【連載】物理：人教版-高中-必修1-用牛頓運動定律解決問題(二) 教學設計 教案

[新課導入]

    師：上一節(jié)課中我們學習了用牛頓運動定律解決問題的兩種方法，根據(jù)物體的受力情況確定物體的運動情況和根據(jù)物體運動情況求解受力情況．這一節(jié)我們繼續(xù)學習用牛頓運動定律解題．

    師：我們常見的物體的運動狀態(tài)有哪些種類?

    生：我們常見的運動有變速運動和勻速運動，最常見的是物體靜止的情況．

    師：如果物體受力平衡，那么物體的運動情況如何?

    生：如果物體受力平衡的話，物體將做勻速直線運動或靜止，這要看物體的初速度情況．

[新課教學]

    一、共點力的平衡條件

    師：那么共點力作用下物體的平衡條件是什么?

    生：因為物體處于平衡狀態(tài)時速度保持不變，所以加速度為零，根據(jù)牛頓第二定律得：物體所受合力為零．

    師：同學們列舉生活中物體處于平衡狀態(tài)的實例．

    生1：懸掛在天花板上的吊燈，停止在路邊的汽車，放在地面上的講桌以及放在講桌上的黑板擦等等．

    生2：豎直上拋運動的物體到達最高點的瞬間．

    師：大家討論一下豎直上拋的物體到達最高點的瞬間是否處于平衡狀態(tài)，

    學生討論，回答提問

    生1：豎直上拋的最高點物體應該處于平衡狀態(tài)，因為此時物體速度為零．

    生2：我不同意剛才那位同學的說法，物體處于平衡狀態(tài)指的是物體受合力為零的狀態(tài)，并不是物體運動速度為零的位置．處于豎直上拋最高點的物體只是在瞬間速度為零，它的速度立刻就會發(fā)生改變，所以不能認為處于平衡狀態(tài)．

    師：剛才的同學分析得非常好，大家一定要區(qū)分到底是速度為零還是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài)，經(jīng)過討論分析我們知道應該是合外力為零時物體處于平衡狀態(tài)．為了加深同學們對這個問題的理解，我們通過一個例子來進一步探究物體的平衡是怎樣進行研究的，

    多媒體投影課本中的例題、三角形的懸掛結構及其理想化模型

    師：輕質(zhì)細繩中的受力特點是什么?

    生：輕質(zhì)細繩中的受力特點是兩端受力大小相等，內(nèi)部張力處處相等．

    師：節(jié)點O的受力特點是什么?

    生：節(jié)點O的受力特點是一理想化模型，所受合外力為零．

    師：我們分析的依據(jù)是什么?

生：上面的分析借助牛頓第二定律進行，是牛頓第二定律中合力等于零的特殊情況．

師：同學們把具體的解答過程寫出來．

    投影學生的解答過程

    解答：如圖4—7—1所示,F1、F2、F3三個力的合力為零，表示這三個力在x方向的分矢量之和及y軸方向的分矢量之和也都為零，也 就是：

F2一Flcos?＝0

師：在這個同學解題的過程中，他采用的是什么方法?

生：正交分解法：將其中任意一個力沿其余兩個力的作用線進行分解，其分力必然與其余兩個力大小相等．

師：除了這種方法之外，還有沒有其他的方法?

生1：可以用力的合成法，任意兩個力的合力與第三個力大小相等，方向相反．

生2：也可以用三角形法，將其中任意兩個力進行平移，使三個力首尾依次連接起來，應構成一閉合三角形．

師：總結：處理多個力平衡的方法有很多，其中最常見的就是剛才幾位同學分析的這三種方法，即正交分解法、力的合成法和三角形定則．這幾種方法到底采用哪一種方法進行分析就要看具體的題目，在實際操作的過程中大家可以靈活掌握．

二、超重和失重   

(學生實驗)

一位同學甲站在體重計上靜止，另一位同學說出體重計的示數(shù)．注意觀察接下來的實驗現(xiàn)象．

學生活動：觀察實驗現(xiàn)象，分析原因

師：甲突然下蹲時，體重計的示數(shù)是否變化?怎樣變化?

生：體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變小了．

師：甲突然站起時，體重計的示數(shù)是否變化?怎樣變化?

生：體重計的示數(shù)發(fā)生了變化，示數(shù)變大．

師：當人下蹲和突然站起的過程中人受到的重力并沒有發(fā)生變化，為什么體重計的示數(shù)發(fā)生了變化呢?

