高一物理牛顿运动定律教案.docx
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高一物理牛顿运动定律教案
4.1牛顿第一定律
知识与技能
1.知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论,知道理想实验是科学研究的重要方法。
2.理解牛顿第一定律的内容及意义
3.知道什么是惯性,会正确地解释有关惯性的现象。
过程与方法
1.观察生活中的惯性现象,了解力和运动的关系
2.通过实验加深对牛顿第一定律的理解。
3.理解理想实验是科学研究的重要方法
情感态度与价值观
通过伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识,了解人类认识事物体质的曲折性。
教学重点
1.对牛顿第一运动定律和惯性的正确理解
2.科学思想的建立过程
教学难点
1.力和运动的关系
2.惯性和质量的关系
教具
多媒体视频
课时安排
1课时
教学过程
问题一:
物体运动的原因是什么?
(历史的思考:
亚里士多德、伽利略)
问题二:
亚里士多德为什么会出错?
错误的结论维持近两千年,我们有何思考?
(凭经验、表象,而这往往是不可靠的;要善于思考、敢于质疑,要动脑筋探寻解决问题的方法。
)
问题三:
伽利略发现问题的关键在哪里?
(摩擦力;实验探索)
问题四:
伽利略是如何考虑实验、如何分析问题的?
①常识:
给水平面上的物体一个初速度,物体为何运动一段会停下来?
(摩擦力)如何使它运动更远一些?
(物体表面尽量光滑,但轨道不可能无限长。
)
②伽利略的理想实验:
如图:
让小球从一个斜面由静止滚下,小球将滚上另一个斜面,如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度。
减小另一个斜面的倾角,小球仍能到达原来的高度,但比第一次滚得要远些,假设把另一个斜面放至水平,则小球因为无法达到原来的高度而永远运动下去。
③分析教材P72图4.1.1,有哪些认识?
(将实验问题的理论化:
画图、加字母等;频闪法拍照:
小球在斜面上各点的速度的求法,定性、定量判断小球在斜面上做什么运动,)
④小球在水平方向运动的理想分析(水平方向不受力)
⑤结论:
力不是维持物体的运动(速度)的原因,而是改变物体运动状态(改变物体速度)的原因。
问题五:
牛顿是如何总结这个问题的?
①法国工程师笛卡尔的研究
②牛顿第一运动定律:
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
例:
a.用一细绳一端系一小球,让它做圆周运动。
若在绳断的瞬间,小球不受任何力的作用,则小球将做什么运动?
(以绳断那个时刻的速度做匀速直线运动)
b.用绳吊起一个小球,小球静止。
若在剪断绳子的瞬间,小球不受任何力的作用,则小球将做什么运动?
(静止)
③牛顿第一运动定律是理想定律
④自然界中物体不可能不受力,若物体受平衡力,则可等效物体不受力或认为受合外力为零,在这种情况下物体将保持静止状态或匀速直线运动状态。
问题五:
如何理解惯性?
①物体都具有抵抗状态变化的“本领”,如:
冬天晚上上床和早上起床人的感觉等。
②惯性:
物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。
例:
汽车启动、加速,汽车刹车、减速,车上的人的感觉?
原因?
如何表达?
(原来状态,怎么改变,由于惯性,结果)
③猜想惯性的大小与哪些因素有关?
静止的物体无惯性;速度大的物体惯性大;受的力越大惯性越大;做曲线运动的物体惯性要发生变化。
这些话对吗?
说明什么?
(与外界因素无关)
惯性是物体的固有性质,仅与物体的质量有关,惯性大小的唯一量度是质量。
惯性可以表现出来,也可以不表现出来。
只有在运动状态发生改变才可以表现出来。
【练习】
教材P75页练习
问题六:
什么是惯性参考系?
