高一物理牛顿运动定律的应用

第三章 D 牛顿运动定律的应用

一、教学任务分析

本节内容是对牛顿运动定律的综合提高和延伸，也为学习以后的物理学习打好力学基础。

学习本节内以受力分析、力的合成与分解、匀加速直线运动规律、牛顿运动定律等基础知识和相应的技能为基础。

通过实例情景和学生活动，了解建立国际单位制的重要性和必要性，介绍用国际单位制及其应用。

通过对典型示例的分析和讨论，归纳出用牛顿运动定律解决力学问题的一般规律和方法。

通过对观察录像、演示实验和学生小实验，感受超重、失重现象，应用牛顿第二定律分析、探究超重、失重现象的本质与规律。

二、教学目标

1、知识与技能

（1）知道国际单位制。知道基本单位和导出单位。理解力学中的三个基本单位。

（2）学会导出单位的推演方法并能进行单位换算。

（3）掌握用牛顿运动定律解决力学问题的一般规律和方法。

（4）知道超重和失重现象。

（5）学会用牛顿第二定律分析超重、失重现象。

2、过程与方法

（1）通过创设情景、实例分析和练习的过程，认识引入国际单位制的重要性和必要性。

（2）通过对典型示例的分析、讨论过程，认识分析、比较、等效、演绎、归纳、验证等科学方法。

（3）通过对电梯中进行的超重失重实验的定性观察和学生小实验，感受用牛顿运动定律解决实际问题的一般规律和方法。

3、情感、态度与价值观

（1）通过阅读关于“火星探测器失事原因”的STS材料，在了解统一单位重要性的同时，感悟严谨的治学态度对科学发展的重大意义。

（2）通过应用牛顿运动定律解决实际问题的过程，感悟物理学在社会发展中的重要作用。

（3）通过学生实验的过程，激发求知欲，获得成就感。

（4）通过观察神舟六号飞船录像片段，了解我国航天事业的发展，激发民族自豪感。三、教学重点与难点

重点：怎样应用牛顿运动定律解决力学问题。

难点：对超重失重视现象的认识。

四、教学资源

1、器材：多媒体投影仪，演示超重、失重的DIS实验器材，改锥，饮料瓶（人手一个）。

2、课件：宇航员躺在舱内座椅上的图片，刊登宇航员训练过程的报道文章。

3、录像：神舟六号飞船升空的相关片断，神舟号航天员在太空失重的录像（或在电梯中进行的超重失重演示实验）。

五、教学设计思路

本设计包括物理量的单位和国际单位制、牛顿运动定律的应用两部分内容。

本设计的基本思路是：以情景和实例为基础，了解物理探究过程中物理量“单位”统一的重要性，引入国际单位制，介绍国际单位制的组成和在力学中的应用；以典型示例为切入点，应用牛顿运动定律解决实际问题的典型示例，通过分析、讨论，归纳得出用牛顿运动定律解决力学问题的一般规律和方法；以牛顿运动定律的应用为基础，通过观察录像、演示实验和学生小实验，感受超重和失重现象，然后用牛顿运动定律解释产生超重和失重现象的原因。

本设计要突出的重点是：怎样应用牛顿运动定律解决力学问题。方法是：以典型示例为切入点，通过应用牛顿第二定律和运动学公式求解过程中的分析、讨论，总结出加速度是联系运动和力的桥梁和纽带，同时归纳出应用牛顿运动定律解题的两种最基本的情况：已知物体受力求物体运动状态的变化；已知物体运动状态的变化求物体受力，然后通过练习和作业，进一步熟悉应用牛顿运动定律解决简单实际问题的规律和方法。

本设计要突破的难点是：对超重与失重现象认识。方法是：通过观摩录像和学生小实验，感受超重和失重现象；通过应用牛顿第二定律进行分析，揭示超重、失重现象的本质；通过讨论、交流，通过类比、归纳，得出由物体加速度方向判断出现超重或失重现象的规律。

