课时42高中物理教案 8页

[课时42]第7节牛顿第二定律的应用(二)适用年级高一所需课时2课时作者姓名单位联系电话电子邮箱（介绍本课时内容在本章中的作用，主要学习内容，具体细化的三维学习目标，重点、难点，学习本节学生的优势和不足，主要学习活动和预期学生表现性成果。）教材分析本节课教材上设计了两个大问题，1.共点力的平衡条件，2.超重和失重，每个问题都给出了相关定义和一个配套例题，要能灵活应用第一个问题，还需要设计相关练习，第二个问题理解起来有难度，需要设计贴近生活易于理解的实验，帮助学生理解。本课时学习概述本节课将采用实例分析法、归纳推理法、类比推进法和讲练结合法，通过例题变式总结受力分析的方法，让学生能够正确快速的对研究对象进行受力分析。通过例题变式培养学生多角度、全方位的思维品质，达到举一反三，触类旁通。让学生逐步习惯于审题先作定性和半定量分析，弄清问题的物理情景后再动笔，并养成画情景图的良好习惯。最大限度调动学生积极参与教学活动，充分体现“教为主导，学为主体”的教学原则。三维目标(一)知识与技能1.理解共点力作用下物体平衡状态的概念，能推导出共点力作用下物体的平衡条件。2.会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题。3.通过实验认识超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质。4.进一步熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤。(二)过程与方法1.培养学生处理多共点力平衡问题时一题多解的能力。2.引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质。(三)情感态度与价值观1.渗透"学以致用"的思想，有将物理知识应用于生产和生活实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理问题。2.培养学生联系实际，实事求是的科学态度和科学精神。教学重点1.共点力作用下物体的平衡条件及应用。2.发生超重、失重现象的条件及本质。教学难点1.共点力平衡条件的应用。2.超重、失重现象的实质。课时问题设计1.什么叫力的平衡？什么叫共点力作用下物体的平衡？共点力平衡的条件是什么？2什么是超重、失重现象？产生超重、失重现象的条件和实质是什么？所需教学资源（列出学习过程中所需的各种支持资源。）\n信息化资源高考资源网、百度文库常规资源导学案、多媒体展台等教学支持环境具备投影功能的多媒体教室教学过程一、引入新课大家都看过奥运比赛中的举重运动。他们满脸通红，青筋暴起，然后将杠铃从举重台上举至两臂，在头上完全伸直。但是，大家有没有注意到一个细节，也就是运动员在完成将杠铃举起的整个过程后，有的运动员成绩有效，有的却无效。这是为什么？那么裁判员判定举重运动员成绩有效的依据是什么？学生：保持静止几秒钟，裁判员才能判定其成绩有效。教师：好的，然后我就产生了一个疑问，为什么要这样去判定成绩是否有效呢？依据是什么？这与本课要上的力的平衡的问题有关。师：今天我们继续来学习用牛顿定律解决问题。首先请同学们回忆一个概念：平衡状态,什么叫做平衡状态?生：如果一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。师：物体处于平衡状态时它的受力特点是什么？生：因为牛顿定律是力与运动状态相联系的桥梁，所以根据牛顿第二定律知当合外力为0时，物体的加速度为0，物体将静止或匀速直线运动。师：当一个物体受几个力作用时，如何求解合力？生：根据平行四边形定则将力进行分解合成。师：力的分解、合成有注意点吗？或力的分解、合成有适用范围吗？学生会思考一会儿，但肯定会找到答案生：力的分解、合成只适用于共点力。师：那什么是共点力？生：如果几个力有共同的作用点或它们的延长线交于一点，那这几个力叫做共点力。师：回答得很好，其实在我们刚才的讨论中有一点我要给大家指出来的就是：物体处于平衡状态时分为两类一类是共点力作用下物体的平衡；一类是有固定转动轴的物体的平衡。