(简介教材P74页内容)
【思考】
如图所示,在密闭的车内用细线拴着一个铁球和一个氢气球,当车突然向右加速时,铁球和氢气球相对于车的位置发生怎样的变化。
4.2实验:
探究加速度与力、质量的关系
知识与技能
1.理解物体运动状态的变化快慢,即加速度大小与力有关也与质量有关。
2.通过实验探究加速度与力和质量的定量关系
过程与方法
1.指导学生半定量地探究加速度和力、质量的关系。
知道用控制变量法进行实验
2.学生自己设计实验,自己根据自己的实验设计进行实验。
3.对实验数据进行处理,看一下实验结果能验证什么问题
情感态度与价值观
1.通过探究实验,培养实事求是、病重客观规律的科学态度。
2.通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神。
3.培养与人合作的团队精神
教学重点
1.控制变是法的使用
2.如何提出实验方案并使实验方案合理可行
3.实验数据的分析与处理
教学难点
1.如何提出实验方案并使实验方案合理可行
2.实验数据的分析与处理
教具
(1)附有滑轮的长木板2块(2)小车2个(3)带小钩或小盘的细线2条(4)钩码,规格:
10g,20g,用作牵引小车的力。
(5)砝码,规格:
50g、100g、200g,用做改变小车质量(6)刻度尺(7)宽口文件夹(8)1-2m粗线绳,用做控制小车运动。
课时安排
2课时
教学过程
问题一:
力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因,是产生加速度的原因。
请猜想加速度与哪些因素有关?
问题二:
如何研究这个问题?
(控制变量法)
问题三:
具体如何操作?
①实验器材:
附有滑轮的长木板1块,规格为200g的小车1个,带小钩细线1条,规格为20g的钩码5只(作牵引小车的力),规格为200g的砝码5只(用做改变小车质量),打点计时器,20cm的纸带,稳压源。
②控制质量不变(200g)
a.要考虑加速度与什么力有关?
(绳子拉力、摩擦力、合力)
b.如何用绳子拉力来替代合力?
(平衡摩擦力)如何平衡摩擦力?
(体会长木板的倾角逐渐变大,小车的受到的静摩擦力大小与重力什么关系、如何变化,注意平衡的应该是动摩擦力)
c.在实验中,钩码的重力大小等于拉力大小吗?
请定性分析哪个较大一些?
如何使钩码的重力大小与拉力大小更接近?
(M>>m)
d.小车的加速度如何测?
(打点计时器,提醒如何数据处理)
e.添加钩码(增大拉力),重复实验。
f.列表分析或画图分析(横、纵坐标分别选什么好?
描点、拟合,图象经过原点吗?
)
g.有何结论?
M一定时,a∝F
h.若M=400g时,重复以上实验,有何结论?
③控制拉力不变(钩码质量50g,F=0.5N)
a.添加砝码(增大M),重复实验。
b.列表分析或画图分析(横、纵坐标分别选什么好?
)
c.有何结论?
F一定时,a∝1/M
d.若F=1N时,重复以上实验,有何结论?
问题四:
若某同学做这个实验,取M=500g,得到如图1或2的图象,说明什么?
问题五:
不直接测加速度可以探究这个问题吗?
①不具体测加速度,可作对比实验。
其他思想可以同前实验。
②实验器材:
附有滑轮边侧有刻度的长木板2块,规格为200g的小车2个,带小钩细线2条,规格为20g的钩码5只(作牵引小车的力),规格为200g的砝码5只(用做改变小车质量),宽口文件夹,2m粗线绳。
③分析两小车均做初速度为零的匀加速运动,相同时间内两小车位移之比就是其加速度之比。
④处理实验数据:
表一:
M1=M2=600g
次数
小车1
小车2
钩码(g)
位移x1(cm)
钩码(g)
位移x2(cm)
1
20.0
40.0
2
20.0
60.0
3
20.0
80.0
4
20.0
100.0
5
20.0
120.0
表二:
F1=F2=0.2N
次数
小车1
小车2
M1(g)
位移x1(cm)
M2(g)
位移x2(cm)
1
200
400
2
200
600
3
200
800
4
200
1000
5
200
1200
⑤作出图象,分析图象:
问题六:
通过实验发现加速度a与合外力F、质量m有什么关系?
(加速度与力成正比,与质量成反比。
即a∝F,a∝1/m)
问题七:
通过本节内容的学习应搞清楚思维上的哪些问题?