完成本设计的内容约需2课时。

六、教学流程

1、教学流程图

2、流程图说明

情景I 录像1，设问1

录像：神舟六号飞船宇航员进舱和飞船发射过程的场景片断。

通过设问，请学生描述发射情况，说明如果时间等物理量没有单位，一切都没有意义，感受物理量单位的重要性。

情景II举例，设问2

对涉及“单位”的日常生活实例进行讨论，进一步感受物理量单位的重要性。

活动I阅读STS材料，讨论。

通过阅读STS材料，感悟统一物理量单位的必要性和迫切性，由此引出国际单位制。

介绍国际单位制、基本单位和导出单位。

活动II训练

通过练习，交流建立导出单位的推演方法、体验单位统一的优越性，学会应用国际单位制。

活动III实例分析1

选择“已知力求运动”的典型示例1，讨论应用牛顿运动定律来解题的过程和方法；

选择“已知物体受多个力作用求运动”的题型示例2，讨论对于物体受多个力作用时，借助力的分解的方法（等效）解题的思路和方法。

活动IV实例分析2

选择“由已知运动求力”的题型示例（自编，也可选择示例3），讨论另一类应用牛顿运动定律来解题的过程和方法。

通过对实例1、实例2的交流讨论，归纳、总结出应用牛顿运动定律来解题的规律和方法。

活动V实例分析3

通过典型示例3的分析，进一步体会应用牛顿运动定律来解题的规律和方法，并由此引人超重与失重现象。

活动VI录像2，演示实验，分析讨论

播放神舟号航天员在太空失重的录像（或电梯中进行的超重失重演示实验的录像）；应用力传感器进行DIS实验，利用实验所得F-t图线，半定量地讨论超重与失重现象（或用弹簧测力计重现课本示例3的演示实验），展示超重与失重的实际情况，激发学生探究的欲望。

通过应用牛顿第二定律进行分析、讨论，揭示超重、失重现象的本质。

活动IV小实验，小结

通过涉及超重与失重的学生小实验，使学生在活动过程中亲自感受超重与失重现象，加深对超重与失重现象的理解，提高应用物理知识解决实际问题的意识和学习的兴趣。

通过小结，总结应用牛顿运动定律来解决简单实际问题的方法。

3、教学主要环节本设计内容可分为三个主要的教学环节。

第一环节，通过创设情景和学生活动，介绍国际单位制及国际单位制在力学中的应用。

第二环节，通过对典型示例的分析和讨论，归纳出用牛顿运动定律解决力学问题的一般规律和方法。

第三环节，通过对观察录像、演示实验和和学生小实验，感受超重、失重现象，通过应用牛顿第二定律进行分析，揭示超重、失重现象的本质。

七、操作案例

（一）引入

1、前面我们学习了牛顿第二定律F = ma，对各物理量的单位有什么要求？为什么？

（各物理量单位分别是F：N，m：kg a：m/s2，则在F = kma，令k = 1，可使问题简化）

2、情景I 录像1

录像1：神舟六号飞船宇航员进舱和飞船发射过程的场景片断

讨论：假如你是播音员，请你作现场直播？

设问1：在你描述过程中需要涉及哪些物理量？假如不使用单位，你能确切描述吗？

（使用的单位可能有：火箭长度、质量，发射时间等。如果物理量没有单位，就无法

正确表述）

3、情景II

举一些涉及“单位”的日常生活实例进行讨论，进一步感受物理量单位的重要性。

设问2：在日常生活中，如果只讲大小（数值）而不用单位，行吗？

4、设问：是否有了单位就可以直接描述和比较了吗？

比如1kg糖和2磅糖，哪个更多些？你是怎样比较的？为什么？

（只有将单位统一后才能比较）

5、活动I：阅读关于“火星探测器失事原因”的STS材料。

讨论：火星探测器酿成大祸的原因是什么？

由于历史原因各国往往会使用各自的单位制，使同一物理量用不同单位表示时会有不同受力数值，阻碍了科技发展和经济交往，因此，物理量必须有单位，单位必须统一，为此制定了国际通行的单位制——国际单位制。

（二）国际单位制（代号SI）

国际单位制是一种通用的统一单位制，1960年以来国际计量会议以米、千克、秒为基础制定了国际单位制。国际单位制由基本单位和导出单位组成。

1、基本单位：选定的几个基本物理量的单位叫基本单位

物理学中选定的基本物理量有七个，相对应基本单位有七个

（投影）

表中前三个为力学中的基本单位

2、导出单位：根据物理学公式中其他物理量和基本物理量之间的关系，推导出其他物理量的单位叫导出单位。

示例：导出物理量速度的单位 m /s

1s

1m

1===

t s υ，速度单位是m/s 学生活动：试导出物理量加速度、力、压强的单位。 设问：请说一说你怎样导出新物理量单位的

（要牢固掌握基本物理量的基本单位和相关物理学关系式，两者结合运算即可导出） 训练：练习、交流

示例：质量为200g 的物体在0.4N 的恒力作用下，由静止开始作直线运动，试求0.1min 的内物体的位移。

解：kg 2.0g 200==m

s 6s 601.0m in 1.0=?==t

2

2m /s

2m /s 2.04.0===

m F a m 36m 622

1212

2=??==at s

只要把各物理量都换算成统一的国际单位，计算过程就简便了。

（三）牛顿运动定律的应用 1、示例1分析

设问：（供参考选用）

（1）请描绘一下示例的情景和研究对象及所求的物理量

（运动员沿斜坡加速下滑）

（2）用哪些方法可以求得加速度？现在你选用哪种方法 为什么？

（根据相关运动学公式或牛顿第二定律；第二种、题目中已知力）

（3）物体（运动员）和周围哪些物体发生相互作用？他受到哪些力？方向向哪里？

从重力方向开始，你可以沿着逆（或顺）时针方向观察并逐一分析 （物体与地球、重力、竖直向下） （物体与斜面、支持力、垂直斜面向上）

（4）把物体看作质点，你能画出它的受力示意图吗？ （5）物体的加速度是由什么力产生的?

