2019-2020年高一物理 第三章 牛頓運算定律 超重和失重 第一課時 7.doc

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2019-2020年高一物理 第三章 牛頓運算定律 超重和失重 第一課時 7 ●教學目標 一、知識目標 1.了解超重和失重現(xiàn)象. 2.運用牛頓第二定律研究超重和失重的原因. 二、能力目標 1.培養(yǎng)學生的觀察能力和分析推理能力. 2.培養(yǎng)學生運用牛頓第二定律分析和解決問題的能力. 三、德育目標 滲透“學以致用”的思想，激發(fā)學生的學習熱情. ●教學重點 超重和失重的實質. ●教學難點 利用牛頓第二定律計算有關超重和失重問題. ●教學方法 實驗法、類比法、講練法. ●教學用具 投影儀、投影片、體重計. ●課時安排 1課時 ●教學過程 ［用投影片出示本節(jié)的課學習目標］ 1.知道什么是超重和失重. 2.知道產生失重和超重的條件. 3.知道超重和失重的實質. ●學習目標完成過程 一、導入新課 ［教師］同學們，人的體重或者物體的重力會不會發(fā)生變化呢？ ［學生］不會發(fā)生變化. ［教師］現(xiàn)有一個簡易的體重計,用它可以來稱量我們的體重.現(xiàn)在請兩位同學上來,其中一個同學站在體重計上,另一個同學在旁邊注意觀察體重計的示數(shù). ［學生］甲、乙兩同學上來.甲觀察,乙站在體重計上. ［教師］請問甲同學,此時乙的體重是多少呢?把你看到的示數(shù)告訴同學們. ［學生甲］55 kg. ［教師］現(xiàn)在請乙同學快速下蹲,甲同學注意觀察乙下蹲過程中體重計示數(shù),并把你看到的現(xiàn)象告訴同學們. ［學生甲］體重計的示數(shù)變小了. ［教師］再請乙同學快速站起,甲同學仍要注意觀察站起過程示數(shù)的變化. ［學生甲］示數(shù)變大了. ［教師］同學們都說人的體重是不會變的,為什么乙同學的體重在蹲下和站起來時發(fā)生了“變化”呢？難道他的體重真的變了嗎？ ［學生］回答可能有很多答案. ［教師］究竟為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?學完這節(jié)課后,相信同學們都會明白的. 二、新課教學 （一）超重 ［教師］通過上節(jié)課的學習,我們知道應用牛頓運動定律可以解決物體運動和受力聯(lián)系的有關問題.現(xiàn)在先看這樣一個題目: 投影片出示: ［例1］升降機地板上放一個彈簧式臺秤,秤盤上放一個質量為20 kg的物體(如圖示),當升降機: (1)以4 m/s 的速度勻速上升時，臺秤讀數(shù)是多少N？ （2）以1 m/s2的加速度豎直上升時，臺秤的讀數(shù)是多少N？ （3）以1 m/s2的加速度減速下降時，臺秤的讀數(shù)又是多少N？ ［學生活動］閱讀題目，并進行思考. ［教師］在本題中,我們選誰作為研究對象更合理些呢? ［學生］選物體更合理些.雖然,臺秤的示數(shù)是物體對臺秤的壓力所造成的,即力是直接作用在臺秤上的,但臺秤其他受力并不清楚,所以我們不能選臺秤作為研究對象,而應應用牛頓第三運動定律,把求物體對臺秤的壓力轉化為求臺秤對物體的支持力,這樣便可選已知條件較多的物體作為研究對象. ［教師］對物體來說又有哪些已知條件呢? ［學生］重力及其運動情況. ［教師］怎樣確定其運動情況呢? ［學生］因為物體和臺秤都放在升降機中,并和升降機一起運動,所以它們的運動狀態(tài)和升降機的運動狀態(tài)是相同的. ［教師］這幾個問題屬于牛頓運動定律能解決的哪類問題呢? ［學生］第二類.即已知物體的運動情況去確定物體的受力情況. ［教師］解這類問題的關鍵是什么呢? ［學生］求運動的加速度. ［教師］為什么呢? ［學生］因為加速度是聯(lián)系物體運動和受力的橋梁. ［教師］搞清楚這些問題后,請同學們獨立完成本題中的三個問題. ［學生活動］完成本題.待完成后,用投影片出示本題答案. 