(①实验要探究的内容,②探究实验的设计思路,③实验仪器的操作方法,④数据处理方法,⑤如何画出图象并且从图象探究到什么规律。
)
【巩固练习】
评价手册P531、5、6、7
4.3牛顿第二定律
知识与能力
1.掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式
2.理解公式中各物理量的意义及相互关系
3.会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算
过程与方法
1.通过对上节课实验结论的总结,归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系,进而总结出牛顿第二定律
2.培养学生的概括能力和分析推理能力
情感态度和价值观
1.渗透物理学研究方法的教育
2.认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法
教学重点
牛顿第二定律的特点
教学难点
牛顿第二定律的理解
课时安排
2课时
教学过程
问题一:
上节课我们是如何探究物体的加速度与力、质量的关系的?
有什么关系?
(研究问题的方法和程序)
问题二:
牛顿第二定律的内容是什么?
①内容:
物体的加速度跟作用力成正比,跟物体的质量成反比。
②作用力指的是什么?
(合力)合力是怎么求的?
(在对物体受力分析的基础上,对力进行合成)
③表达式:
a∝F合/m或者F合∝ma(比例式)
F合=kma(等式)k应是比例系数
④单位:
比例系数k的选取有任意性,但取k=1最简单。
在这种规定下来定义力的单位1kgm/s2=1N
这样:
F合=ma(运用时请注意必须统一单位:
N,Kg,m/s2)
⑤意义:
力是改变物体运动状态的原因,是产生加速度的原因;若有力作用于物体,物体则立即产生加速度,若力撤消作用,加速度瞬间消失(瞬时对应,共存亡)。
⑥矢量方程:
的方向永远由F合的方向决定,永远与F合的方向一致。
问题三:
用手推课桌(对课桌施加力的作用),课桌为何没有运动(产生加速度)?
(课桌不止受一个力,还受到摩擦力;F合=0,a=0;)
问题四:
如何求物体的加速度?
①根据运动学方程来计算
②对物体进行受力分析,然后将所有力进行合成从而求出合力
③根据F=kma将物体受到的每一个力产生的加速度分别求出各自的加速度:
a1、a2、a3、a4等,然后将这些加速度进行合成。
问题五:
力与加速度有何关系?
①力与加速度有因果关系,但无时间先后而是同时产生、立即产生;若合力改变,加速度立即随之改变;合力消失,加速度立即消失。
即合力与加速度瞬时对应,无需时间过程。
②力与速度无因果关系。
因为
,即速度变化必须有时间过程,在很短的时间内可以近似认为
=0,则
=0速度不变。
【讨论】
教材P821、2、3
【例题】
1.某质量为1100kg的汽车在平直路面试车,当达到100km/h的速度时关闭发动机,经过70s停下来,汽车受到的阻力是多大?
重新起步加速时牵引力为2000N,产生的加速度应为多大?
假定试车过程中汽车受到的阻力不变。
①汽车质点的运动图景(两种情况)
②汽车质点的受力分析(竖直情况如何考虑)
③解题规范:
汽车匀减速:
a1=v0/tf=ma1=mv0/t=1100×27.8/70=437(N)
汽车匀加速:
F合=F-f=2000-437=1563(N)又
F合=ma2
a2=F合/m=1563/1100=1.42(m/s2)
2.一个质量为2kg的物体受到互成1200角的两个力F1和F2的作用,这两个力的大小都是10N,这个物体产生的加速度是多大?
①对物体进行受力分析,求合力
②利用牛顿第二定律求解
③解题规范:
④思考:
质量不同的物体,自由下落的加速度为何一样?
3.如图所示,质量分别为mA和mB的两个小球,用一根轻弹簧连接后用细线悬挂在顶板下,当细线被剪断的瞬间,两球下落的加速度分别是aA= ,aB= 。
(重力加速度为g)
①弹簧的弹力瞬间不变
②分别对A、B进行受力分析,根据牛顿第二定律求解
③若把弹簧改为绳或杆呢?