（由F N 和G 两个力的合力产生）

（6）如果运用平行四边形定则，这两个力的合力方向是沿着斜面向下呢？还是与地面

平行向前，为什么？

（沿着斜面向下，因为根据实际效果产生的加速度方向沿斜面向下） （8）用什么方法可求出合力大小？

（用力的合成方法画出合力F ，再根据矢量三角形的知识求出F 大小） （9）能求出加速度吗？

（22m/s 5m/s 5.010sin sin =?====

θθg m

mg m F a ，方向沿斜面向下） （10）如果物体的质量为原来的2倍，加速度多大？

（仍为θsin g a =与m 无关）

（11）回顾整个分析解题过程，你认为哪些步骤是最重要的？

（确定研究对象――作出受力分析画出示意图――用力的合成法求出合力――用牛顿第二定律求出加速度）

2、示例2分析

设问：（供参考选用）

（1）与上题相比情景有何变化？

（物体还受到阻力，要求速度） （2）如何去求速度？

（先求出加速度，再根据相关的运动学公式求出速度） （3）能按照你前面所总结的步骤处理吗？

学生活动：练习

（4）能用力的合成法求三个力的合力吗？有没有更简便的方法？ 4、示例3分析

设问：（供参考选用）

（1）弹簧测力计和悬挂的重物，你选哪个作为研究对象？为什么？

（物体、若求出物体受到的向上的拉力大小，根据牛顿第三定律即可求出弹簧测力计受到的向下的拉力大小即示数）

（2）电梯的运动状态与物体的运动状态有什么关系？

（相同）

（3）怎样才能求出拉力？

（先求出a ，再根据牛顿第二定律求出拉力） （4）怎样先求出a

（根据相关公式 2

2t s

a =

求出） （5）整理一下你的解题思路

（确立研究对象——作出受力分析画出示意图——用相关运动学公式求出a ——用牛顿第二定律求出拉力） 学生活动：练习

（6）比较示例1、2、3，分析解题过程有什么不同？请你归纳一下一般解题的思路，

其中最关键的是什么？ （最关键的是求出a ）

5、小结：加速度是力和运动之间的桥梁和纽带。 确定研究对象 → 作出受力分析并画示意图 → （四）超重与失重

录像：播放神舟号航天员在太空失重的录像（或电梯中进行的超重失重演示实验的录像）。 应用力传感器进行DIS 实验，利用实验所得F -t 图线，半定量地讨论超重与失重现象（或采用示例3附图的情景和实验装置演示，观察电梯静止、向上起动、匀速上升，减速停止和向下起动、匀速下降、减速停止的过程中弹簧测力计示数的变化）。

1．观察讨论过程中穿插以下问题 设问：（供参考选用）

（1）什么叫超重？什么叫失重？发生在哪些过程中？

（2）物体的质量有无改变？重力是否改变？为什么？是什么力发生变化？ （3）现在你是怎样来理解超重失重的？（等效） （4）超重失重时加速度方向向哪里？合力方向向哪里？

（5）有人说物体向上运动就超重，向下运动就失重，你认为对吗？ （6）你能用牛顿第二定律写出拉力F 的表达式吗？ （7）根据上述思考，你能得出哪些结论？ 2、归纳：超重、失重现象的规律

（1）超重或失重时，物体重力不变，G ＝ mg ，改变只是拉力（压力）。 （2）超重时拉力（压力）大于重力 ；失重时拉力（压力）小于重力。

（3）超重、失重与加速度的关系：加速度向上――超重；加速度向下――失重。 （4）超重、失重与速度的关系：与速度的大小、方向无关。

3、学生小实验：饮料瓶实验。观察每一步操作后水是否流出并讨论解释（每人一个，两人一组）瓶中先装

3

2体积的水，拧紧瓶盖将其倒置，用改锥在靠近底部的两侧各打一个小孔

实验步骤：

（1）用手指堵住小孔，正提，松开手指 （2）将瓶加速上提

（3）堵住两侧小孔，在瓶颈处再打一小孔，松开手指

F = ma

a

F = ma

s = 1

2 at 2 v =

2as

（4）堵住两侧小孔，将瓶举高，让瓶自由落下

（学生提议站在桌上做，滞空时间长，效果更明显）

4、投影：宇航员躺在舱内座椅上

设问：宇航员在飞船起飞上升或返回地面时要躺在座椅上，他能坐着或站着吗？为什么？

相关报导：航天员训练时，“超重量达8.5G，脸部肌肉拉长变形，只见额骨高高耸起”，“失重时引起空间运动病，甚至会导致双目失明”，航天员以大无畏献身精神向人

的生理极限挑战。

（五）小结

1、（反馈）请谈谈你对这节课的感受。

2、作业略。