人教版高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题(二)教案设计

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人教版高一物理必修一教案-4.7 用牛顿运动定律解决问题(二) (1)

《超重和失重》一节的教学设计教了许多年的书了，但当再次教授同一节课时，感觉还是新的。

虽然曾认真地去对待每一次课，但一节节课下来，有遗憾，有欣喜，有满意，也有自认不足，这就需要每一位老师不断的去思、去改，从不断的创新中体会做老师的乐趣。

一、三年来的遗憾2002年我完成了《超重和失重》一节课的教学，但直至昨日心中一直有一种挥之不去的遗憾，虽说当时我也同样曾认真挖掘教材、准备实验、设计例题⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅，但还是感觉生硬、不畅，实际教学效果（学生的领会）与预先设想相差甚远。

可惜那时只兼任一个班的教学，没有机会去改变教学策略、再设计教学方案的机会。

本学期再次进行这一节课的教学，我下决心要好好的研究一番，上出一节自己满意的课。

三年前，给我印象最深的“失败”有三点：1．演示实验不成功。

当初教师用“超重、失重演示仪”演示，让学生观察物体向上加速或向下加速时弹簧秤的示数与实际重量的大小关系，但实验现象持续时间短，学生看不清弹簧秤的读数，另外弹簧秤指针指示的读数也不稳定，实际上结论是老师公布给学生的。

2．学生没有真正理解概念。

演示实验后，教师与学生共同分析物体向上加速或向下加速时的受力情况，得到对物体的支持力大小为ma mg N +=上>mg 、ma mg N -=下<mg ，从而得出超重和失重的概念。

但师生没有共同研究 “物体在向下减速或向上减速时”的情况，学生对这种情况下也会出现超重和失重现象感到很茫然。

最终，是在老师一再强调或重复这一结论的情况下记住的，以后的作业中表明学生没有真正理解超重和失重现象。

3．当时是把《超重和失重现象》一节当作一个新知识来设计和教学的。

总想把知识讲解、例题板演、课堂练习在45分钟内一并完成，实践表明这是不可能完成的，教学没有抓住重点，结果就是老师感觉课堂内完不成自己预定的教学任务。

现在看来，练习应用“牛顿第二定律”分析生活中的现象（超重和失重）才是本节课的真正目的，而不是记住超重和失重现象的概念和产生的条件。

2021-2022学年高一物理人教版必修1教案：4.7用牛顿定律解决问题(2) Word版含答案

4.7用牛顿运动定律解决问题（二）一、教材分析牛顿运动定律是经典力学的基础，它在科学争辩和生产技术中有着广泛的应用.上一节课主要是以理论的分析为主，争辩如何依据已知运动状况求解物体的受力状况和已知受力状况求解物体的运动状况.本节课是从应用角度学习牛顿运动定律，举例说明白牛顿运动定律的两个具体应用.物体的平衡是物体加速度为零的一种特殊状况，分析物体平衡时应当紧紧地抓住这一点，主要利用力的分解学问列出方程进行求解，主要用到的方法是力的正交分解和建立直角坐标系.超重和失重争辩的是在竖直方向上物体的受力状况和物体运动状况的关系，要留意引导同学区分视重和实际重力.了解加速下落和减速上升其实加速度的方向是一样的.二、教学目标学问与技能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.通过试验生疏超重和失重现象，理解产生超重、失重现象的条件和实质.4.进一步娴熟把握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤.过程与方法1.培育同学的分析推理力气和试验观看力气.2.培育同学处理三力平衡问题时一题多解的力气.3.引导挂念同学归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质.情感态度与价值观1.渗透“学以致用”的思想，有将物理学问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.培育同学联系实际、实事求是的科学态度和科学精神.三、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.四、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.正确分析受力并恰当地运用正交分解法.五、教学过程［新课导入］师：上一节课中我们学习了用牛顿运动定律解决问题的两种方法，依据物体的受力状况确定物体的运动状况和依据物体运动状况求解受力状况.这一节我们连续学习用牛顿运动定律解题.师：我们常见的物体的运动状态有哪些种类？生：我们常见的运动有变速运动和匀速运动，最常见的是物体静止的状况.师：假如物体受力平衡，那么物体的运动状况如何？生：假如物体受力平衡的话，物体将做匀速直线运动或静止，这要看物体的初速度状况.［新课教学］一、共点力的平衡条件师：那么共点力作用下物体的平衡条件是什么？生：由于物体处于平衡状态时速度保持不变，所以加速度为零，依据牛顿其次定律得：物体所受合力为零.师：同学们列举生活中物体处于平衡状态的实例.生1：悬挂在天花板上的吊灯，停止在路边的汽车，放在地面上的讲桌以及放在讲桌上的黑板擦等等.生2：竖直上抛运动的物体到达最高点的瞬间.师：大家争辩一下竖直上抛的物体到达最高点的瞬间是否处于平衡状态.同学争辩，回答提问生1：竖直上抛的最高点物体应当处于平衡状态，由于此时物体速度为零.生2：我不同意刚才那位同学的说法，物体处于平衡状态指的是物体受合力为零的状态，并不是物体运动速度为零的位置.处于竖直上抛最高点的物体只是在瞬间速度为零，它的速度马上就会发生转变，所以不能认为处于平衡状态.师：刚才的同学分析得格外好，大家确定要区分到底是速度为零还是合外力为零时物体处于平衡状态，经过争辩分析我们知道应当是合外力为零时物体处于平衡状态.为了加深同学们对这个问题的理解，我们通过一个例子来进一步探究物体的平衡是怎样进行争辩的.多媒体投影课本中的例题、三角形的悬挂结构及其抱负化模型师：轻质细绳中的受力特点是什么？生：轻质细绳中的受力特点是两端受力大小相等，内部张力处处相等.师：节点O的受力特点是什么？生：节点O的受力特点是一抱负化模型，所受合外力为零.师：我们分析的依据是什么？生：上面的分析借助牛顿其次定律进行，是牛顿其次定律中合力等于零的特殊状况.。