參考答案： 取向上為正. (1)由于升降機勻速上升 所以a=0 根據(jù)牛頓第二定律知: F合=FN-mg=0 所以FN=mg=209.8 N=196 N (2)因升降機加速上升,且a=1 m/s2,方向向上,根據(jù)牛頓第二定律得: F合=FN-mg=ma FN=mg+ma=209.8+201 N=216 N (3)因升降機減速下降,且a=1 m/s2,方向向上,根據(jù)牛頓第二定律得: F合=FN-mg=ma FN=mg+ma=209.8+201 N=216 N ［教師］物體的實際重量應是多少? ［學生］196 N. ［教師］第（2)、（3）兩情況下秤的示數(shù)還是196 N嗎? ［學生］不是. ［教師］有什么變化呢? ［學生］比物體的實際重量要大. ［教師］增大的是物體的重量嗎? ［學生］不是. ［教師］那是什么呢? ［學生］秤的示數(shù)實際是物體對秤壓力的大小,所以改變的并不是物體的重量,而是物體對秤的壓力,或者物體受的支持力. ［教師］如果拿繩吊著物體做同樣的運動,那么這時繩中拉力大小有什么特點呢? ［學生］繩中的拉力應該和秤對物體的支持力所起的作用一樣,所以也應是比物體的重力大. ［教師總結］從上面的討論知:物體對支持物的壓力(或懸繩的拉力)有時會大于物體本身的重量,我們把這種現(xiàn)象稱為超重.但超重并不是物體的重力變大,而是對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)變大,重力在這時是不變的. 那么在什么情況下才要發(fā)生這種現(xiàn)象呢?下面我們接著來分析. ［教師］以物體作為研究對象,超重實際是指物體所受支持力(或拉力)大于重力,這時物體的合力能否為零? ［學生］不能為零. ［教師］合力不為零,那么它的方向應是什么樣的呢? ［學生］因為物體受到的支持力或拉力的方向豎直向上,且比物體重力大,所以其所受合力的方向應向上. ［教師］根據(jù)牛頓第二定律,物體在這樣的合力作用下應產生怎樣的加速度呢? ［學生］依據(jù)牛頓第二定律的矢量性知:物體應產生向上的加速度. ［教師］結合運動學知識,物體有向上加速度時,它要做什么樣的運動呢? ［學生］物體可能向上加速,也可能向下減速運動. ［教師總結］由此可見: 當物體具有豎直向上的加速度,做加速上升或減速下降的運動時,會發(fā)生超重現(xiàn)象. ［鞏固練習］用投影片出示: 1.飛機起飛和降落時所處的狀態(tài)是否是超重狀態(tài)?為什么? 答案與解析：飛機是處于超重狀態(tài). 飛機起飛時,開始速度為零,起飛后速度大于零,所以這一過程是一加速上升過程,有向上的加速度.故是超重狀態(tài).而在下降過程中,開始速度大于零,到地面后速度為零,即:是一種減速下降過程,同樣具有向上加速度,所以下降過程也是處于超重狀態(tài). 2.某鋼繩所能承受的最大拉力是4104 N,如果用這條鋼繩使3.5 t的貨物勻加速上升,則物體在7 s內發(fā)生的速度改變不能超過多少?(g取10 m/s2) 答案與解析：要求速度改變量的最大值,根據(jù)加速度的定義式可知,在時間確定的情況下,實際上就是要求加速度的最大值.而由牛頓第二定律知,在質量確定的前提下,求加速度的最大值,實際上就是求合力的最大值.而在本題中物體只受重力和拉力兩個力作用,重力又是恒定不變的,所以只要知道拉力的最大值,即可解得此題. 已知:T=4104 N,m=3.5 t=3.5103 kg t=7 s,求Δv=? 取向上方向為正. 由力的運算知: F合=T-mg=4104-3.510310 N=5103 N 由牛頓第二定律:F合=ma.得: a=F合/ m =5103/3.5103 m/s2 =10/7 m/s2 由加速度的定義式:a=Δv/t 得: Δv=at =10/77 m/s =10 m/s (二)失重 ［教師］下面我們再來看這樣一個例子(用投影片出示) ［例2］質量為60 kg的人,通過光滑的定滑輪拉著m=20 kg的物體(如圖所示),當物體以5 m/s2的加速度勻加速下降時,人受到地面的支持力為多少?(g=10 m/s2) ［學生活動］閱讀題目. ［教師］我們共同來分析一下本題.本題要求地面對人的支持力,我們應選誰來作為研究對象呢? ［學生］選人作為研究對象. ［教師］我們要通過人的受力來求受力中的其中一個力,故必須對人進行受力分析. ［活動］同學生一起分析人的受力情況.人在此過程中,受重力、支持力、拉力三個力的作用(如圖所示) ［教師］人在此過程中做什么樣的運動呢? ［學生］靜止. ［教師］那么我們依據(jù)什么原理來求人受到的支持力大小呢? ［學生］根據(jù)牛頓第二定律知:物體靜止時所受的合力應為零,即F拉+F支=mg.由此可得: F支=mg-F拉. ［教師］應用上式能求出F支嗎? ［學生］不能. ［教師］下一步該怎樣做呢? ［學生］設法求出繩中拉力的大小. ［教師］怎樣求呢? ［學生］通過拉力作用的另一物體的受力來求繩中拉力的大小. ［教師］現(xiàn)在我們一起對物體進行受力分析；物體在此過程中受重力、拉力兩個力的作用,且處于加速下降狀態(tài).