牛顿运动定律教案

§ 3—3 牛顿运动定律的综合应用
勉县一中张华【考纲分析】“牛顿运动定律的应用”要求为II类，是高考必考的21个考点之一。

超重和失重要求
为I类，也是考试的高频考点。

由于整合了物体的受力分析和运动状态分析，使得本节成为高考的热点和必考内容。

受力分析和运动状态分析，是解决物理问题的两种基本方法。

并且，本单元的学习既是后继“动能”和“动量”等复杂物理过程分析的基础，也是解决“带电粒子在电场、磁场中运动”等问题的基本方法。

【学情分析】由于本部分知识对分析、综合和解决实际问题的能力要求高，不少同学在此感到困惑，疑难较多，主要反映在研究对象的选择和物理过程的分析上及规范解答上。

【教学目标】
一、知识与技能
1.超重和失重的的概念及实质；
2•用整体法和隔离法处理简单的连接体问题；
3•针对计算题分析、规范解答、列得分点方程加强训练。

二、过程与方法
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。

三、情感态度与价值观
通过相关问题的分析和解决，培养学生的思维严谨和科学精神。

【教学重点】整体法和隔离法的选取。

【教学难点】物体受力情况和运动状态的分析；处理实际问题时“物理模型”和“物理情景”的建立。

【教学方法】分析法、讨论法、图示法。

【课时计划】3课时
教学过程：
第1课时超重失重连接体问题
一.复习回顾：
上一节复习过的牛顿第二定律讲过和做过的典型题型都有哪些？
二.本节考点梳理：
考点1超重和失重
1.视重
(1)当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为视重。

(2)视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力或台秤所受物体的压力。

2.超重和失重：
定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象。

超重』条件：物体具有竖直向上的加速度。

原理式：F-mg=ma 所以F=m(g+a)>mg
'-运动形式：加速上升或减速下降。

屜义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象。

失重Y 条件：物体具有竖直向下的加速度。

原理式：mg_F =ma 所以F=m(g_a)<mg
'-运动形式：加速下降或减速上升。

厂定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的现象。

完全失重Y条件：物体具有竖直向下的加速度且。

原理式：mg-F =ma F=0
.运动形式：以a=g加速下降或减速上升。

强调:
1.物体无论是超重还是失重（包括完全失重），其重力并不发生变化。

2.物体是处于超重还是失重状态，与速度无关，仅与加速度a的方向有关，即a向上，超重；a向下, 失重。

3.运用牛顿第二定律列式时，一般取a的方向为正方向更不易出错。

4.在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、单摆停止摆动、物体对
桌面无压力、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。

练习：
1.如图，一个盛水的容器底部有一小孔•静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述
几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则（）
A.容器自由下落时，小孔向下漏水
B.将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水
C.将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水
D.将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水
2.随着中国载人航天的发展，中国宇航员在轨道舱内停留的时间将增加，体育锻炼成了一个必不可少的环
节，下列在地面上正常使用的未经改装的器材最适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是
（）
A.哑铃B 。

弹簧拉力器C. 单杠D. 徒手跑步机
考点2连接体问题
连接体：两个或两个以上物体相互连接组成的物体系统称为连接体。

如果把其中某个物体隔离出来，该物体即为隔离体。

外力和内力：如果以系统为研究对象，受到系统以外的力，这些力就是系统的外力，而系统内的相互J 作用力称为内力。

整体法：当连接体内（即系统内）各物体的加速度相同时，可以把系统内的所有物体看成一个整体，分析其受力和运动情况，运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法。

隔离法：当求系统内物体间相互作用力时，常把某个物体从系统中隔离出来，分析其受力和运动情况，
- 再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法。

