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必修一 4.6用牛頓定律解決問(wèn)題（一）學(xué)案
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
一、預(yù)習(xí)目標(biāo)
1.已知物體的受力情況，求物體的運(yùn)動(dòng)情況。（自主預(yù)習(xí)例題一）
2.已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，求物體的受力情況。（自主預(yù)習(xí)例題二）
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容（自主學(xué)習(xí)課本89頁(yè)—91頁(yè)）
三、提出疑惑
同學(xué)們，通過(guò)你的自主學(xué)習(xí)，你還有哪些疑惑，請(qǐng)把它填在下面的表格中
疑惑點(diǎn)疑惑內(nèi)容



課內(nèi)探究學(xué)案
一．學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.知道應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決的兩類主要問(wèn)題。
2.掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題的基本思路和方法。
3.能結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)情況對(duì)物體的受力情況進(jìn)行分析。
4.能根據(jù)物體的受力情況推導(dǎo)物體的運(yùn)動(dòng)情況。

二．學(xué)習(xí)重點(diǎn)
3.已知物體的受力情況，求物體的運(yùn)動(dòng)情況。
4.已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，求物體的受力情況。

三．學(xué)習(xí)難點(diǎn)
1.物體的受力分析及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析和重要的解題方法的靈活選擇和運(yùn)用。
2.正交分解法。
四、學(xué)習(xí)過(guò)程
探究一：(一)從受力確定運(yùn)動(dòng)情況
例題1
分析 這個(gè)問(wèn)題是已知物體受的力，求它運(yùn)動(dòng)的速度和位移。
先考慮兩個(gè)問(wèn)題。
（1）物體受到的合力沿什么方向？大小是多少？
（2）物體的運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)嗎？
解題過(guò)程：


對(duì)應(yīng)練習(xí)1 在交通事故的分析中，剎車線的長(zhǎng)度是很重要的依據(jù)，剎車線是汽車剎車后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎在地面上發(fā)生滑動(dòng)時(shí)留下的滑動(dòng)痕跡。在某次交通事故中，汽車的剎車線長(zhǎng)度是14 m，假設(shè)汽車輪胎與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)恒為0.7，g取10m/s2，則汽車剎車前的速度為（ ）
A. 7 m/s B. 10 m/s C. 14 m/sD. 20 m/s

探究二：（二）從運(yùn)動(dòng)情況確定受力
例題二
分析 這個(gè)題目是已知人的運(yùn)動(dòng)情況，求人所受的力。應(yīng)該注意三個(gè)問(wèn)題。
（1）分析人的受力情況，滑雪人共受幾個(gè)力的作用？這幾個(gè)力各沿什么方向？其中哪些力是已知的？哪些力是待求的？
（2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的關(guān)系得到下滑加速度，求出對(duì)應(yīng)的合力，再由合力求出人受的阻力。
（3）適當(dāng)選取坐標(biāo)系，使運(yùn)動(dòng)正好沿著一個(gè)坐標(biāo)軸的方向。
解題過(guò)程：


對(duì)應(yīng)練習(xí)2 　蹦床是運(yùn)動(dòng)員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，一個(gè)質(zhì)量為60kg的運(yùn)動(dòng)員，從離水平網(wǎng)面3.2ｍ高處自由下落，著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0ｍ高處。已知運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間為1.2ｓ，若把在這段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力當(dāng)作恒力處理，求此力的大小（g取10m/s2）。
提示 將運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)分為下落、觸網(wǎng)和蹦回三個(gè)階段研究。
解析　將運(yùn)動(dòng)員看作質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)，從h1高處下落，剛接觸網(wǎng)時(shí)速度的大小為
（向下）；
　彈跳后到達(dá)的高度為h2，剛離網(wǎng)時(shí)速度的大小為
　 （向上）。
速度的改變量 Δv＝v1＋v2（向上）。
以a表示加速度，Δ t表示運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間，則
Δv＝a Δ t。
接觸過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員受到向上的彈力F和向下的重力mg，由牛頓第二定律得
F－mg＝ma。
　 由以上各式解得 ，
　 代入數(shù)值得　 F＝1.5×103Ｎ。

（三）反思總結(jié)
1．力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的兩類基本問(wèn)題
① 已知物體的受力情況，確定物體的運(yùn)動(dòng)情況；
② 已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，確定物體的受力情況。
2．解決力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系問(wèn)題的一般步驟
①確定研究對(duì)象；
②分析研究對(duì)象的受力情況，必要時(shí)畫受力示意圖；
③分析研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況，必要時(shí)畫運(yùn)動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)圖；
④利用牛頓第二定律或運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求加速度；
⑤利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式或牛頓第二定律進(jìn)一步求解要求的物理量。
五．當(dāng)堂檢測(cè)
1. 如圖4—37所示，一水平傳送帶長(zhǎng)為20m，以2m/s的速度做勻速運(yùn)動(dòng)。已知某物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1，現(xiàn)將該物體由靜止輕放到傳送帶的A端。求物體被送到另一端B點(diǎn)所需的時(shí)間。（g 取10m/s2）
提示 本題要計(jì)算物體由A到B的時(shí)間，分析物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程，有兩種可能。一種可能是從靜止開始一直加速到B，知道加速度就可求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間；另一種可能是，物體加速一段時(shí)間后速度與傳送帶相同，接著做勻速運(yùn)動(dòng)，有兩個(gè)過(guò)程，要分別計(jì)算時(shí)間。