人教版高一物理必修一课件-4.7用牛顿运动定律解决问题(二)

难点：（1）运用牛顿第二定律分析超、失重的实质；（2）运用超重和失重知识解决实际问题。
教学方法与手段
情景
问题
探究
结论
应用
教学过程
情景问题
解决问题
得出本质
现场模拟
超重和失重
牛z 二分析
学生体验
观看现象
总结条件
体验高科技 DISlab实验 —— Digital Information System Laboratory
四、体重计的 “ 怪现象 ”
他的运动情况
加速下降减速下降减速上升
加速上升
打油诗
超重失重随处见，其实并非重力变。压力拉力增与减，牛顿定律来实现。
作业
做一做：在一个空瓶子的底部扎一些小孔，瓶里装半瓶水，观察瓶子在自由落体和竖直上抛的过程中会出现什么现象。
练一练：导学案第1、2、3、4、5题
7 用牛顿运动定律解决问题（二）
教材分析教学目标教学重点和难点教学方法和手段教学过程
教材分析
本节内容是学完牛顿运动定律后，知识的迁移和应用部分，因此本节内容是本章的一个比较重要的、典型的应用型知识点。
教学目标
知识与技能过程与方法情感态度与价值观
教学重点和难点
重点：（1）什么是超重、失重及产生的条件、（2）超重、失重现象的本质。
超重：视重>实重失重：视重<实重
视重
视重
FN
FT’
FT
G
实重
G
FN’
你能举出生活中有哪些超重和失重的实例呢？
牛刀小试：
质量是60kg的人站在电梯中的体重计上，当电梯做下列运动时，体重计的示数是多少？（1）电梯匀速上升；（2）电梯以4m/s2的加速度加速上升；（3）电梯以5m/s2的加速度加速下降；（4）电梯以重力加速度g加速下降。

4.7用牛顿运动定律解决问题(二)第一次修改

播放一段视频增加学生的感性认识
讲解完新知识后我会给出例题及时的巩固练习，防止学生出现懵懂的状态。而且对于例题的处理我采用的是教师先加以引导分析题目再让学生自主尝试，最后再一起去解决问题。
例3、人站在电梯中，人的质量为m。
①人和电梯一同静止时，人对地板的压力为多大？
【解析】:求解人对地板的压力，该题中如果选电梯为研究对象，受力情况会比较复杂，甚至无法解题。所以我们只能选人为研究对象，那选人为研究对象能求解出人对电梯的压力吗？能！根据牛顿第三定律：作用力与反作用力是等在反向的。只要求出电梯对人的支持力，再根据牛顿第三定律就可求出人对电梯的压力。
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。
演示实验3、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。
以下内容2~3个页面，五号宋体字
问题主线教学流程
教师导评
提
出
问
题
创设情境
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。

必修教材1第三章第7课时教案：用牛顿运动定律解决问题(二)

§4－7用牛顿运动定律解决问题（二）超重与失重教学内容：超重与失重教学目标：1、知道什么是超重与失重现象，理解产生的条件；2、了解生活实际中超重和失重的例子；3、学会用超重和失重解释有关现象；教学方法：分析法、联系实践法教学难点：超重与失重现象分析教学过程：演示实验：找一个用过的易拉罐、金属罐头盒或塑料瓶，在靠近底部的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水．移开手指，水就从洞中射出来．这是为什么？如果放开手，让罐子自由落下，在下落过程中，水会不会从洞中射出来？观察所发生的现象并分析。

一、超重和失重现象1、现象：升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升，站在升降机里的人质量是50kg，人对升降机地板的压力是多大？如果照图那样，人站在升降机里的测力计上，测力计的示数是多大？分析：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，根据牛顿第三定律，只要求出前者就可以知道后者．人在G和F的合力作用下，以0.5m/s2的加速度竖直向上运动．取竖直向上为正方向，根据牛顿第二定律得F-G=ma 由此可得F=G+ma=m(g+a)代入数值得F=515N根据牛顿第三定律，人对地板的压力的大小也是515N，方向与地板对人的支持力的方向相反，即竖直向下．测力计的示数表示的是测力计受到的压力，所以测力计的示数就是515N．此读数大于物体的重力。

