5. 牛顿运动定律的应用教学内容分析

用牛顿运动定律解决问题（一）教案

1.教材分析

主要学***类问题：1已知物体的受力情况，求物体的运动情况，2已知物体的运动情况，求物体的受力情况。掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。本节内容是对本章知识的提升，又是后面知识点学习的基础。

2.教学目标

1.

2.

3.

4.

5.

知道应用牛顿运动定律解决的两类主要问题。

掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。

能结合物体的运动情况对物体的受力情况进行分析。

能根据物体的受力情况推导物体的运动情况。

会用牛顿运动定律和运动学公式解决简单的力学问题。

3.教学重点

1.

已知物体的受力情况，求物体的运动情况。

2.

已知物体的运动情况，求物体的受力情况。

4.教学难点

1.

物体的受力分析及运动状态分析和重要的解题方法的灵活选择和运用。

2.

正交分解法。

5.学情分析

我们的学生属于平行分班，没有实验班，学生已有的知识和实验水平有差距。有些学生对于受力分析及运动情况有一定的基础，但是两者结合起来综合的应用有些困难，需要详细的讲解。

6.教学方法

1．学案导学：见后面的学案。

2．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习

7.课前准备

1．学生的学习准备：预习课本相关章节，初步把握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。

2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。

- 1 -

课时安排：2课时

8.教学过程

(一)预习检查、总结疑惑

检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）情景导入、展示目标

[学生活动]同学们先思考例题一、例题二，简单的写出解题过程。

[提问]上述两个例题在解题的方法上有什么相同之处？有什么不同之处？在第二个例题中为什么要建立坐标系？在运动学中，我们通常是以初速度的方向为坐标轴的正方向；在解决静力学的问题时，通常使尽量多的力在坐标轴上，在利用牛顿运动定律解决问题时要建立坐标系与上述的情况相比，有什么不同吗？

设计意图：步步导入，吸引学生的注意力，明确学习目标。

（三）合作探究、精讲点拨

[教师讲解]大家可以看到上述两个例题解题过程中都用到牛顿第二定律，但是例题一是已知物体的受力情况，求物体的运动情况的问题，而例题二是已知物体的运动情况求物体的受力情况的问题。所以我们发现，牛顿运动定律可以解决两方面的问题，即从受力情况可以预见物体的运动情况和从运动情况可以判断物体的受力情况。下面我们来分析两种问题的解法。

从受力确定运动情况

例题一

基本思路：（1）确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图；

（2）根据力的合成与分解的方法，求出物体所受的合外力（包括大小和方向）；

（3）根据牛顿第二定律列方程，求出物体的加速度；

（4）结合给定的物体的运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需的运动参量。

强调：（1）速度的方向与加速度的方向要注意区分；

（2）题目中的力是合力还是分力要加以区分。

对应练习1答案：解析

设汽车刹车后滑动的加速度大小为a，由牛顿第二定律可得

μmg=ma，a=μg。

由匀变速直线运动速度—位移关系式v02=2ax，可得汽车刹车前的速度为

v02ax2gx20.71014m/s=14m/s。

正确选项为C。

点评

本题以交通事故的分析为背景，属于从受力情况确定物体的运动状态的问题。求解此类问题可先由牛顿第二定律求出加速度a，再由匀变速直线运动公式求出相关的运动学量。

从运动情况确定受力

例题二

基本思路：（1）确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图；

（2）选择合适的运动学公式，求出物体的加速度；

（3）根据牛顿第二定律列方程，求出物体的所受的合外力；

（4）根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力。

对应练习

2 答案：解析

将运动员看作质量为m的质点，从h1高处下落，刚接触网时速度的大小为

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v1；

2gh1（向下）

弹跳后到达的高度为h2，刚离网时速度的大小为

v2。

2gh2（向上）速度的改变量

Δv＝v1＋v2（向上）。

以a表示加速度，Δ t表示运动员与网接触的时间，则

Δv＝a Δ t。

接触过程中运动员受到向上的弹力F和向下的重力mg，由牛顿第二定律得

F－mg＝ma。

由以上各式解得

Fmgm2gh12gh2t，

代入数值得

F＝1.5×103Ｎ。

点评

本题为从运动状态确定物体的受力情况的问题。求解此类问题可先由匀变速直线运动公式求出加速度a，再由牛顿第二定律求出相关的力。本题与小球落至地面再弹起的传统题属于同一物理模型，但将情景放在蹦床运动中，增加了问题的实践性和趣味性。题中将网对运动员的作用力当作恒力处理，从而可用牛顿第二定律结合匀变速运动公式求解。实际情况作用力应是变力，则求得的是接触时间内网对运动员的平均作用力。