2. 如圖4—38所示，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中可產(chǎn)生水平方向的、大小可調(diào)解的風(fēng)力�，F(xiàn)將一套有小球的細(xì)直桿放入風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，小球孔徑略等大于直徑。
（1）當(dāng)桿在水平方向固定時(shí)，調(diào)解風(fēng)力的大小，使小球在桿上做勻速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)小球所受的風(fēng)力為小球所受重力的0.5倍，求小球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)。
（2）保持小球所受的風(fēng)力不變，使桿與水平方向的夾角為370并固定，則小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離s所需時(shí)間為多少？(sin370=0.6, cos370=0.8)
提示 注意（1）中小球做勻速運(yùn)動(dòng)，（2）中小球做勻加速運(yùn)動(dòng)，兩種情況風(fēng)力及小球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)均不變，不要錯(cuò)誤地認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力相同。
解析 (1) 設(shè)小球所受風(fēng)力為F，則 F=0.5mg。
當(dāng)桿水平固定時(shí)，小球做勻速運(yùn)動(dòng)，則所受摩擦力Ff與風(fēng)力F等大反向，即
Ff=F。
又因 Ff=μFN=μmg，
以上三式聯(lián)立解得小球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5。
(2) 當(dāng)桿與水平方向成θ=370角時(shí)，小球從靜止開始沿桿加速下滑。設(shè)下滑距離s所用時(shí)間為t，小球受重力mg、風(fēng)力F、桿的支持力FN’和摩擦力Ff’作用，由牛頓第二定律可得，
沿桿的方向 Fcosθ+mgsinθ－Ff’=ma，
垂直桿的方向 FN’+F sinθ－mgcosθ=0，
又 Ff’= μFN’， F=0.5mg，
解得小球的加速度
。
因 ，
故小球的下滑時(shí)間為 。

課后練習(xí)與提高
1. 如圖4—39所示，箱子放在水平地面上，箱內(nèi)有一固定的豎直桿，桿上套著一個(gè)圓環(huán)。箱子的質(zhì)量為M，環(huán)的質(zhì)量為m，圓環(huán)沿桿滑動(dòng)時(shí)與桿間有摩擦。
(1)若環(huán)沿桿加速下滑，環(huán)與桿間摩擦力的大小為F，則箱子對(duì)地面的壓力有多大？
(2)若環(huán)沿桿下滑的加速度為a，則箱子對(duì)地面的壓力有多大？
(3)若給環(huán)一定的初速度，使環(huán)沿桿上滑的過(guò)程中摩擦力的大小仍為F，則箱子對(duì)地面的壓力有多大？
(4)若給環(huán)一個(gè)初速度v0，環(huán)沿桿上滑h高后速度恰好為0，則在環(huán)沿桿上滑的過(guò)程中箱子對(duì)地面的壓力有多大？
提示 由于環(huán)沿桿下滑和上滑時(shí)的加速度與箱子不同，因此應(yīng)分別以環(huán)和箱子為研究對(duì)象，分析它們的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況，并找出它們之間的聯(lián)系。
解析 (1) 環(huán)沿桿下滑時(shí)，環(huán)受到的摩擦力方向向上，箱子（即桿）受到的摩擦力方向向下，故箱子受到地面的支持力 FN=Mg+F。
根據(jù)牛頓第三定律可知，箱子對(duì)地面的壓力
FN’= FN=Mg+F。
(2) 環(huán)以加速度a加速下滑，由牛頓第二定律有
mg－F=ma，
故環(huán)受到的摩擦力 F=m(g－a)。
直接應(yīng)用(1)的結(jié)果，可得箱子對(duì)地面的壓力
FN’ =Mg+F=Mg+ m(g－a)=(M+m)g－ma。
(3) 環(huán)沿桿上滑時(shí)，環(huán)受到的摩擦力方向向下，箱子（即桿）受到的摩擦力方向向上，故箱子受到地面的支持力 FN=Mg－F。
根據(jù)牛頓第三定律可知，箱子對(duì)地面的壓力
FN’= FN=Mg－F。
(4) 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 v02=2ah，
可得環(huán)沿桿上滑做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小為
，
由牛頓第二定律有 mg+F=ma，
故環(huán)受到的摩擦力 F=m(a－g)。
直接應(yīng)用(3)的結(jié)果，可得箱子對(duì)地面的壓力
FN’ =Mg－F=Mg－m(a－g)=(M+m)g－ma=(M+m)g－ 。
點(diǎn)悟 上述將圓環(huán)和箱子分隔開來(lái)，分別對(duì)它們進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析的方法，稱為隔離法。在問(wèn)題涉及多個(gè)物體組成的系統(tǒng)時(shí)，常常運(yùn)用隔離法分析求解。
本題第（2）小題也可采用整體法分析：圓環(huán)和箱子組成的系統(tǒng)受重力(M+m)g和地面的支持力FN的作用。因?yàn)閳A環(huán)向下的加速度a應(yīng)由系統(tǒng)的合外力提供，故有
(M+m)g－FN=ma，
解得 FN=(M+m)g－ma。
由牛頓第三定律可得，箱子對(duì)地面的壓力
FN’ = FN=(M+m)g－ma。
本題第（4）小題在求得環(huán)沿桿上滑做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小后，也可采用整體法分析，請(qǐng)自行解答。
2. 一個(gè)行星探測(cè)器從所探測(cè)的行星表面豎直升空，探測(cè)器的質(zhì)量為1500 kg，發(fā)動(dòng)機(jī)推力恒定.發(fā)射升空后9 s末，發(fā)動(dòng)機(jī)突然間發(fā)生故障而關(guān)閉。圖4—40是從探測(cè)器發(fā)射到落回地面全過(guò)程的速度圖象。已知該行星表面沒(méi)有大氣，不考慮探測(cè)器總質(zhì)量的變化，求：
(1) 探測(cè)器在行星表面上升達(dá)到的最大高度 H；
(2) 該行星表面附近的重力加速度g；
(3) 發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的推力F。

本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.douzifanli.com/gaoyi/55511.html

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