→超重现象讨论：如果此升降机以0.5m/s2的加速度匀加速度下降，则示数又是多大？分析：G-F=ma 得F=mg-ma=m(g-a)=465N此读数小于物体重力。

→失重现象2、超重与失重：超重现象：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情况称为超重现象。

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情况称为失重现象。

完全失重现象：当物体对支持面的压力(或拉力)等于零时的状态，叫做完全失重现象。

4.7用牛顿运动定律解决问题(二) 优秀教案优秀教学设计高中物理必修1新课第四章：牛顿运动定律 (1)

7 用牛顿运动定律解决问题（二）设计思想初中物理的学习让我们了解物体在两个力的作用下的平衡条件：两力大小相等、方向相反、合力为零，但实际问题当中我们遇到更多的是物体受到多个共点力的作用.此种情况下平衡条件又该如何表述？教材通过应用牛顿定律推导给出了明确的答案.所谓平衡态是物体保持静止或匀速直线运动状态，物体的加速度为零，根据牛顿第二定律F=ma,可以推出：物体所受到的合外力也为零.这就是多个共点力作用下物体的平衡条件.平衡问题是牛顿定律所解决的匀变速运动中加速度为零的一类特殊情形.其解决步骤也与解决匀变速运动相似.当物体在竖直方向上做匀变速运动时，必然会涉及物体的重力与对支持物或悬挂物的作用力的关系问题，教材从实际例题的分析解决入手，引出超重和失重的概念，易于学生的理解和接受，也更能激发起他们探索的兴趣.我们已经通过实验研究了自由落体运动，并总结出自由落体运动所遵循的规律.现在从动力学的理论层面对自由落体运动再作阐释，前后知识相呼应.理论解释与实验规律融汇贯通，既对自由落体的运动规律有了更深层次的了解，也强化了对力和运动辩证关系的理解和掌握，更能激发起学生学生物理规律和自觉运用物理规律的浓厚兴趣.教学重点1.共点力作用下物体的平衡.2.超重和失重.教学难点超重和失重.课时安排1课时三维目标知识与技能1.掌握共点力的平衡条件，会用来解决有关平衡问题.2.知道超重和失重的概念，知道超重和失重产生的条件.3.能从动力学的角度理解自由落体运动.过程与方法1.通过运用牛顿定律解决平衡问题和超重、失重问题，培养学生运用数学知识解决物理问题的思维意识.2.通过体验电梯内的超、失重现象和观察分析体重计上的下蹲过程中的现象，体会物理学的研究方法.情感态度与价值观通过搜集航天器中的超、失重现象，了解我国航天科技的成就，培养学生的民族自豪感和提高对科学知识的兴趣.课前准备天平、砂漏、带小孔的矿泉水瓶、三角板、投影仪、台秤.教学过程导入新课实验导入1如图4-7-1所示，找两个完全相同的砂漏，分别放在托盘天平的两个托盘上.调节天平，使两托盘保持平衡，当把左边的一只砂漏倒置后立即放到天平上，在细砂流下的过程你能观察到什么现象.思考一下，看能否找出其中的原因.图4-7-1 图4-7-2实验导入2将一个矿泉水瓶的底部及瓶的两侧各开几个细孔，用塞子堵住小孔，向瓶内注入清水.打开塞子，正常情况下，水就会从小孔内喷射出来，这是水的重力产生的压强对瓶壁作用的结果.如图4-7-2，现在让瓶子从空中自由下落，则观察到水不再向外喷射，这究竟是什么原因呢？复习导入师生共同回忆：1.力的正交分解法.力合成的平行四边形定则.2.自由落体运动的规律匀变速直线运动的规律3.牛顿第二定律：F=ma,特点推进新课一、共点力的平衡条件桌上的书、屋顶的灯，虽然都受到力的作用，但都保持静止.火车车厢受到重力、支持力、牵引力、阻力作用，但仍可能做匀速直线运动.如果一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线状态，我们就说这个物体处于平衡状态.问题1：处于平衡状态的物体有什么特点？物体若受多个共点力保持平衡，应满足什么条件？讨论：（1）处于平衡状态的物体，其状态不发生变化，加速度为0.（2）根据牛顿第二定律F=ma,当物体处于平衡状态时，加速度为0，因而物体所受的合外力F=0.结论：共点力作用下物体的平衡条件是合力为0.问题2：若一个物体受三个力而处于平衡状态，则其中一个力与另外两个力的合力间满足怎样的关系？这个结论是否可以推广到多个力的平衡？讨论：三个力平衡，合外力为零，则其中一个力与另外两个力的合力必定大小相等、方向相反.推广到多个力的平衡，若物体受多个力的作用而处于平衡状态，则这些力中的某一个力一定与其余力的合力大小相等、方向相反.例1课件展示教材中例题、三角形悬挂结构及其理想化模型.悬挂路灯的一种三角形结构F1、F2的大小与θ角有什么关系？图4-7-3 图4-7-4学生交流讨论，并写出规范解题过程.课件展示学生解题过程.解析：F1、F2、F3合力为0，则这三个力在x方向的分矢量之和及y方向的分矢量之和也都为0，即F2-F1·cosθ=0 ①F1sinθ-F3=0 ②解①②组成的方程F1==F2=F1·cosθ=.应用拓展：根据解题结果，在此类路灯等的安装过程中应该注意哪些问题？讨论交流：由公式看出当θ很小时，sinθ和tanθ都接近0，F1、F2就会很大.对材料强度要求很高，所以钢索的固定点A不能距B太近.但A点过高则材料消耗过多.所以要结合具体情况适当选择θ角.课堂训练若利用推论“三个力平衡，则某一个力与其余两个力的合力大小相等、方向相反”解题，则该题如何解决？图4-7-5解析：由平衡条件F1、F2的合力与F3等大反向，即F=F3=G由力的矢量三角形的边角关系F1=F2=.