4.5牛顿运动定律的应用 教学设计-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

牛顿运动定律的应用 一、教学目标 1.物理观念 （1）结合实例分析,了解视重与实重的概念,在此基础上知道超重与失重的含义。 （2）能运用牛顿第二定律和牛顿第三定律对超重和失重进行定量分析,理解超重和失重现象产生的原因及本质。 2.科学思维 学会观察和分析生活中有关物理知识的实例与实验现象，具有初步的观察能力、分析概括能力。 3.科学探究 通过实践和探究，让学生感觉科学就在身边。培养学生对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理的精神，树立正确的世界观和唯物主义观。 4.科学态度与责任 培养学生观察思考，勇于发现乐于探究的学习习惯，以及应用物理知识解决实际问题的能力。 二、教学重难点 教学重点：利用牛顿第二定律和第三定律对超重和失重现象进行定量分析。 教学难点：理解超重和失重现象产生的实质。 三、教学分析 通过前面对“牛顿第二定律”的学习,学生对解决物体做匀变速直线运动的问题已有所了解,但对定律的运用还不是很熟练,易将超重、失重现象与牛顿运动定律知识割裂,教学中要注意引导学生,将新知识纳入旧知识结构,让学生体会到超重、失重只是牛顿运动定律知识的迁移与应用而已。学生在学习超重和失重现象时会受到一些前概念的影响,容易把生活中所说的有些“超重”与物理学上的超重混为一谈,把物理学上的失重误认为是物体“失去重力”;容易把超重、失重现象的运动学特征与物体的运动方向相联系。因此在本节课教学中利用了实验和理论探究的方法,自主学习与小组合作学习的方式,让学生自己体验、分析、归纳、讨论、评价等得出结论。激发了学生的学习兴趣,提高动手与合作能力,养成透过现象看本质的物理意识。 四、教学过程 教师:人们乘坐竖直电梯时会有什么感觉呢? 学生:电梯启动和停止时,会有和站在地面不同的感觉。 教师:那么我们大概分析一下电梯运行的运动情况。如果从一楼上到十楼,电梯是如何运动的? 学生:电梯首先从静止开始向上做加速运动,然后做运动运动,要到达十楼时向上做减速运动。 教师:如果电梯从十楼下到一楼呢? 学生:电梯首先从静止开始向下做加速运动,然后做运动运动,要到达一楼时向下做减速运动。 教师:现在我们利用力传感器,模拟电梯上楼、下楼的过程。 (教师演示,得出力随时间的变化图像。) 教师:同学们利用这幅拉力与时间的关系图,利用牛顿第二定律,解释一下刚才对电梯运动的分析结果。 (学生讨论) 人站在电梯中,人的质量为m.如果当电梯以加速度a加速上升时,人对地板的压力为多大? 教师引导分析:选取人作为研究对象,分析人的受力情况:人受到两个力的作用,分别是人的重力和电梯地板对人的支持力.由于地板对人的支持力与人对地板的压力是一对作用力与反作用力,根据牛顿第三定律,只要求出地板对人的支持力就可以求出人对地板的压力. 取向上为正方向,根据牛顿第二定律写出支持力F、重力G、质量m、加速度a的方程F-G=ma,由此可得:F=G+ma=m(g+a) 人对地板的压力F′与地板对人的支持力大小相等,即F′=m(g+a) 由于m(g+a)>mg,所以当电梯加速上升时,人对地板的压力比人的重力大. 教师总结:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体受到的重力的现象称为超重现象. 教师:物体处于超重现象时物体的加速度方向如何呢? 学生:物体的加速度方向向上. 教师:当物体的加速度方向 向上时,物体的运动状态是怎样的? 学生:应该是加速上升或减速下降。 引导学生总结:加速度向上时物体的运动状态分为两种情况,即加速向上运动或减速向下. 物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体受到的重力,物体处于超重状态。 教师:人以加速度a加速向下运动,这时人对地板的压力多大? 教师:人随电梯以加速度。减速上升,人对地板的压力为多大? 教师总结:当物体对支持物的压力(对悬挂物的拉力)小于物体重力的现象称为失重. 教师:人随电梯向下的加速度a=g,这时人对地板的压力又是多大? 教师总结: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.(播放天宫一号中宇航员的失重视频和飞机自由下楼制造的失重体验。) 教师: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? 学生:没有发生变化,只是物体的视重发生了变化. 教师总结:物体处于“超重”或“失重”状态,并不是说物体的重力增大了或减小了(甚至消失了),地球作用于物体的重力始终是存在的 .即使是完全失重现象,物体的重力也没有丝毫变大或变小.当然,物体所受重力会随高度的增加而减小,但与物体超、失重并没有联系.超(失)重现象是指物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于(小于)重力的现象.“超重”“失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关,只决定于物体的加速