(aA=g,aB=g)
4.如图所示,小球从轻弹簧正上方无初速释放,自由下落一段时间后,与弹簧接触,从小球开始接触弹簧到弹簧被压缩到最短的过程中,小球的速度,加速度和所受合外力的变化情况是怎样的?
①分段考虑问题,受力分析
②下落:
(自由落体、变加速、变减速)
③上升:
(变加速、变减速、竖直上抛)
5.一物体放在光滑的水平面上,初速度为零,先对物体施加一向东的恒力F,历时1s,随即把此力改为向西,大小不变,历时1s,接着又把此力改为向东,大小不变,历时1s;如此反复,只改变力的方向,共用了1min,在此1min内
A、物体时而向东运动,时而向西运动,在1min末静止于初始位置之东
B、物体时而向东运动,时而向西运动,在1min末静止于初始位置
C、物体时而向东运动,时而向西运动,在1min末继续向东运动
D、物体一直向东运动,从不向西运动,在1min末静止于初始位置之东
注意:
每一段的受力情况和动图景(D)
【巩固练习】
教材P824、5
4.4牛顿第二定律的简单应用
教学目标:
1.让学生知道牛顿第二定律是运动学与物体受力的桥梁,可以解决两类问题
2.让学生熟悉应用牛顿第二定律解题的基本步骤
一、从物体受力确定运动情况
【例题】
1.静止在水平地面上的物体,质量是2kg,在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动。
物体与地面间的摩擦力是4.2N。
求物体在4s末的速度和4s内发生的位移。
①受力分析求出合力
②物体的运动图景,由运动学公式求解。
2.如图1所示,质量为m=1.0kg的金属块放在水平桌面上,在与水平成370角斜向上、大小为10N的拉力F作用下由静止开始向右做匀加速直线运动,已知金属块与桌面间的动摩擦因数μ=0.5,求5s末物体的速度及位移大小。
①明确解题的基本步骤:
a.受力分析
b.规定正方向,建立坐标系
c.把力正交分解
d.找合力,求加速度
e.清楚运动图景,由运动学公式求解
②注意解题规范
3.风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力。
如图2所示,现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室,小球孔径略大于细杆直径。
(1)当杆在水平方向上固定时,调节风力的大小,使小球在杆上匀速运动,这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍,求小球与杆间的动摩擦因数。
(2)保持小球所受的风力不变,使杆与水平方向间夹角为37°并固定,则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少?
①分两种情况考虑,注意风力大小不变
②解题步骤:
(应分别建立不同的坐标系;要细心、有条理。
)
4.如图3所示,AB、AC、AD都是光滑的轨道,A、B、C、D四点在同一竖直圆周上,其中AD是竖直的直径。
一小球从A点由静止开始,分别沿AB、AC、AD轨道滑至B、C、D点,所用时间分别为t1、t2、t3,则三个时间的关系为 。
①方法:
要比较多个量间的关系时,不必一个个计算,而是找到一个变量,找出要求量与变量间的关系。
②取AC段研究:
受力分析、坐标系建立、正交分解、求合力、计算加速度,运动学方程计算。
【总结】
物体受力
加速度 物体运动
【练习】
教材P91 3、4
二、从运动情况确定物体受力
【例题】
1.一个质量为75kg的滑雪人以2m/s的初速度沿山坡匀加速滑下,山坡的倾角为300,在5s的时间内滑下的路程是60m,求滑雪人受到的阻力(包括摩擦和空气阻力)。
①读清问题,明确解题的基本步骤
②解题规范
2.粗细均匀、质量为200g的米尺(1m长)有1/4伸出水平桌面外,如图所示,尺与桌面间的动摩擦因数μ=0.16。
若用水平力F作用于尺上1s后,使原来静止的尺从桌面上落下,则力F至少为多大?
(取g=10m/s2)
①“尺从桌面上落下”的位置在哪里?
此时米尺发生的位移是多少?
②“至少”两字如何理解?