小结

牛顿运动定律F＝ma，实际上是揭示了力、加速度和质量三个不同物理量之间的关系，要列出牛顿定律的方程，就应将方程两边的物理量具体化，方程左边是物体受到的合力，这个力是谁受的，方程告诉我们是质量m的物体受的力，所以今后的工作是对质量m的物体进行受力分析。首先要确定研究对象；那么，这个合力是由哪些力合成而来的？必须对物体进行受力分析，求合力的方法，可以利用平行四边形定则或正交分解法。方程右边是物体的质量m和加速度a的乘积，要确定物体的加速度，就必须对物体运动状态进行分析，由此可见，解题的方法应从定律本身的表述中去寻找。

在运动学中，我们通常是以初速度的方向为坐标轴的正方向；在解决静力学的问题时，通常使尽量多的力在坐标轴上，在利用牛顿运动定律解决问题时，往往需要利用正交分解法建立坐标系，列出牛顿运动定律方程求解，一般情况坐标轴的正方向与加速度方向一致。

[课堂练习]见学案

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t=t1+t2=2s+9s=11s。

点评

物体受力情况发生变化，运动情况也将发生变化。此题隐含了两个运动过程，如不仔细审题，分析运动过程，将出现把物体的运动当作匀速运动（没有注意到物体从静止开始放到传送带上），或把物体的运动始终当作匀加速运动。

2.解析

(1) 设小球所受风力为F，则

F=0.5mg。

当杆水平固定时，小球做匀速运动，则所受摩擦力Ff与风力F等大反向，即

Ff=F。

又因

Ff=μFN=μmg，

以上三式联立解得小球与杆间的动摩擦因数μ=0.5。

(2) 当杆与水平方向成θ=370角时，小球从静止开始沿杆加速下滑。设下滑距离s所用时间为t，小球受重力mg、风力F、杆的支持力FN’和摩擦力Ff’作用，由牛顿第二定律

点评：本题是牛顿运动定律在科学实验中应用的一个实例，求解时先由水平面上小球做匀速运动时的二力平衡求出动摩擦因数，再分析小球在杆与水平面成370角时的受力情况，根据牛顿第二定律列出方程，求得加速度，再由运动学方程求解。这是一道由运动求力，再由力求运动的典型例题。

（四）反思总结，当堂检测

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教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。

设计意图：引导学生构建知识网络并对所学内容进行简单的反馈纠正。（课堂实录）

（五）发导学案、布置预习

我们已经学习了牛顿运动定律应用（一），那么在下一节课我们一起来学习牛顿运动定律应用（二）。这节课后大家可以先预习这一部分，重点是掌握解决这类问题的方法。并完成本节的课后练习及课后延伸拓展作业。

设计意图：布置下节课的预习作业，并对本节课巩固提高。教师课后及时批阅本节的延伸拓展训练。

9.板书设计

一、两类问题

已知物体的受力情况求物体的运动情况的问题

已知物体的运动情况求物体的受力情况的问题

二、解题思路：

①

确定研究对象；

②

分析研究对象的受力情况，必要时画受力示意图；

③

分析研究对象的运动情况，必要时画运动过程简图；

④

利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度；

⑤

利用运动学公式或牛顿第二定律进一步求解要求的物理量。

10.教学反思

牛顿运动定律F＝ma，实际上是揭示了力、加速度和质量三个不同物理量之间的关系，要列出牛顿定律的方程，就应将方程两边的物理量具体化，方程左边是物体受到的合力，这个力是谁受的，方程告诉我们是质量m的物体受的力，所以今后的工作是对质量m的物体进行受力分析。首先要确定研究对象；那么，这个合力是由哪些力合成而来的？必须对物体进行受力分析，求合力的方法，可以利用平行四边形定则或正交分解法。方程右边是物体的质量m和加速度a的乘积，要确定物体的加速度，就必须对物体运动状态进行分析，由此可见，解题的方法应从定律本身的表述中去寻找。

在运动学中，我们通常是以初速度的方向为坐标轴的正方向；在解决静力学的问题时，通常使尽量多的力在坐标轴上，在利用牛顿运动定律解决问题时，往往需要利用正交分解法建立坐标系，列出牛顿运动定律方程求解，一般情况坐标轴的正方向与加速度方向一致。

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