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    2021-2022学年高中物理新人教版必修第一册 4.3 牛顿第二定律 教案
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    2020-2021学年3 牛顿第二定律教案

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    这是一份2020-2021学年3 牛顿第二定律教案,共18页。教案主要包含了单元等内容,欢迎下载使用。

    课题: §4.3.2牛顿第二定律(习题课) 年 月 日
    教学目标 核心素养
    物理观念:理解牛顿第二定律的内容、表达式的确切含义;
    科学思维: 灵活依据物体的运动情况分析受力,进行合成或分解;
    科学思维:掌握牛顿运动定律解动力学问题的基本思路、方法;
    科学探究:
    教学重点
    1、依据运动情况对物体受力分析
    2、牛顿第二定律的灵活应用
    3、
    教学难点
    1、物体的受力分析,合成、分解
    2、牛顿第二定律的灵活应用
    3、
    高考考点
    课 型
    新授
    教 具
    教 法
    教 学 过 程
    教学环节
    教师活动预设
    学生活动预设
    课前复习:
    1.怎样对物体受力分析,怎样求合力。
    2.匀变速直线运动的规律
    3.牛顿第二定律的内容、表达式含义。
    课前练习:
    如图所示,一个物体从固定斜面的顶端由静止开始下滑,斜面倾角θ=300,重力加速度g取10m/s2.
    ⑴若斜面光滑,则物体下滑过程中的加速度是多大?
    ⑵若斜面不光滑,物体与斜面间的动摩擦因数 ,物体
    教学环节
    教师活动预设
    学生活动预设
    下滑过程中的加速度又是多大?
    解:(略),师生共同完成,主要规范步骤,总结解题步骤。
    一、牛顿运动定律应用的解题步骤。
    ⑴确定研究对象
    ⑵进行受力分析和运动状态分析,画出受力图,明确运动性质和运动过程。
    ⑶正交分解,根据定律列方程
    ⑷统一单位,代入数据求解
    ⑸必要时,对解的结果加以说明或讨论。
    应用牛顿运动定律解题的常用方法
    ㈠、力的合成法
    根据牛顿第二定律的矢量性,加速度的方向就是合外力的方向。所以当物体受两个力作用而产生加速度时,根据合外力的方向准确作出平行四边形,求出合力,再根据合力与加速度方向的一致性,可判出加速度的方向,反之亦然。再根据有关的角度或长度,由几何知识求解。
    例1.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,cs37°=0.8)
    ⑴ 求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况.
    ⑵ 求悬线对球的拉力.
    解:(略)
    教学环节
    教师活动预设
    学生活动预设
    变式1:如图,光滑半圆形槽,半径为R,槽内有一质量为
    m的小球,距槽底高度为h,求槽运动的方向和加速度。
    解:(略)
    变式2:质量为M,倾角为θ的光滑楔形木块静止在水平桌面上,与桌面间的动摩擦因素为μ,质量为m的物块置于楔形木块上,为保持物块相对斜面静止,可用水平力F推楔形木块,求水平推力的大小。
    解:(略)
    2.如图所示,一倾角为θ的斜面上放着一小车,小车上吊着小球m,小车在斜面上下滑时,小球与车相对静止共同运动,当悬线处于下列状态时,分别求出小车下滑的加速度及悬线的拉力.
    ⑴悬线沿竖直方向;
    ⑵悬线与斜面方向垂直;
    ⑶悬线沿水平方向.