总结：物体受到三个共点力而处于平衡状态，利用推论：任两个力的合力与第三个力等大反向，结合力的合成的平行四边形定则可使解题更加简洁明了.受三个以上共点力平衡时多用正交分解法和力的独立作用原理解题.二、超重和失重例2如图4-7-6，人的质量为m，当电梯以加速度a加速上升时，人对地板的压力F′是多大？图4-7-6 电梯启动、制动时，体重计的读数怎样变化？分析：人受到两个力：重力G和电梯地板的支持力F.地板对人的支持力F与人对地板的压力F′是一对作用力反作用力.根据牛顿第三定律，只要求出F就可知道F′.电梯静止时，地板对人的支持力F与人所受的重力G相等，都等于mg.当电梯加速运动时，这两个力还相等吗？根据牛顿定律列出方程，找出几个力之间及它们与加速度之间的关系，这个问题就解决了.解析：取向上的方向为正方向，根据牛顿第二定律写出关于支持力F、重力G、质量m、加速度a的方程.F-G=maF=G+maF=m(g+a)人对地板的压力F′与地板对人的支持力F的大小相等，即F′=m(g+a).讨论：当电梯加速上升（或减速下降）时,a>0,m(g+a)>mg,人对地板的压力比人受到的重力大.超重现象：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.超重现象产生的条件：物体具有竖直向上的加速度，即做加速上升或减速下降运动.当电梯加速下降（或减速上升）时，加速度向下,a<0,m(g+a)<mg.人对电梯地板的压力比重力小.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.失重现象产生的条件：物体具有竖直向下的加速度，即做加速下降或减速上升运动.如果物体以大小等于g的加速度竖直下落，则m(g+a)=0，物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，好像完全没有重力作用，这种状态是完全失重状态.特别提示：（1）当系统中的一部分物体具有向上（或向下）的加速度时，它对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）也会大于（或小于）系统的重力，这种现象称为部分超（或失）重现象.（2）物体在超重和失重过程中所受到的重力并没有变化，变化的只是重力产生的作用效果.物体具有向上的加速度时，它的重力产生的效果加强，这就是超重；当物体具有向下的加速度时，它的重力的作用效果减弱，这就是失重；当物体具有向下的大小为g的加速度时，重力产生的效果完全消失，这就是完全失重现象.做一做人站在体重计上，分别下蹲或起立时，观察体重计示数的变化情况，并解释这种现象.观察与描述图4-7-7下蹲前，体重计的示数等于人的重力；刚开始下蹲时，体重计示数减小；在下蹲结束时，体重计的示数又增加到大于人的重力.最后下蹲完成后,体重计的示数再次与人的重力相等.站立过程中，开始时体重计示数大于人所受到的重力.然后体重计示数再减小，小于人所受到的重力.最后稳定时，体重计示数再次与人的重力相等.讨论交流下蹲前，人处于静止状态，重力和人受到的支持力是一对平衡力，大小相等、方向相反，人对体重计的压力与人受到的支持力是作用力反作用力，故体重计示数与重力相等；刚开始下蹲时，人的重心具有向下的加速度而处于失重状态，因而人对体重计的压力小于人本身的重力，体重计示数减小；下降到一定阶段后人重心必然要减速下降，具有向上的加速度而处于超重状态，对体重计的压力大于人本身的重力.因而体重计的示数大于本身的重力；当人完全静止时，又处于平衡状态，而示数等于重力.站立过程开始时，人的重心向上加速，具有向上的加速度，处于超重状态，故示数大于人的重力；站到某一程度，重心又开始做向上的减速运动，加速度方向向下，处于失重状态，此时示数小于人的重力.拓展深化：完全失重状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，天平不能再通过正常的操作而测量物体的质量；浸在液体中的物体不再受到浮力的作用；液柱也不再产生向下的压强等.课堂训练（课件展示）弹簧上挂着一个质量m=1 kg的物体，在下列各种情况下，弹簧秤的示数各为多少？（取g=10 m/s2）（1）以v=5 m/s速度匀速下降.（2）以a=5 m/s2的加速度竖直加速上升.（3）以a=5 m/s2的加速度竖直加速下降.（4）以重力加速度g竖直减速上升.图4-7-8解析：对物体受力分析，如图4-7-8所示.（1）匀速下降时，由平衡条件得F=mg=10 N.(2)以向上为正方向，由牛顿第二定律F-mg=ma F=m(g+a)=15 N.(3)取向下方向为正方向，由牛顿第二定律mg-F=ma F=m(g-a)=5 N.（4）取向下方向为正方向，由牛顿第二定律mg-F=mg F=0 N处于完全失重状态.三、从动力学看自由落体运动在第二章，我们通过实验研究了自由落体运动，知道它是加速度不变的匀变速直线运动.那时，我们只分析了这个现象，没有考虑它的加速度为什么不变，要回答这个问题就要分析它的受力情况了.物体做自由落体运动有两个条件：第一，物体是从静止开始下落的，即运动的初速度是零.第二，运动过程中，它只受重力的作用.根据牛顿第二定律，物体运动的加速度与它受的力成正比，加速度的方向与力的方向相同.下落过程中重力的大小、方向都不变，所以加速度的大小、方向也是恒定的.例3．以10 m/s的速度从地面竖直向上抛出一个物体，空气阻力可以忽略，分别计算0.6 s、1.6 s后物体的位置.