在整个高中阶段，我们主要研究共点力作用下物体的运动状态。今天我们先来研究共点力作用下物体的平衡条件。二、共点力作用下物体的平衡条件【定义】：在共点力作用下物体的平衡条件是合力为0。师：同学们能列举生活中物体处于平衡状态的实例吗？生：很多。如桌上的书、吊着的电灯、做匀速直线运动的汽车等师：竖直上抛运动的物体到达最高点的瞬间是否处于平衡状态？\n生：不是！因为物体在最高点虽然速度为0，但仍受到重力，加速度仍为g，物体不能保持静止或匀速直线运动。师：回答得很好！平衡状态是指物体保持静止或匀速直线运动，并不说若指某一时刻静止，那这一时刻就是平衡状态。平衡状态是一个持续的过程。或平衡状态是指加速度为0的状态。【例1】用一根很轻的不可伸长的细线将小钢球悬挂于铁架台上，并保持静止。我们一起来画一下小球的受力示意图。师：这一对是共点力吗？生：是师：这两个力的大小、方向有什么关系？生：大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。师：这两个力的合力是多少？生：合力为零。板书：二、共点力的平衡条件1、二力平衡F合=0到此，我们所用的都是初中知识，现在我在这小球上施加一个水平向左的力。使之再次静止。师：现在小球处于平衡状态吗？生：是。师：那么小球所受的合力应该是多少？生：零。板书：2、三力平衡这三个力的合力为零。大家看图，关于这三个力之间的关系，我们还能从中得到些什么结论？任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。那么我们以此类推，如果物体受到的是4个力或5个力的作用，物体的平衡条件应该还是合力为零。板书：共点力平衡的条件：作用在物体上各力的合力为零，即：F合=0实验表明：三力平衡条件：合力为零。分解力用合成或者正交分解。不涉及三个以上力的分解。我们之前所讲的力的合成和分解其实都是在为这节课做铺垫师生互动：1．下列各组的三个点力，可能平衡的有[BD]A．3N，4N，8NB．3N，5N，7NC．1N，2N，4ND．7N，6N，13N\n2．一个物体在共点的五个恒力作用下保持静止状态，则下列说法中错误的是[C]A．这五个力的合力必为零B．其中任何一个力必和其他四个力的合力大小相等，方向相反C．若撤去其中一个力，物体将做匀速直线运动D．若撤去其中一个力，物体将沿此力方向的反方向上做匀加速直线运动三、超重与失重（一）、导入语最近，嫦娥已奔月了，自此，我国已成为第三个奔月的国家。自从人造地球卫星和宇宙飞船发射成功以来，人们经常谈到超重和失重。那么，什么是超重和失重呢。播放一段视频增加学生的感性认识（二）、超重现象　[例题1]升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升，站在升降机里的人的质量是50kg，人对升降机地板的压力是多大？如果人站在升降机里的测力计上，测力计的示数是多大？aFmg[分析]人和升降机以共同的加速度上升，因而人的加速度是已知的，运用隔离法,以人作为研究对象进行受力分析V人在升降机中受到两个力：重力G和地板的支持力F，升降机地板对人的支持力和人对升降机地板的压力是一对作用力和反作用力，据牛顿第三定律，只要求出前者就可以知道后者。取竖直向上为正方向，则F支，a均取正值，G取负值，依牛顿第二定律得：F支－G＝ma则：F支＝G＋ma代入数值得F支＝515N，所以，F压＝F支＝515N。问：如果升降机是静止的或做匀速直线运动，人对升降机地板的压力又是多大？F压＝F支＝mg＝500N比较上述两种情况，可以发现当升降级机加速上升时，人对升降机地板的压力大于人的重力。　　　　　aFmg[例题2]一个质量是40kg的物体，随升降机一起以2m/s2的加速度竖直减速下降，求物体对升降机地板的压力大小，是大于重力还是小于重力？学生分析得到：此时人对升降机地板的压力F＝480N，也超过人的重力400N，即产生了超重。V超重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象称为超重现象。超重的动力学特征：支持面(或悬线)对物体的(向上)作用力大于物体所受的重力。