(如圖所示) ［教師］依據(jù)什么原理來求F拉呢? ［學生］依據(jù)牛頓第二定律F合=ma.在已知a的情況下可求得拉力的大小. ［教師］此題分析至此即可求解,請同學們寫出解題的過程. ［投影片出示解題過程］ 解：已知: m物=20 kg,a=5 m/s2,m支=60 kg.求F支=? 取向上為正. 根據(jù)牛頓第二定律:F合=ma得: F拉-mg=-ma F拉=mg-ma=2010 N-205 N=100 N 根據(jù)牛頓第一定律得: F支=mg-F拉=6010 N-100 N=500 N ［教師］在上例中物體的重力大小是多少? ［學生］物體的重力為200 N. ［教師］在此過程中繩的拉力為多少呢? ［學生］物體受到拉力的大小為100 N. ［教師總結］即使把懸繩換為支撐物,此時物體對它的壓力也會小于物體的重量.我們把物體對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)小于物體所受重力的現(xiàn)象叫失重. 那么,物體在什么情況下發(fā)生失重呢? 下面我們一起來分析一下. ［教師］從失重的定義知:當物體發(fā)生失重現(xiàn)象時物體所受支持力(或拉力)要小于它的重力,那么,此時物體所受的合力為零嗎? ［學生］不為零. ［教師］其合力方向呢? ［學生］合力方向應向下. ［教師］根據(jù)牛頓第二定律,它會產生一個什么樣的加速度呢? ［學生］產生一個向下的加速度. ［教師］此時物體能做什么運動呢? ［學生］加速下降或減速上升. ［教師總結］由上述分析可見:當物體具有向下的加速度,做加速下降或減速上升運動時,物體會發(fā)生失重. ［鞏固訓練］用投影片出示 1.在升降機內頂板上固定一輕彈簧,下端懸掛一重物.某時刻升降機內觀察者看到彈簧秤示數(shù)小于物重,則升降機的運動狀態(tài)是 A.一定是向上的加速運動 B.可能是向上做加速運動或向下做減速運動 C.一定是向下的加速運動 D.可能是向下做加速運動或向上做減速運動 2.質量為60 kg的人，站在運動的電梯里的臺秤上，臺秤的示數(shù)是539 N.問電梯的加速度是多大？是上升還是下降？ 參考答案：1.D 2.約0.82 m/s2,可能是加速下降也可能是減速上升 （三）完全失重 ［教師］同學們想一下，在失重狀態(tài)中，拉力（或支持力）小于物體的重力，從而產生了向下的加速度，那么這個加速度能取到無窮大嗎？ ［學生］不能. ［教師］為什么呢？ ［學生］因為物體的合力有一最大值，即當拉力（或支持力）減為零時，F(xiàn)合最大，且大小等于物體的重力. ［教師總結］由此可見：在失重狀態(tài)中，向下最大的加速度是重力加速度，我們把此時物體所處的狀態(tài)叫完全失重狀態(tài). 處于完全失重狀態(tài)的物體有些什么特點呢？下面我們來做一個小實驗. 找一個用過的飲料瓶,在靠近底部的側面打一小孔,當飲料瓶裝上水靜止不動時,請同學們仔細觀察有什么現(xiàn)象發(fā)生? ［學生］水會從小孔噴出. ［教師］為什么呢? ［學生］因為瓶上小孔內部存在由于水的重力而產生的壓力(p0+p水)S大于外部壓力p0S,故水會噴出. ［教師］由此可見,水噴出的真正原因是由于水的重力而造成的.當瓶自由下落時又會有什么現(xiàn)象呢? ［演示］瓶自由下落. ［學生］水不再噴出了. ［教師總結］由此可見,當物體處于完全失重狀態(tài)時,凡是和重力有關的現(xiàn)象將消失. ［鞏固練習］用投影片出示: 容器中盛滿水,現(xiàn)讓容器自由下落,設在整個下落過程中容器只發(fā)生平動,不發(fā)生轉動,那么下列說法正確的是 A.下落瞬間水對容器底面壓力最大 B.下落過程中水對容器底面壓力逐漸減小 C.下落過程中水對容器底面壓力逐漸增大 D.下落過程中水對容器底面無壓力 參考答案:D ［教師總結］通過本節(jié)學習可知:物體的重力在同一地點是恒定不變的,它和物體的運動狀態(tài)沒有關系,我們只所以看到秤的示數(shù)時而大于重力,時而小于重力,其根本原因是物體對秤的壓力變化而造成的,而并不是物體的重力在發(fā)生變化. 三、小結 通過本節(jié)，我們主要學習： 1.什么是超重、什么是失重、什么是完全失重. 2.超重、失重的實質. 3.產生超重、失重現(xiàn)象的條件. 四、作業(yè) 1.課本P64練習六 2.補充題 請同學閱讀“失重和宇宙開發(fā)”一文，然后談談自己的太空試驗設想，可以充分發(fā)揮自己的想象力. 五、板書設計