

第二次比第一次多滑行了（10＋21－28.9）m＝2.1m
（二）從運動情況確定受力
如果已知物體的運動情況，根據(jù)運動學(xué)公式求出物體的加速度，再根據(jù)牛頓第二定律確定就可以確定物體所受的力。
處理這類問題的基本思路是：先分析物體的運動情況，據(jù)運動學(xué)公式求加速度，再在分析物體受力情況的基礎(chǔ)上，用牛頓第二定律列方程求所求量(力)。
和前面的在第四第五步，相反。

例題2、一個滑雪的人，質(zhì)量m = 75Kg，以v0 = 2m/s的初速度沿山坡勻加速滑下，山坡的傾角θ= 30o，在t = 5s的時間內(nèi)滑下的路程x = 60m，求滑雪人受到的阻力（包括摩擦和空氣阻力）。
解：（1）確定研究對象，構(gòu)建模型：
< >對這個物體進行受力分析：（5）根據(jù)牛頓第二定律列方程F_合=ma。

（6）畫運動草圖，應(yīng)用運動學(xué)公式：
位移公式：

代入數(shù)據(jù)得：a=4m/s²
把a=4代入得：mgsinθ-F_f=ma
代入數(shù)據(jù)得：F_f=75N
可見，無論是哪種情況，加速度始終是聯(lián)系運動和力的橋梁。求加速度是解決有關(guān)運動和力問題的基本思路，正確的受力分析和運動過程分析則是解決問題的關(guān)鍵。
〖板書設(shè)計〗
4.5牛頓運動定律的應(yīng)用
一、從受力確定運動情況
       如果已知物體的受力情況，可以由牛頓第二定律求出物體的加速度，再通過運動學(xué)的規(guī)律確定物體的運動情況。
    處理這類問題的基本思路是：先分析物體受力情況求合力，據(jù)牛頓第二定律求加速度，再用運動學(xué)公式求所求量。
二、從運動情況確定受力
    如果已知物體的運動情況，根據(jù)運動學(xué)公式求出物體的加速度，再根據(jù)牛頓第二定律確定就可以確定物體所受的力。
  處理這類問題的基本思路是：先分析物體的運動情況，據(jù)運動學(xué)公式求加速度，再在分析物體受力情況的基礎(chǔ)上，用牛頓第二定律列方程求所求量(力)。
〖教學(xué)反思〗
< >在授課過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的受力分析，還是沒有能夠嚴(yán)格的按照一定的順序來畫示意圖。正交分解法的運用存在很大的盲區(qū)，坐標(biāo)系不懂得如何建立。數(shù)學(xué)三角函數(shù)角度的計算也不對。所以教師在上本節(jié)時，首先還是要復(fù)習(xí)正交分解法的建立的原則，和角度的對應(yīng)關(guān)系等。本節(jié)課通過實例分析、總結(jié)規(guī)律等教學(xué)環(huán)節(jié)，大大降低了難度有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。在課后練習(xí)的講解上，還有一些變式題，不夠時間講解，但那也是要提示一些小方法給他們才得。

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4.5 牛頓運動定律的應(yīng)用— 【新教材】人教版(2019)高中物理必修第一冊教案

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