5. 牛顿运动定律的应用教案教学设计

牛顿定律的应用之一

河科大附中 杨延锋

[教材分析] 《用牛顿运动定律解决问题（一）》是人教版高中物理必修一第4章第6节教学内容，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。

[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。在前面力的合成与分解、运动学学习的基础上，学生对一些基本问题已有了初步的了解，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。

[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

[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。

［教学目标］ 一、知识目标 1.进一步学习分析物体的受力情况，能结合物体的运动情况进行分析。

2.掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法，学会用牛顿运动定律和运动学公式解决力学问题。

1

二、能力目标 培养学生的审题能力、分析综合能力和运用数学工具的能力．

三、德育目标

使学生认识到牛顿定律应用领域的广泛性，体会牛顿定律的伟大性

［教学重点］牛顿运动定律与运动学公式的综合运用

［教学难点］物体受力和运动状态的分析，处理实际问题时物理情景的建立。

［课时安排］1课时

［教学方法］：探究、讲授、讨论、练习

［教学过程］

复习：牛顿第二定律的内容以及公式。

一、引入新课

师：我国科技工作者能准确地预测火箭的变轨、卫星的着地点，他们靠的是什么? 生（引导）：牛顿运动定律中力和运动的关系．

师：利用我们已有的知识是否也能研究这一类问题? 生（引导）：不能，因为这样一类问题太复杂了，应该是科学家的工作．

师：一切复杂的问题都是由简单的问题组成的，现在我们还不能研究如此复杂的运动，但是我们现在研究问题的方法将会对以后的工作有很大的帮助．我们现在就从类似的较为简单的问题人手，看一下这一类问题的研究方法．

二、新课教学

1．已知受力情况求解运动情况

例题1：一个静止在水平面上的物体，质量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平面向右运动，物体与水平地面间的滑动摩擦力为4.2N。求物体4s末的速度和4s内发生的位移。

(1)审题分析 引导学生回答：

这个题目是根据已知的受力情况来求物体的运动情况．

前4秒内运动情况：物体由静止在恒力作用下做匀加速直线运动. 2

t=4.0s时物体的受力情况：F=6.4N，f=4.2N，G=20N，F支=20N. 初始条件：v0=0；研究对象：m=2.0kg．

求解4秒末的速度vt和X．

(2)解题思路

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。

(3)解题过程：

(4)引申：这一类题目是运用已知的力学规律，作出明确的预见．它是物理学和技术上进行正确分析和设计的基础，如发射人造地球卫星进入预定轨道，带电粒子在电场中加速后获得速度等都属这一类题目．

小结：

处理这类问题的基本思路是：先分析物体受力情况求合力，据牛顿第二定律求加速度，再用运动学公式求所求量(运动学量)。

练习1. 如图所示：一个滑雪人，质量m=50kg，从静止开始沿倾角θ=37°的斜坡自由滑下，若已知滑雪板与雪面动摩擦数为0.05，经过5秒后下滑路程多少？此时速度又是多少？（不计空气阻力）

点评：

本题以常见的滑雪运动为背景，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。

2．已知运动情况求解受力情况

例题2.一个滑雪的人，质量m=75kg，以v0=2m/s的初速度沿山坡匀加速地滑下，山坡的倾角θ=30o，在t=5s的时间内滑下的路程s=60m，求滑雪人受到的阻力(包括滑动摩擦力和空气阻力)。

3

(1)审题分析 引导学生回答： 这个题目是根据运动情况求解汽车所受的阻力．

研究对象：滑雪人m=75kg；运动情况：匀加速运动vO=2m/s，t=5s，s=60m；初始条件：v0=2m/s.求阻力f．

(2)解题思路

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。

由运动情况和初始条件，

根据运动学公式可求出加速度； 再根据牛顿第二定律求出滑雪人的合外力， 最后由受力分析可知合外力即阻力．

(3)解题过程

(4)引申：这一类题目除了包括求出人们熟知的力的大小和方向，还包括探索性运用，即根据观测到的运动去认识人们还不知道的物体间的相互作用的特点．牛顿发现万有引力定律、卢瑟福发现原子内部有个原子核都属于这类探索．

小结：

处理这类问题的基本思路是：先分析物体的运动情况，据运动学公式求加速度，再在分析物体受力情况的基础上，用牛顿第二定律列方程求所求量(力)。

练习2 .质量为40kg的物体静止在水平面上, 当在400N的水平拉力作用下由静止开始经过16m时, 速度为16 m/s, 求物体受到的阻力是多少? 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。

三、小结(引导学生总结) 1、确定研究对象；

2、分析研究对象的受力情况；

分析研究对象的运动情况；

3、利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度；

4

4、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。

四、作业布置 （按照学生的学习情况，第一层次必做，第二层次程度较好的学生必做）

第一层次：课后（1）——（3）

第二层次：

1、如图所示，质量为m=4kg的物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2，现用F=25N与水平方向成θ=370的力拉物体，使物体由静止开始做匀加速运动：

（1）物体所受支持力为多大？摩擦力为多大？

（2）求物体的加速度的大小？

（3）若F作用t=4s后即撤除，此后物体还能运动多久？

（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10 m/s2）

2、如图所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向37°角，球和车厢相对静止，球的质量为1kg．（g＝10m/s2，sin37°＝0.6，

cos37°＝0.8）

（1）求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况．

（2）求悬线对球的拉力．

五、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；

5

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。

六.教学反思

在备课方面，我主要谈备知识和备学生这两个方面。在知识的准备方面结合教学大纲主要解决已知物体的受力情况求运动情况和已知物体的运动情况求受力情况这两类问题，针对这两类问题分别设计了一道例题和对应的练习题；在对学生的了解情况下得知本班学生是普通班，前面知识已经充分的学习完了，针对这样的情况，练习题紧扣例题,难度适中。

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。

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。

通过一节课的学习，学生掌握了解题思路及步骤：

①确定研究对象；

②分析研究对象的受力情况；

分析研究对象的运动情况；

③利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度；

④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。

在以后的学习当中，紧扣以上步骤可使解题有章可循、遵规遵矩。

6