③米尺的运动图景和受力分析
④解题规范
3.质量为m=20kg的物体,在大小恒定的水平外力F的作用下,沿水平面做直线运动,0~2s内F与运动方向相反,2~4s内F与运动方向相同,物体的速度—时间图象如图所示,取g=10m/s2。
求物体与水平面间的动摩擦因数。
①从图象中分析物体做什么运动?
(分段)图象中还有哪些信息?
(初速度、加速度、末速度)
②两段物体的受力分析
③解题规范
4.蹦床运动是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种动作的运动项目。
一个质量为60kg的运动员,从离水平网面3.2m高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回到离水平面5.0m高处。
已知某运动员与网接触时间为1.2s,若把这段时间内对运动员的作用力当做恒力处理,求此力的大小。
(取g=10m/s2)
①运动员的运动图景(三段)
②主体研究的运动过程是床对人作用过程,注意受力分析
③3.2m和5.0m说明了什么?
【练习】
三、综合处理较复杂问题
【例题】
1.如图1所示,将一个物体先后放在几个具有相同底边b=0.3m的光滑斜面上。
(1)当斜面与水平面的夹角为多大时,物体从斜面上滑下所用的时间t=0.4s?
(2)当斜面与水平面的夹角为多大时,才能使这个物体从斜面上滑下所需的时间最短?
这段时间是多少?
2.如图2所示,在倾角
=370的足够长的固定斜面底端有一质量m=1.0kg的物体,物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.25。
现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动,拉力F=10.0N,方向平行于斜面向上,经时间t=0.4s绳子突然断了,求:
(1)绳断时物体速度大小。
(2)从绳子断开开始到物体再返回到斜面底端物体的运动时间。
3.如图3,质量为m的物体恰好沿倾角为α的斜面匀速下滑,而质量为M的斜面始终与水平地面保持静止。
求:
(1)下滑过程中,物体对斜面体的压力和摩擦力。
(2)下滑过程中,地面对斜面体的支持力以及摩擦力的大小和方向。
①先隔离m进行受力分析,然后隔离M再进行受力分析。
(考虑地面对M的摩擦力时,可设某个方向)
②若m加速下滑呢?
③若用沿斜面向上(下)的力推m匀速运动呢?
(M仍然静止)
④若用沿斜面向上(下)的力推m加速运动呢?
(M仍然静止)
4.水平传送带长20m,以2m/s的速度匀速运动,一物体由静止放到传送带的一端,被传送带带到另一端,物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,问物体经过多长时间通过传送带?
(g=10m/s2)
讨论:
若传送带倾斜呢?
5.如图所示,在水平桌面上有一质量为2kg的小物体,受平行于桌面沿x方向的恒力F=8N作用,正沿x轴正方向运动。
若从物体通过坐标原点时开始计时,速度为零之前,其位移与时间的关系为x=12t-3t2。
(1)求t=1s时,物体速度的大小和方向。
(2)从计时开始经过多长时间,小物体再次经过坐标原点?
6.如图4,A、B叠放在水平桌面上,水平外力F拉物体A时,①A、B都未动,则A、B之间的摩擦力f1=?
B与地之间的摩擦力f2=?
②A匀速运动,B不动,则A、B之间的摩擦力f1=?
B与地之间的摩擦力f2=?
③A以加速度a做匀加速运动,B不动,则A、B之间的摩擦力f1=?
B与地之间的摩擦力f2=?
④A、B都向左做匀速运动,则A、B之间的摩擦力f1=?
B与地之间的摩擦力f2=?
⑤A、B都向左做加速度为a的匀加速运动,则A、B之间的摩擦力f1=?
B与地之间的摩擦力f2=?
⑥A、B间有相对滑动,A的加速度为a1,B也向左运动,加速度为a2,(a1>a2)则A、B之间的摩擦力f1=?
B与地之间的摩擦力f2=?
7.如图5所示,木块A、B静止叠放在光滑水平面上,A的质量为m,B的质量为2m.现施水平力F拉B,A、B刚好不发生相对滑动,一起沿水平面运动.若改用水平力F′拉A,使A、B也保持相对静止,一起沿水平面运动,则F′不得超过(B)
A.2FB.F/2
C.3FD.F/3
①分两种情况考虑:
第一种情况,水平力F拉B时,A、B刚好不发生相对滑动,什么意思?