强调：
1.整体法的选取原则
在中学阶段一般情况下，若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求物体之间的作用力可以把它们看成一个整体，分析整体受到的外力，应用牛顿第二定律求出加速度（或其他未知量）. 2•隔离法的选取原则
若连接体内各物体的加速度不相同，或者要求出系统内两物体之间的作用力时，就需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解•
3 .整体法和隔离法的交替运用
若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力时，可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力.即“先整体求加速度，后隔离求内力”
练习：
如图所示，水平地面上有两块完全相同的木块A、B,在水平推力F的作用下运动，用F AB代表A
B间的相互作用力，贝U （）
A.若地面是完全光滑的，F A B=F
F
---- A
A B
三•例题
例1.电梯的顶部挂一个弹簧测力计，测力计下端挂了一个重物，电梯匀速直线运动时，弹簧测力计
的示数为10 N ,在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为 8 N ，关于电梯的运动（如图所
B.若地面是完全光滑
的，
F
F
AET 2
D.右地面是有摩擦的，
F
AE =F
2
C.
若地面是有摩擦的，F AB =F
示），以下说法正确的是 (g 取 10 m/s 2
)()
A.电梯可能向上加速运动 ,加速度大小为 4 m/s 2
B.电梯可能向下加速运动 ,加速度大小为 4 m/s 2
C.电梯可能向上减速运动 ,加速度大小为 2 m/s 2
D.电梯可能向下减速运动 ,加速度大小为 2 m/s 2
【解析】选C.电梯匀速运动时，对重物由平衡条件得 mg=F,m=1 kg ,当弹簧测力计的示数变为 8 N
时，对重物由牛顿第二定律得 mg-F ' =ma 得a=2 m/s 2
,加速度方向向下，其运动情况能向上减速
或向下加速，故只有 C 正确. 例2. 在2008年北京残奥会开幕式上，
运动员手拉绳索向上攀登， 最终点
燃了主火炬，体现了残疾运动员坚韧不拔的意志和自强不息的精神 •为了探
求上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用，可将过程简化
•一根不可伸缩
的轻绳跨过 轻质的定滑轮，一端挂一吊椅，另一端被坐在吊椅上的运动员 拉住，如图所示.设运动员的质量为 65 kg ，吊椅的质量为15 kg ，不计 定 滑轮与绳子间的摩擦，重力加速度取 g =10 m/s 2
.当运动员与吊椅一起正以
加速度a =1 m/s 2上升时，试求：（1）运动员竖直向下拉绳的力
.2 ）运动员
对吊椅的压力.
【解析】解法一:（整体法与隔离法的交叉运用 ）
（1）设运动员受到绳向上的拉力为 F,由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等
，
吊椅受到绳的拉力也是 F,对运动员和吊椅整体进行受力分析如图甲所示
2F-(m 人+m 椅)g=(m 人+m 椅)a
解得F=440 N
由牛顿第三定律，运动员竖直向下拉绳的力 F ' =F=440 N.
（2）设吊椅对运动员的支持力为 N,对运动员进行
受力分析如图乙所示,则有：
F+N-m 人 g=m 人 a N=275 N
由牛顿第三定律，运动员对吊椅的压力为 N' =N=275 N
解法二:（隔离法）
设运动员和吊椅的质量分别为
M 和m,绳对运动员的拉力大小为 F,吊椅对运动员的支持力为
N,运动
Jk
*小扎皑
解①②③得 F=440 N,N ， =275 N 根据牛顿第三定律 , 运动员竖直向下的拉力为 F ， =F=440 N. 【总结提升】整体法与隔离法常涉及的问题类型
1. 涉及隔离法与整体法的具体问题类型 (1) 涉及滑轮的问题。

若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离法 . 本例中 , 绳跨过定滑轮，连接的两物体虽然加速度大
小相同但方向不同，故采用隔离法 .
(2) 水平面上的连接体问题 .
①这类问题一般多是连接体 (系统)各物体保持相对静止，即具有相同的加速度 . 解题时，一般采用先 整体、后隔离的方法•②建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则，或者正交分解力，或 者正交分解加速度 .
(3) 斜面体与上面物体组成的连接体的问题 • 当物体具有沿斜面方向的加速度，而斜面体相对于地面静止时，
解题时一般采用隔离法分析
•
2. 解决这类问题的关键 正确地选取研究对象是解题的首要环节，弄清各个物体之间哪些属于连接体，哪些物
体应该单独分 析，分别确定出它们的加速度 , 然后根据牛顿运动定律列方程求解。

四．小结 五．作业：完成配套练习
员对吊椅的压力大小为 F+N-Mg=Ma F-N ，-mg=ma
N ， , 分别以运动员和吊椅为研究对象 , 根据牛顿第二定律有
根据牛顿第三定律有 N ，
=N。