（取g=10 m/s2）分析：这个物体的运动不是自由落体运动，但与自由落体运动相似，它在运动过程中也只受重力的作用，因此它的加速度也是g,大小、方向都不变.由于物体的初速度、加速度都是沿竖直方向的，所以它的运动也不可能偏离竖直方向.结论：这个物体在竖直方向做匀变速直线运动，可以应用匀变速运动的规律.图4-79 以地面为原点，方向向上建立坐标轴.解析：以地面为原点，建立竖直向上的坐标轴，初速度方向与坐标方向一致，取正号；加速度方向向下，与坐标轴方向相反，取负号，a=-g=-10 m/s2,t1=0.6 s，t2=1.6 s.根据匀变速直线运动的位移与时间的关系可以得到x1=v0t1+at12=［10×0.6+×(-10)×0.62］m=4.2 mx2=v0t2+at22=［10×1.6+×(-10)×1.62］m=3.2 m抛出0.6 s后物体位于地面以上4.2 m的位置，1.6 s后位于地面以上3.2 m的位置.设疑：一个竖直向上抛出的物体为什么1.6 s时的位置反而比0.6 s时更低？实际上，竖直向上抛出的物体不可能永远向上运动.由于重力的作用，它的加速度向下，与速度方向相反，运动会越来越慢，速度逐渐变为零.但是物体不可能停在空中，它随即会向下运动.尽管向下运动与向上运动速度方向不同，但受力情况完全相同，所以两个运动阶段的加速度（大小、方向）也相同，仍是常量g.例题中算出的1.6 s时的位置，就是物体到达最高点后返回时所处的位置.问题拓展：让学生课下讨论例3中物体能够达到的最大高度是多少？课堂训练（课件展示）在距离地面高度h=20 m处，将一个小球以v0=10 m/s的速度竖直向上抛出，求t=3 s时物体的速度和位移.解析：以抛出点为坐标原点建立竖直向上的坐标系.根据匀变速直线运动的规律v=v0+at a=-g得到v=v0-gt=(10-10×3) m=-20 m/s负号表示速度方向向下，即小球向下运动.x=v0t+at2=v0t-gt2=(10×3-×10×32) m=-15 m负号表示小球在抛出点下方15 m处.答案：-20 m/s -15 m问题：速度与位移均为负值，它们有什么含义呢？讨论与交流：以竖直向上的方向为坐标轴正方向.若速度值为正，则物体速度竖直向上，处于上升过程；相反，若速度值为负，则说明物体方向与正方向相反，处于下降过程.若求得位移值为正值，则此时物体在抛出点之上某位置处；若求得位移值为负，说明此时物体位于抛出点之下某位置处.课堂小结牛顿运动定律结合运动学的基本规律，原则上可以解决所有的动力学问题.教材先从平衡状态的定义指出处于平衡状态的物体加速度等于0，然后根据牛顿第二定律推导得出共点力作用下的平衡条件.接着从对牛顿第二定律在竖直方向上的应用的实例中引出超重和失重的概念，并对其中的规律和特点作了介绍.最后从动力学的角度重新对落体运动的性质和规律进行研究，使前后知识点融汇贯通，深化对所学知识的理解.布置作业教材第90页“问题与练习”1、4、5题.板书设计7 用牛顿定律解决问题（二）1.平衡状态：物体保持静止或匀速直线运动的状态共点力的平衡条件：在共点力作用下物体的平衡条件是合力为02.超重和失重（1）超重：物体具有竖直向上的加速度时，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（2）失重：物体具有竖直向下的加速度时，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3.从动力学的角度看落体运动（1）物体从静止开始下落，运动的初速度是零（2）运动过程中只受重力作用，加速度大小、方向均恒定活动与探究课题：体验超重和失重.超重和失重是很常见的一种物理现象，只要你仔细观察，它就在你的身边.习题详解 1.解答：取足球作为研究对象，由共点力的平衡条件可知，F 1和G 的合力F 与F 2大小相等、方向相反.从图4-7-10中力的平行四边形定则可求得：F 1=G tan α F 2=.图4-7-102.解答：物体在五个力作用下保持平衡，它们的合力为0.其中任意四个力的合力一定与第五个力大小相等、方向相反.依题意，除F 1以外的四个力的合力与力F 1大小相等、方向相反.撤去F 1，其余四个力不变，它们的合力大小等于F1，方向与F 1相反.3.解答：当饮料瓶自由下落时，小孔没有水喷出.因为，瓶和水均处于完全失重状态，瓶中各处的水（包括水孔处的水）的压强都是大气压强，故水不能从瓶中流出.4.解答：（1）如图4-7-11甲所示，由牛顿第二定律：F -mg =ma F =ma +mg =7mg =70 N绳子受到的拉力大约为70 N.图4-7-11（2）如图4-7-11乙所示，由牛顿第二定律：F+mg=ma F=ma-mg=5mg=50 N绳子受到的拉力大约为50 N.5.解答：当坐舱处于离地面50 m的位置时，升降机在做自由落体运动（图4-7-12），人和人手中的铅球均完全失重，所以，球对手无作用力，人没有受到压力的感觉.图4-7-12坐舱做匀减速运动时的加速度为：a==m/s2=16.8 m/s2=1.7g方向竖直向上所以，人手对铅球的作用力为F：F-mg=maF=ma+mg=2.7mg=135 N.设计点评应用牛顿运动定律结合运动学的知识解决实际生产、生活中的一些实例.需要深刻理解牛顿运动定律的物理意义，掌握把实例抽象成物理模型的物理学思维方法，灵活应用基本知识、基本方法的能力.本教学设计通过应用牛顿运动定律，对平衡问题、超重和失重问题的解决及从动力学的角度深化对抛体运动的了解，使学生在实际问题的解决过程中逐步培养出分析综合能力、推理能力、应用数学知识解决物理问题的能力.。