    解题的难点是几何关系的应运用
    解题的关键在于能否正确理解“保持物块相对斜面静止”。
    本题应从受力着手,结合运动状态确定加速度,再求出悬线拉力。
    教学环节
    教师活动预设
    学生活动预设
    ㈡正交分解法:
    正交分解法是把矢量分解到两个互相垂直的坐标上的方法,当物体受到三个或三个以上的不在同一直线上的力作用时,一般都用正交分解法。
    表示方法:Fx = F1x+ F2x + F3x +… = max
    Fy = F1y+ F2y + F3y +… = may
    为减少矢量的分解,在建立直角坐标系时,确定坐标轴常有以下两种方法:
    ⑴分解力:以加速度方向为x轴的正方向,y轴与加速度方向垂直,沿坐标轴方向分解力。牛顿第二定律的表达式为∑Fx =ma,
    ∑Fy =0。这种方法我们经常使用。
    3.质量为m的物体放在倾角为θ斜面上,从以某一初速度开始下滑,下滑过程中斜面始终静止不动。
    求:⑴物体的加速度。
    ⑵若在m上放一物体m′后一起下滑,求它们共同的加速度。
    ⑶若在m上施加一个竖直向下过重心的力,则加速度怎样变化
    变式:如图所示,质量为m的物体以某一初速度v滑上倾角为θ的斜面上,斜面保持不动,求物体上滑的加速度的大小。
    教学环节
    教师活动预设
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    4.质量为m的木块在水平拉力作用下沿粗糙斜面上加速上升,加速度为a,已知斜面倾角为θ,木块和斜面间的动摩擦因数为μ,求推力F的大小。(重力加速度g)
    5.小车静止在光滑水平面上,车内两绳子系住一物体m,如图。
    ①若小车向左加速,判定绳中张力的变化情况。
    A
    B
    m
    ②若小车向右加速运动,绳中张力怎样变化。
    变式:如图,m静止于斜劈上,对劈施一水平推力F使系统加速运动,当F逐渐增大,在m相对斜劈运动前,确定m受到的支持力N和摩擦力f的变化情况。(也可以分解加速度)
    ⑵分解加速度:物体所受的几个力分别在互相垂直的两个方向上,且与加速度方向不同,此时以力所在的两个方向建立直角坐标系。牛顿第二定律的表达式∑Fx =max和∑Fy =may。
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    6.如图所示,质量为m的人站在自动扶梯上,扶梯正以加速度a向上加速运动,a与水平方向的夹角为θ.求人受到的支持力和摩擦力。
    总结:无论分解力还是分解加速度,没有本质的区别,二者是通用的,只是为了尽可能分解少的矢量来决定分解力还是分解加速度。(分解加速度时也要分解力)
    分解力时以加速的方向为一个坐标轴方向,另一个方向合外力为零,而分解加速度时两个方向的合外力都不为零。
    二、瞬时性问题
    分析物体在某一时刻的瞬时加速度,关键是分析瞬时状态前后的受力情况及运动状态,再由牛顿第二定律求出瞬时加速度,此类问题应注意两种基本模型的建立。
    ⑴钢性绳(或接触面):认为是一种不发生明显形变就可产生弹力的物体,若剪断(或脱离)后,其弹力立即消失,不需要形变恢复时间。
    ⑵轻弹簧(或橡皮绳):此种物体的特点是形变量大,形变恢复需要较长时间,在瞬时问题中,其弹力的大小可以看成不变。
    1.如图所示,质量分别为mA和mB的A和B两球用轻弹簧连接,A球用细绳悬挂起来,两球均处于静止状态。如果将悬挂A球的细绳剪断,此时A和B两球的瞬时加速度各是多少?
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    2.如图所示,质量为m的小球在水平细线和与竖直方向成θ角的弹簧作用下处于静止状态,剪断细线的瞬间,试求小球的加速度大小及方向。
    3.一轻质弹簧上端固定,下端挂一重物,平衡时弹簧伸长了4cm,再将重物向下拉1cm,然后放手,则在刚放手的瞬间,重物的加速度大小为( )(g=10m/s2)
    A.12.5 m/s2 B.10 m/s2 C.7.5 m/s2 D.2.5 m/s2
    4.如图所示,木块A与B用一轻弹簧相连,竖直放在木块C上,三者静止于地面,它们的质量之比是1∶2∶3,设所有接触面都光滑,当沿水平方向迅速抽出木块C的瞬时,求木块A和B的加速度。
    5.光滑的水平面上有一质量为m=1kg的小球,小球与水平轻弹簧和与水平面成θ=30°的角的轻绳的一端相连,如图所示,此时小球处于静止状态,且水平面对小球的弹力恰好为零,当剪断绳的瞬间,小球的加速度大小及方向如何?此时轻弹簧的弹力与水平面对球的弹力的比值为多少?(g=10m/s2)
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    四.整体法、隔离法分析连接体问题
    1.连结体一般是指由两个或两个以上有一定联系的物体构成的系统。
    2.解决方法—整体法与隔离法
    当物体间相对静止,具有共同的加速度时,就可以把它们作为一个整体,通过对整体所受的合外力列出整体的牛顿第二定律方程。
    当需要计算物体间 (或一个物体的各个部分)的受力情况,画出隔离体的受力图,列出牛顿第二定律方程。具体问题中常需要交叉运用整体法和隔离法,有分有合,从而可迅速求解。
    (一)加速度相同的连接体
    1.如图所示,质量相等的五个木块,并排放在水平地面上,当用水平力F推第1个木块时,求:第2块推第3块、第3块推第4块的力分别是多大?