超重的运动学特征：物体加速度向上,它包括可能的两种运动情况:向上加速运动或向下减速运动。[注意]\n产生超重现象时，物体的重力并没有改变，只是对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力增大。（三）、失重现象(类比法可以得到)1、当物体有向下的加速度时，（包括匀减速上升，匀加速下降），F压或F拉小于G，产生失重现象。2、当物体有向下的加速度且a＝g时，F压＝0或F拉＝0，产生完全失重现象。失重现象：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象称为失重现象。失重的动力学特征：支持面(或悬线)对物体的(向上)作用力小于物体所受的重力。失重的运动学特征：　物体加速度向下,它包括可能的两种运动情况:向下加速运动或向上减速运动。注意：产生失重和完全失重时，物体的重力并没有改变，只是对水平支持物的压力或对悬挂物的拉力小于物体的重力。师：虽然从理论上我们推导出了应该有这样的现象，但我估计大家在日常生活中都没有注意到这些现象，可能都有点怀疑。那你们有坐过电梯的经验吗？电梯启动上升时，你会心慌也会充分体会到"脚踏实地"的感觉，电梯停止上升时，你会头晕，同时有种"飘飘然"的感觉，这就是超重失重引起的。还有坐汽车时，汽车速度很快上桥并从桥顶下桥，大家会突然觉得心突然变得空空的，很难受，那是失重造成的。大家可以看实验视频观察实验视频[实验验证]师：其实大家完全可以利用身边的器材来验证。【实验1】用弹簧秤挂上钩码，然后迅速上提和迅速下放。现象：在钩码被迅速上提的一瞬间，弹簧秤读数突然变大；在钩码被迅速下放的一瞬间，弹簧秤读数突然变小。师：迅速上提时弹簧秤示数变大是超重还是失重？迅速下放时弹簧秤示数变小是超重还是失重？生：迅速上提超重，迅速下放失重。体会为何用弹簧秤测物体重力时要保证在竖直方向且保持静止或匀速师：刚上课时我们看到的视频里人类在太空中就处于完全失重状态。【实验2】一个盛满水的瓶子底部有一小孔，静止在手中时，水会喷射而出；如果突然松手，让瓶子自由下落时，让学生观察瓶子在下落过程中发生的现象？为什么？生：瓶子和水一起下落时，每一部分水和瓶子它们做的都是自由落体运动，运动情况完全一样，所以它们之间没有挤压力，均处于完全失重状态。没有了挤压力，水中了就不存在压强了，所以上面的水也不会把下面的水往外压了。也可以用反证法说明它们之间没有压力。观看视频强化训练\n1、人随电梯能以加速度a(a>g)匀加速下降吗？不可能，最大只能是g2、如瓶竖直向上抛出，水会喷出吗？为什么？不会，仍然完全失重3、发生超重和失重现象时，物体实际受的重力是否发生了变化？没有变有！4.在一个封闭装置中，用弹簧秤称一物体的重量，根据读数与实际重力之间的关系，以下说法中正确的是（C）A．读数偏大，表明装置加速上升B．读数偏小，表明装置减速下降C．读数为零，表明装置运动加速度等于重力加速度，但无法判断是向上还是向下运动D．读数准确，表明装置匀速上升或下降5．某航天器由近地轨道返回地面，其运动过程为先加速，后速度逐渐变小，最后匀速降落。在这一过程中航夭器的运行加速度均小于地面的重力加速度g，且忽略由于高度引起的重力加速度的变化，那么机舱对质量为m的物体的支持力（  A   ）A．先小于mg，后大于mg，最后等于mgB．先大于mg，后小于mg，最后等于mgC．总是小于mg      D．总是大于mg五、从动力学看自由落体运动自由落体运动是加速度的大小和方向都不变的匀变速直线运动。加速度之所以恒定不变四、归纳总结加速度情况现象视重（F）视重（F）与重力（mg）比较a=0静止或匀速直线运动F=mgF=mga竖直向上超重F=m（g+a）F＞mga竖直向下失重F=m（g-a）F＜mga=g竖直向下完全失重F=0F＜mg【牢记】：1、超重和失重是一种物理现象。2、物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重还是失重状态，重力不变。