生：這是因為當人靜止在體重計上時，人處于受力平衡狀態(tài)，重力和體重計對人的支持力相等，而實際上體重計測量的是人對體重計的壓力，在這種靜止的情況下，壓力的大小是等于重力的．而當人在體重計上下蹲或突然站起的過程中，運動狀態(tài)發(fā)生了變化，也就是說產(chǎn)生了加速度，此時人受力不再平衡，壓力的大小不再等于重力，所以體重計的示數(shù)發(fā)生了變化．

這位同學分析得非常好，我們把物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦凶鑫矬w的視重，當物體運動狀態(tài)發(fā)生變化時，視重就不再等于物體的重力，而是比重力大或小．大家再看這樣一個問題：

多媒體投影例題：人站在電梯中，人的質(zhì)量為m．如果當電梯以加速度。加速上升時，人對地板的壓力為多大?

學生思考解答

生1：選取人作為研究對象，分析人的受力情況：人受到兩個力的作用，分別是人的重力和電梯地板對人的支持力．由于地板對人的支持力與人對地板的壓力是一對作用力與反作用力，根據(jù)牛頓第三定律，只要求出地板對人的支持力就可以求出人對地板的壓力．

生2：取向上為正方向，根據(jù)牛頓第二定律寫出支持力F、重力G、質(zhì)量m、加速度a的方程F—G=ma，由此可得：F＝G+ma＝m(g+a)人對地板的壓力F與地板對人的支持力大小相等，即F’＝m(g+a)由于m(g+a)>mg，所以當電梯加速上升時，人對地板的壓力比人的重力大．

師：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體受到的重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象．物體處于超重現(xiàn)象時物體的加速度方向如何呢?

生：物體的加速度方向向上．

師：當物體的加速度方向向上時，物體的運動狀態(tài)是怎樣的?

生：應該是加速上升．

師：大家看這樣一個問題：

投影展示：人以加速度a減速下降，這時人對地板的壓力又是多大?

學生討論回答

生1：此時人對地板的壓力也是大于重力的，壓力大小是：F＝m(g+a)．

生2：加速度向上時物體的運動狀態(tài)分為兩種情況，即加速向上運動或減速向下．

師：大家再看這樣幾個問題：

(投影展示)

1．人以加速度A加速向下運動，這時人對地板的壓力多大?

2．人隨電梯以加速度。減速上升，人對地板的壓力為多大?

3．人隨電梯向下的加速度a＝g，這時人對地板的壓力又是多大?

師：這幾種情況物體對地板的壓力與物體的重力相比較哪一個大?

生：應該是物體的重力大于物體對地板的壓力．

師：結合超重的定義方法，這一種現(xiàn)象應該稱為什么現(xiàn)象?

生：應該稱為失重現(xiàn)象．當物體對支持物的壓力和對懸掛物的拉力小于物體重力的現(xiàn)象稱為失重．

師：第三種情況中人對地板的壓力大小是多少?

生：應該是零．

師：我們把這種現(xiàn)象叫做完全失重，完全失重狀態(tài)下物體的加速度等于重力加速度g．

師：發(fā)生超重和失重現(xiàn)象時，物體實際受的重力是否發(fā)生了變化?

生：沒有發(fā)生變化，只是物體的視重發(fā)生了變化．

師：為了加深同學們對完全失重的理解，我們看下面一下實驗，仔細觀察實驗現(xiàn)象．

課堂演示實驗：取一裝滿水的塑料瓶，在靠近底部的側(cè)面打一小孔，讓其做自由落體運動．

生：觀察到的現(xiàn)象是水并不從小孔中噴出，原因是水受到的重力完全用來提供水做自由落體運動的加速度了．

師：現(xiàn)在大家就可以解釋人站在臺秤上，突然下蹲和站起時出現(xiàn)的現(xiàn)象了．

[課堂訓練]

1．某人站在臺秤的底板上，當他向下蹲的過程中…………………………(    )

A.由于臺秤的示數(shù)等于人的重力，此人向下蹲的過程中他的重力不變，所以臺秤的示數(shù)也不變

B．此人向下蹲的過程中，臺秤底板既受到人的重力，又受到人向下蹲的力，所以臺秤的示數(shù)將增大

C.臺秤的示數(shù)先增大后減小  

D.臺秤的示數(shù)先減小后增大

答案：D

2．如圖4—7，4所示，A為電磁鐵，C為膠木秤盤，A和C(包括支架)的總質(zhì)量為M，B為鐵片，質(zhì)量為m，整個裝置用輕繩懸掛于O點．當電磁鐵通電，鐵片被吸引上升的過程中，輕繩上拉力F的大小為(    )

    A．F：mg    B.Mg<F<(M+m)g

    C．F：(M+m)g    D．F>(M+m)g

    答案：D

3．在一個封閉裝置中，用彈簧秤稱一物體的重力，根據(jù)讀數(shù)與實際重力之間的關系，以下說法中正確的是……………………………………………………(    )

A.讀數(shù)偏大，表明裝置加速上升

B．讀數(shù)偏小，表明裝置減速下降

C.讀數(shù)為零，表明裝置運動加速度等于重力加速度，但無法判斷是向上還是向下運動

D．讀數(shù)準確，表明裝置勻速上升或下降

答案：C