    展示连接体的模型,让学生初步认识连接体。
    题目中没明确地面是否光滑,所以要引导学生全面考虑。
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    变式1..如图所示,水平面上有质量分别为m1和m2的甲、乙两木块,两木块中间用一原长为L、劲度系数为k的轻质弹簧连接起来,现用一水平力F向左推木块乙,当两木块一起匀加速运动时,两木块之间的距离是( )
    A.L+ B.
    C. L- D. L+
    变式2.如图所示,两个质量分别为m1=2kg、m2=3kg的物体置于光滑的水平面上,中间用轻弹簧测力计相连接。两个大小分别为F1=30N、F2=20N的水平拉力分别作用在m1、m2上则( )
    A.它们的加速度大小为2m/s2 C.弹簧秤的示数是26N B.它们的加速度大小为10m/s 2D.弹簧秤的示数是50N
    2.置于斜面上的相同材料的1、2两个物体用轻绳连接,两物体的质量分别为m1、m2,在物体2上施加一平行于斜面的外力F,使两物体沿斜面向上做匀加速直线运动。求:两物体间细绳拉力的大小
    可拓展:如果用力F去拉乙木块,两木块间距离是多少。
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    学生活动预设
    变式:.如图所示,质量分别为mA、mB的A、B两物块用轻线连接放在倾角为θ的斜面上,用始终平行于斜面向上的拉力F拉A,使它们沿斜面匀加速上升,A、B与斜面的动摩擦因数均为μ,为了增加轻线上的张力,可行的办法是( )
    A.减小A物块的质量
    B.增大B物块的质量
    C.增大倾角θ
    D.增大动摩擦因数μ
    3.在倾角为θ的固定光滑斜面上,叠放着质量分别为mA和mB的物体A、B,如图所示。A、B之间摩擦系数为μ。若A、B之间没有相对滑动,而共同沿斜面下滑。则A、B之间摩擦力的值应是 。(可讨论斜面不光滑的情况)
    变式1.物体B放在物体A上,A、B的上下表面均与斜面平行(如图),当两者以相同的初速度靠惯性沿光滑固定斜面C向上做匀减速运动时( )
    A.A受到B的摩擦力沿斜面方向向上
    B.A受到B的摩擦力沿斜面方向向下
    C.A、B之间的摩擦力为零
    D.A、B之间是否存在摩擦力取决于A、B表面的性质
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    变式2.如图所示,两个同种材料制成的物体A、B中间用一个不计质量的轻杆相连。A、B的质量分别为m1、m2,与斜面间的滑动摩擦系数为μ.,当它们在斜面上加速下滑时,关于杆的受力情况,以下说法正确的是( )
    A.杆一定受到压力 B.若m1<m2,则杆受到压力
    C.若m1>m2,则杆受到拉力 D.杆既不受拉力也没有压力
    变式3.如图所示,固定在水平面上的斜面倾角为θ,长方体木块A的质量为M,其PQ面上钉着一枚小钉子,质量为m的小球B通过一细线与小钉子相连接,细线与PQ面平行且与斜面垂直,木块与斜面间的动摩擦因数为μ,以下说法正确的是 ( )
    A.若木块匀速下滑,则小球对木块的压力为零
    B.若木块匀速下滑,则小球对木块的压力为mgsinθ
    C.若木块匀加速下滑,则小球对木块的压力为零
    D.若木块匀加速下滑,则小球对木块的压力为μmgcsθ
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    (二)加速度大小相等、方向不同的连接体
    .3.不计绳、滑轮的质量和一切摩擦,物体M在m的作用下从静止开始运动。
    求:①运动过程中M的加速度的大小。
    ②现以一恒力F代替物体m,使M在相同的时间内的位移相同,此力的大小为:
    A.mg B.(M-m)g C. D.无法确定
    4.质量分别为m1和m2的两个小物块用轻绳连接,绳跨过位于倾角α=30°的光滑斜面顶端的轻滑轮,滑轮与转轴之间的摩擦不计,斜面固定在水平桌面上,如图所示。第一次,m1悬空,m2放在斜面上,用t表示m2自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间。第二次,将m1和m2位置互换,使m2悬空,m1放在斜面上,发现m1自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间为。求m1与m2之比。
    总结:等效于绳子拉直后的情况
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