3、规律：物体具有竖直向上的加速度超重状态物体具有竖直向下的加速度失重状态不论超重还是失重都由加速度方向决定，与速度方向无关观看视频，激发兴趣，加强感官印象效果评估：1．一物体挂在弹簧秤下端的挂钩上，弹簧秤上端的小环固定在电梯的天花板上，\n在下列哪种情况下弹簧秤的读数最小（  ）A．电梯匀加速上升．且a＝g/3      B。电梯匀减速上升，且a＝g/2C．电梯匀加速下降，且a＝g/3      D。电梯匀减速下降，且a＝g/22．2003年10月16日我国载人航天第一次实验成功。“神州五号”火箭把宇宙飞船送入太空运行21小时成功返回地面，使杨利伟成为第一个邀游太空的中国人。他在飞船上记录、拍照、通话等活动所用的物品（如钢笔）可以放在空中任何位置而不动，对于以上的物体说法正确的是（ ）A．物体失去了重力        B．物体处于完全失重状态C．物体失去了惯性         D．以上说法都不对3．一根竖直悬挂的绳子所能承受的最大拉力为F，有一个体重为G的运动员要沿这根绳子从高处竖直滑下。若G＞F，要使下滑时绳子不断，则运动员应该（   ）A．以较大的加速度加速下滑       B．以较大的速度匀速下滑C．以较小的速度匀速下滑         D．以较小的加速度减速下滑4．质量为m的木块沿倾角为θ的斜面匀速下滑，如图1所示，那么斜面对物体的作用力方向是（）A．沿斜面向上B．垂直于斜面向上C．沿斜面向下D．竖直向上5．如图2所示，人站在岸上通过定滑轮用绳牵引小船，若水的阻力恒定不变，则在船匀速靠岸的过程中（）A．绳的拉力不断增大B．绳的拉力保持不变C．船受到的浮力不变D．船受到的浮力减小6．如图所示，在光滑竖直墙上，用轻绳悬挂一个重球，这时墙对重球的弹力为N，轻绳对球的拉力为T。若其它条件不变，使轻绳加长悬挂重球，则（）A．N、T都减小B．N、T都增大C．N、T的合力将减小D．N、T的合力将变大7、某人站在一静止的台秤上，当他猛地下蹲的过程中，若不考虑台秤的惯性，则台秤的示数（    ）a．先变大后变小，最后等于他的重力       b．变大，最后等于他的重力c．先变小，后变大，最后等于他的重力     d．变小，最后等于他的重力8、某人在地面上最多能举起60kg的物体，而在一个加速下降的电梯里最多能举起80kg的物体。求：（g取10）（1）此电梯的加速度多大？（2）若电梯以此加速度上升，则此人在电梯里最多能举起物体的质量是多少？答案：1、B2、B3、A4、D5、AD6、A7、【解析】解决这类问题首先要判断物体的运动状态，然后根据运动状态的变化确定物体加速度的方向，最后判断物体是处于超重还是失重。人下蹲的过程经历了从静止、加速向下、减速向下和静止三个过程，显然在这三个过程中，人的加速度方向是：向下、向上、为零。可见，人从静止到最大下蹲速度的过程中处于失重状态，台秤的示数将变小；从最大的下蹲速度到静止，人处于超重状态，台秤的示数将变大；最后人处于静止状态，台秤的示数等于人的重力。【答案】c\n评注：判断物体处于超重还是失重状态，应当看加速度的方向。加速度向上时一定处于超重状态，加速度向下时一定处于失重状态。物体的超重和失重与其速度的方向和大小无关。8、【解析】人能够产生的举力f是恒定的，由题意可知f＝600n（1）由牛顿第二定律得所以＝（10一600/80）＝2.5（2）在加速上升的电梯里，举力仍不变，则有f一m3g＝m3am3＝f/(a＋g)＝600/(10＋2.5)kg＝48kg评注：常见的有关超重、失重方面的问题，都是物体质量不变，重力不变，物体受到的支持力或拉力改变，而这道题是人的举力不变，质量改变，即研究对象发生了改变，若忽略这点，就很容易导致错解。【教学评价】1.成功之处：所选题目涵盖知识点全面，对于考查学生对知识点的掌握情况具有很好的针对性，同时也锻炼了学生的审题能力和严谨态度。对于本节课的重点和难点部分起到了很好的强化训练作用，使学生更加明确本节课的重难点，以便及时得做好相应的补救措施。2.遗憾之处：一方面学生的审题能力没有得到很好的锻炼，大部分同学被题目的陷阱所诱惑，学生仅为了做题而做题，对知识点的考查没有发现问题的本质；另一方面题目涉及的陷阱过多，对试题的难易程度把握欠佳，严重打击了学生的学习自信心。