2021-2022年高中物理第四章4.7用牛顿定律解决问题(二)教学案新人教版必修1

2021年高中物理第四章4.7用牛顿定律解决问题（二）教学案新人教版必修1班级________姓名________学号_____学习目标:1. 知道什么是超重与失重。

2. 知道产生超重与失重的条件。

3. 了解生活实际中超重和失重现象。

4．理解超重和失重的实质。

5. 了解超重与失重在现代科学技术研究中的重要应用。

6．会用牛顿第二定律求解超重和失重问题。

学习重点: 超重和失重的实质。

学习难点: 应用牛顿定律求解超重和失重问题。

主要内容:一、超重和失重现象1．超重现象（1）定义（力学特征）：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情况叫超重现象。

（2）产生原因（运动学特征）：物体具有竖直向上的加速度。

（3）发生超重现象与物体的运动（速度）方向无关，只要加速度方向竖直向上—物体加速向上运动或减速向下运动都会发生超重现象。

2．失重现象（1）定义（力学特征）：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情况叫失重现象。

（2）产生原因（运动学特征）：物体具有竖直向下的加速度。

（3）发生超重现象与物体的运动（速度）方向无关，只要加速度方向竖直向下—物体加速向下运动或减速向上运动都会发生失重现象。

3．完全失重现象—失重的特殊情况（1）定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的情况（即与支持物或悬挂物虽然接触但无相互作用）。

（2）产生原因：物体竖直向下的加速度就是重力加速度，即只受重力作用，不会再与支持物或悬挂物发生作用。

（3）是否发生完全失重现象与运动（速度）方向无关，只要物体竖直向下的加速度等于重力加速度即可。

问题：试在右图中分别讨论当G A>G B和G A<G B时弹簧称的示数与GA的关系。

超重和失重现象的运动学特征V的方向△V的方向a的方向视重F与G的大小关系现象↑↑↑F＞G↑↓↓↓↓↓F＜G↓↑↑a=g F=0二、注意1．超重和失重的实质：物体超重和失重并不是物体的实际重力变大或变小，物体所受重力G=mg始终存在，且大小方向不随运动状态变化。

高中物理第四章牛顿运动定律 4.7 用牛顿运动定律解

4.7 用牛顿运动定律解决问题（二）1教学过程一、复习预习1．运动学公式.2．牛顿三大定律.3．已知物体的受力情况求运动。

4．已知物体的运动情况求受力。

2二、知识讲解考点/易错点1共点力的平衡条件1、如果一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线状态，我们就说这个物体处于平衡状态.2、共点力作用下物体的平衡条件是合力为 0.3、三个力平衡，合外力为零，则其中一个力与另外两个力的合力必定大小相等、方向相反。

4、多个力的平衡，若物体受多个力的作用而处于平衡状态，则这些力中的某一个力一定与其余力的合力大小相等、方向相反。

3考点/易错点2超重现象超重现象：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。

超重现象产生的条件：物体具有竖直向上的加速度，即做加速上升或减速下降运动。

当电梯加速下降（或减速上升）时，加速度向下,a<0,m(g+a)<mg。

人对电梯地板的压力比重力小。

4考点/易错点3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。

失重现象产生的条件：物体具有竖直向下的加速度，即做加速下降或减速上升运动。

如果物体以大小等于g的加速度竖直下落，则m(g+a)=0，物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，好像完全没有重力作用，这种状态是完全失重状态。

