高中7 用牛顿定律解决问题（二）获奖教学设计

必修一4.7 用牛顿运动定律解决问题（二）教案

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。

（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：

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？

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

 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】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？

例题2

十、教学反思

本节课实验设计科帮助学生理解，但是超重和失重的相关练习，学生掌握的还不是很好，应加强理解的基础上，多加练习。