牛顿运动定律--两类动力学问题

3.23.2牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用--------两类动力学问题两类动力学问题 一、设计思想一、设计思想 牛顿第二定律将力学和运动学有机地结合在一起， 是动力学中的核心内容， 通过这部分 知识的复习， 有利于巩固学生对力和运动的关系， 这部分知识不仅是力学也是许多电学分析 的基础，是高考的必考内容，因此深刻地认识和掌握这部分内容具有十分重要的意义， 有利 于培养学生的一些解题方法。 在教学上，主要采取以学生交流解题方法为主， 指导学生主动 复习。 二、知识与技能：二、知识与技能： 1、掌握力学基础知识，能够熟练进行受力分析。 2、能够熟练的将力、加速度等相关矢量正交分解，列出相对应的方程。 3、熟练应用牛顿力学解决相关的动力学问题。 4、掌握两类动力学问题基本方法和步骤。 三、过程与方法：三、过程与方法： 1、利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的 “桥梁”作用,将运动学规律 和牛顿第二定律相结合,寻找加速度和未知量的关系,是解决这类问题的思考方向. 2、通过学生积极思考、讨论，并在教师的引导下完成教学 四、情感态度与价值观：四、情感态度与价值观： 培养学生严谨分析问题的态度和良好的思维能力。 五、教学重点：五、教学重点： 解答两类动力学问题的基本方法和步骤 六、教学难点：六、教学难点： 1、 合理的选取研究对象（整体法、隔离法），准确的受力分析，恰当的进行力的分解。 2、 对动力学问题求解的思路的理解和列方程运算求解的掌握。对问题过程的分析，明 确物理情景，以及相关的多解性问题。 七、教学方法：七、教学方法： 启发、讨论、推理、讲授 课前自学课前自学 一、牛顿第二定律 1．内容：物体加速度的大小跟作用力成，跟物体的质量成，加速度的方向 与 ____________________。 2．表达式：。 3．适用范围 (1)牛顿第二定律只适用于参考系(相对地面静止或 的参考系). (2)牛顿第二定律只适用于物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情 况. 特别提醒 1． 牛顿第二定律 F=ma 在确定 a 与 m、 F 的数量关系的同时,也确定了三个量间的单位关系及 a 和 F 间的方向关系. 2．应用牛顿第二定律求a 时,可以先求 F 合，再求a，或先求各个力的加速度，再合成求出 1 受受 力力 情情 合加速度。 二、两类动力学问题 1.已知物体的受力情况,求物体的。 2.已知物体的运动情况,求物体的。 3.利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的“桥梁”作用,将运动学规律和 牛顿第二定律相结合,寻找加速度和未知量的关系,是解决这类问题的思考方向. 三、单位制 1.单位制由基本单位和导出单位共同组成. 2.力学单位制中的基本单位有 , , . 3.导出单位有 , ,等. 特别提醒 在计算的时候,如果所有的已知量都用同一种单位制中的单位来表示,那么,只要正确地 应用物理公式， 计算的结果就总是用这个单位制中的单位来表示， 而在计算过程中不必所有 的物理量都带单位。 教学过程教学过程 引课：通过课前大家的自学，明确牛顿第二定律和运动学之间的关系，现在学生就重点 知识进行回顾。 重点问题： 1．牛顿第二定律的“四性” （1）瞬时性）瞬时性：牛顿第二定律表明了物体的加速度与物体所受合外力的瞬时对应关系。 a 为 某一瞬时的加速度， F 即为该时刻物体所受的合外力， 对同一物体 a 与 F 的关系为瞬时对应。 （2）矢量性矢量性：牛顿第二定律公式是矢量式，任一瞬间a 的方向均与 F 合的方向相同，当F 合方向变化时，a 的方向同时变化，且任意时刻两者均保持一致。 （3）同一性同一性：牛顿第二定律公式中的三个物理量必须是针对同一物体而言的； 物体受力运 动时必然只有一种运动情形， 其运动状态只能由物体所受的合力决定， 而不能是其中的一个 力或几个力。 （4）同时性同时性：牛顿第二定律中F、a 只有因果关系而没有先后之分，F 发生变化时，a 同时 变化，包括大小和方向。 2. 解答两类动力学问题的基本方法 1．基本方法 (1)明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点，如果是比较复杂的问题，应该明确整个 物理现象是由几个物理过程组成的，找出相邻过程的联系点，再分别研究每一个物理过程。 (2)根据题意，确定研究对象，进行分析，并画出示意图。图中应注明力、速度、加速度的 符号和方向． 对每一个力都应明确施力物体和受力物体， 以免分析力时有所遗漏或无中生有。 (3)应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常先用表示物理量的符号运算，解出所求物理 量的表达式来，然后将已知物理量的数值及单位代入， 通过运算求结果．应事先将已知物理 量的单位都统一采用国际单位制中的单位。 (4)分析流程图 合合 0 0 加加 速速 度度 a a F F 运动学运动学 公式公式 运运 动动 情情 况况 v v 、、v v、、x x、、t t 2 =ma=ma 况况 3.应用牛顿第二定律的解题步骤 (1)明确研究对象。根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体。 (2)分析物体的受力情况和运动情况，画好受力分析图，明确物体的运动性质和运动过程。 (3)选取正方向或建立坐标系， 通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴 的正方向。 (4)求合外力 F 合。 (5)根据牛顿第二定律 F 合=ma 列方程求解，必要时还要对结果进行讨论。 特别提醒 1．物体的运动情况是由所受的力及物体运动的初始状态共同决定的。 2．无论是哪种情况，联系力和运动的“桥梁”是加速度。 说明：说明： 动力学的两类问题在生产和生活中有广泛的应用， 所以学习这部分知识有重要的意义。 题型题型 1 1：已知力求运动：已知力求运动 例 1.风洞实验室中可以产生水平方向的、大小可调节的风力，现将一套有小球的细直杆放 入风洞实验室，小球孔径略大于细杆直径。 （1）当杆在水平方向上固定时，调节风力的大小，使小球在杆上做匀速运动，这时小球所 受的风力为小球所受重力的0.5 倍，求小球与杆间的滑动摩擦因数。 （2）保持小球所受风力不变，使杆与水平方向间夹角为37°并固定，则小球从静止出发在 细杆上滑下距离 S 所需时间为多少？（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8） 解：解：（1）设小球所受的风力为 F，小球质量为 （2）设杆对小球的支持力为N，摩擦力为 沿杆方向 垂直于杆方向 可解得 3 题型题型 2 2：已知运动求力：已知运动求力 例 2.科研人员乘气球进行科学考察。气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为990 kg。 气球在空中停留一段时间后,发现气球漏气而下降,及时堵住。 堵住时气球下降速度为1 m/s, 且做匀加速运动,4 s 内下降了 12 m。为使气球安全着陆,向舱外缓慢抛出一定的压舱物。此 后发现气球做匀减速运动,下降速度在 5 分钟内减少了 3 m/s。若空气阻力和泄漏气体的质 2 量均可忽略,重力加速度 g=9.89 m/s ,求抛掉的压舱物的质量。 解析：设堵住漏洞后,气球的初速度为 v0,所受的空气浮力为 F,气球、座舱、压舱物和科研 人员的总质量为 m，由牛