56考点/易错点4、连接体问题1）加速度a 是联系运动和力的纽带在牛顿第二定律公式（F ma =）和运动学公式（匀变速直线运动公式0v v at =+，20/2x v t at =+，2202v v ax -=等）中，均包含有一个共同的物理量——加速度．受力←----加速度------→运动2）简单连接题问题的处理方法连接体：是指运动中的几个物体或者上下叠放，或者前后挤靠，或者通过细杆、细绳或轻弹簧连接在一起而形成整体（或物体组）．连接体问题的处理方法通常是整体法和隔离法．①整体法：若连接体具有相同的加速度，可以把连接体看成一个整体作为研究对象．在进行受力分析时，要注意区分内力和外力，采用整体法时只分析外力，不分析内力．如图所示，置于光滑水平面上的两个物体m 和M ，用轻绳连接，绳与水平方向的夹角为θ，在M 上施一水平力F ，求两物体运动的加速度．这时，我们就可以把m 和M 作为整体来研究，则有：()F m M a =+，所以/()a F M m =+．以整体为研究对象来求解，可以不考虑物体之间的作用力，列方程简单，求解容易．7②隔离法：把研究的物体从周围物体中隔离出来，单独进行分析．上题中若要求绳的拉力，则必须将m （或M ）隔离出来，单独进行分析．例如隔离m ，则有：1cos F ma θ=，所以1/cos /()cos F ma mF m M θθ==+三、例题精析【例题1】【题干】弹簧上挂着一个质量m=1 kg的物体，在下列各种情况下，弹簧秤的示数各为多少？（取g=10 m/s2）（1）以v=5 m/s速度匀速下降（2）以a=5 m/s2的加速度竖直加速上升（3）以a=5 m/s2的加速度竖直加速下降（4）以重力加速度g竖直减速上升8【答案】10N，15N，5N,0【解析】对物体受力分析，如图所示，1）匀速下降时，由平衡条件得F=mg=10 N2)以向上为正方向，由牛顿第二定律F-mg=ma F=m(g+a)=15 N3)取向下方向为正方向，由牛顿第二定律mg-F=ma F=m(g-a)=5 N4）取向下方向为正方向，由牛顿第二定律mg-F=mg F=0 N 处于完全失重状态9【例题2】【题干】(2010·海南卷) 如图所示，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块；木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上，若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为( )A．加速下降B．加速上升C．减速上升D．减速下降10【解析】因为木箱静止时弹簧处于压缩状态，且木箱压在顶板上，则有：F T＝mg＋F N，某时间内物块对顶板刚好无压力，说明弹簧的长度没有变化，则弹力没有变化，由于F N＝0，故箱子所受的合外力为F合＝F T－mg，方向竖直向上，故箱子有向上的加速度，而有向上的加速度的直线运动有两种：加速上升和减速下降，所以B、D正确11【题干】一同学想研究电梯上升过程的运动规律。

人教版必修一4.7《用牛顿定律解决问题(二)》WORD教案2

《牛顿第二定律》的应用【教学目标】1掌握应用牛顿第二定律解题的一般步骤2、知道动力学的两类问题：从受力确定运动情况和从运动情况确定受力，并学会应用牛顿第二定律解决两类动力学问题3、探索超重、失重现象的本质，会用牛顿定律解决相关问题4、养成分析问题的习惯，提高分析综合的能力【重点】形成动力学问题的分析思路和解决方法【难点】形成良好的分析问题和解决问题的习惯【主要教程】牛顿第二定律确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的运动情况和受力情况联系起来，其联系的桥梁是加速度一、基本题型1 、已知物体受力情况求物体运动情况2、已知物体运动情况求物体受力情况二、基本思路用牛顿运动定律解决力和运动的问题，应抓住受力情况和运动情况之间的桥梁一一加速度。

其基本思路是：受力分析二合力F合二a=运动情况、基本公式V r t = V o + atF 合=ma X = V o t + at 722 2V t —V o = 2aXV = X/t = ( V + V 0)/2 = V t/2四、基本方法「正交分解法应用牛顿定律解题常用的方法•整体法和隔离法I临界条件法五、基本解题步骤1、认真分析题意，明确已知条件和所求的量，确定研究对象2、对研究对象进行受力分析及运动情况分析3、列牛顿第二定律的表达式 F = ma4、解方程、验结果，必要时对结果进行分析讨论【典型例题】基本题型一：已知物体受力情况求物体运动情况例1 ―m=2kg,受到与水平方向成0 =3才角、大小F=20N的推力作用，在水平面上做匀速直线运动。

求：⑴物体与地面间动摩擦因素；⑵若改用同样大小的力 F 沿水平方向推动物体，物体的加速度多大？( g取10 m/s 2, Sin37 0=0.6,Cos37 0=0.8 )F例2、一个静止在水平面上的物体，质量是2Kg,在水平方向受到5.0N的拉力，物体跟水平面的滑动摩擦力是2.0N。