②对A、B整体:
F=(m+2m)a(整体法)
对A:
fm=ma=F/3(隔离法)
③第二种情况,将F′作用在A上,对B:
fm=2ma′(B能与A一起运动,而A、B不发生相对滑动)(隔离法)
④对A、B整体:
F′=(m+2m)a′
⑤“刚好不发生相对滑动”是临界状态。
8.
如图6,m=4kg的小球挂在小车后壁上,细线与竖直方向成370角。
求下列两种情况下,细线对小球的拉力F1和后壁对小球的压力:
(1)小车以a=g向右加速运动,
(2)小车以a=g向右减速运动。
①小车静止或匀速运动,小球受力情况如何?
②小车向右加速运动,小球受力情况如何?
(后壁对小球的弹力永远存在)
③小车向右减速运动,小球受力情况如何?
(有可能后壁对小球的弹力为零)
④小车的加速度过大,小球会“飘”起来(找临界情况)
9.如图7质量为m的木块放在倾角为θ的光滑斜面上,当斜面沿水平方向向左做匀加速运动而木块与斜面保持静止时()
A.木块所受的弹力大小为mg/cosθ
B.木块所受的弹力大小为mgcosθ
C.木块的加速度为gtanθ
D.木块的加速度为gsinθ
10.如图8所示,放在光滑水平桌面上的物体m2,通过穿过定滑轮的绳和吊在桌面上的物体m1相连.释放后系统加速度的大小为a1.如果取走m1,用大小等于m1所受重力的力F向下拉绳,m2的加速度为a2.则(不计滑轮摩擦及绳的质量)()
A.a1=a2B.a1<a2 C.a1>a2D.a2=a1/2
①m1拉m2时,分别隔离分析m1和m2,它们有共同的什么量(大小)?
②绳子的拉力T=m1g吗?
③m1在下降时,m1是超重还是失重?
m2呢?
④若用F=m1g拉m2,m2的加速度如何求?
11.质量为50kg的人站在放电梯内的磅秤上,下列电梯的运动情况磅秤的读数分别为多少?
①静止②以1m/s的速度匀速上升③以12m/s的速度匀速上升④以20m/s的速度匀速下降⑤以1m/s2的加速度加速上升⑥以1m/s2的加速度减速上升⑦以1m/s2的加速度加速下降(失重)⑧以1m/s2的加速度减速下降(超重)
12.杂技“顶杆”表演,一人站在地上,肩上扛一质量M的杆,当杆上一质量为m,以加速度a加速下滑时,杆对人“底人”的压力为多大?
①若杆上的人匀速下滑,“底人”对地面的压力是多大?
②若杆上的人以加速度a加速上爬,“底人”对地面的压力是多大?
13.举重运动员在地面上能举起120kg的重物,而在运动着的升降机中却只能举起100kg的重物,求升降机运动的加速度.若在以2.5m/s2的加速度加速下降的升降机中,此运动员能举起质量多大的重物?
(g取10m/s2)
【练习】
1.如图9所示,是电梯上升的v~t图线,若电梯的质量为100kg,则承受电梯的钢绳受到的拉力在0~2s之间、2~6s之间、6~9s之间分别为多大?
(g取10m/s2)
图9
2.如图10所示,在一升降机中,物体A置于斜面上,当升降机处于静止状态时,物体A恰好静止不动,若升降机以加速度g竖直向下做匀加速运动时,以下关于物体受力的说法中正确的是()
图10
A.物体仍然相对斜面静止,物体所受的各个力均不变
B.因物体处于失重状态,所以物体不受任何力作用
C.因物体处于失重状态,所以物体所受重力变为零,其它力不变
D.物体处于失重状态,物体除了受到的重力不变以外,不受其它力的作用
3.如图11所示,滑轮的质量不计,已知三个物体的质量关系是:
m1=m2+m3,这时弹簧秤的读数为T.若把物体m2从右边移到左边