求：(1)、求物体在4.0S末的速度；(2)、若在4S末撤去拉力，问物体还能滑行多远才停下来。

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高中物理必修一 4.7用牛顿运动定律解决问题（二）教案设计一、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。二、教学目标知识与技能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。会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题。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。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。过程与方法培养学生处理多共点力平衡问题时一题多解的能力。引导帮助学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质。情感态度与价值观渗透“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。培养学生联系实际，实事求是的科学态度和科学精神。三、教学重点、难点共点力作用下物体的平衡条件及应用。发生超重、失重现象的条件共点力平衡条件的应用。超重、失重现象的实质及本质。四、学情分析学生预习知识后，能够理解基本定义，和第一个问题的相关例题，对于第二个问题的实质还是会存在问题。五、教学方法引导法和实验法

六、课前准备充分备课，设计过程、练习、实验和实验仪器。七、课时安排一个课时完成八、教学过程（一）、回顾上节课我们学习了牛顿运动定律解决问题的有关知识，都是哪两种类型：（二）、引入师：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mFa合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。（三）、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？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、城市中的路灯，无轨电车的供电线路等，经常用三解形的结构悬挂。图为这类结构的一种简化模型。图中硬杆OB可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量都可忽略。如果悬挂物的重量为G，角AOB等于θ，钢索OA对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各是多大？ 1、轻质细绳中的受力特点：两端受力大小相等，内部张力处处相等。

2、轻质直杆仅两端受力时（杆处于平衡状态）的特点：这两个力必然沿杆的方向且大小相等。

3、节点O也是一理想化模型。

练习1、举重是中国代表团在奥运会上重要的夺金项目。在举重比赛中，运动员举起杠铃时必须使杠铃平衡一定时间，才能被裁判视为挺（或抓）举成功。运动员可通过改变两手握杆的距离来调节举起时双臂的夹角。若双臂夹角变大，则下面关于运动员保持杠铃平衡时手臂用力大小变化的说法正确的是（C ） A．不变 B．减小 C．增大 D．不能确定【解析】如下图：为了保证棒静止，两手举杠铃的力沿竖直方向的分力之和应与重力抵消。所以当手臂夹角变大时，为了保证举力竖直方向的分力大小不变，则要求举力增大。

A B O θ

G （四）、超重与失重

师：自从神州六号飞船发射成功以来，人们经常谈到超重和失重。那什么是超重和失重呢，下面我们就来研究这个问题。播放一段视频增加学生的感性认识例2、人站在电梯中，人的质量为m。

①人和电梯一同静止时，人对地板的压力为多大？【解析】:求解人对地板的压力，该题中如果选电梯为研究对象，受力情况会比较复杂，甚至无法解题。所以我们只能选人为研究对象，那选人为研究对象能求解出人对电梯的压力吗？能！根据牛顿第三定律：作用力与反作用力是等在反向的。只要求出电梯对人的支持力，再根据牛顿第三定律就可求出人对电梯的压力。因为人是静止的所以合外力为0有：mgN

②人随电梯以加速度a匀加速上升，人对地板的压力为多大？

N G 学生自己分析解答。不会有太大难度 ④⑤两题加速度方向均向下，合外力向下，于是有mgmamgNmaNmg 师：从上面的解题结果我们发现，当人加速上升和减速下降时，人对地面的压力大于本身重力；当人加速下降和减速上升时，人对地面的压力小球本身重力。物理学中分别把这两种现象叫做超重和失重。【定义】：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受的重力，这种现象叫做超重。【定义】：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力，这种现象叫做失重。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。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实验2、学生站在医用体重计上，观察下蹲和站起时秤的示数如何变化？在实验前先让同学们理论思考示数会如何变化再去验证，最后再思考。（1）在上升过程中可分为两个阶段：加速上升、减速上升；下蹲过程中也可分为两个阶段：加速下降、减速下降。（2）当学生加速上升和减速下降时会出现超重现象；当学生加速下降和减速上升时会出现失重现象；（3）出现超重现象时加速度方向向上，出现失重现象时加速度方向向下。完全失重 ⑥人随电梯以加速度g匀加速下降，这时人对地板的压力又是多大？【解析】0mgmgNmgNmg即当电梯对人没有支持力时，人只受重力，加速度大小为g，做的是自由落体运动。同学们又看到了什么？人竟然可以对电梯没有压力？师：物理学中把这种现象叫做完全失重。【定义】：如果物体正好以大小等于g方向竖直向下的加速度做匀变速运动，这时物体对支持物、悬挂物完全没有作用力，好像完全没有了重力作用，这种状态是完全失重。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。演示实验3、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。问题： 1、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g 2、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！归纳总结（1）什么是超重（失重）现象？（2）什么情况下会出现超重（失重）现象？（3）为什么会出现超重（失重）现象？【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超重还是失重由加速度方向决定，与速度方向无关练习2、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从动力学看自由落体运动物体做自由落体运动的两个条件。

九、板书设计用牛顿运动定律解决问题（二）一、共点力的平衡条件 1、平衡状态 2、条件：合力为0 例题1：二、超重和失重 1、什么是超重（失重）现象？ 2、什么情况下会出现超重（失重）现象？ 3、为什么会出现超重（失重）现象？