2022高中物理 第四章 牛頓運動定律 4.7 剖析動力學(xué)的兩類問題學(xué)案 新人教版必修1

2022高中物理 第四章 牛頓運動定律 4.7 剖析動力學(xué)的兩類問題學(xué)案 新人教版必修1一、考點突破知識點考綱要求題型分值牛頓運動定律牛頓運動定律的應(yīng)用動力學(xué)的兩類問題各題型均有涉及615分二、重難點提示重點：用牛頓第二定律解決動力學(xué)的兩類問題。難點：中間變量加速度a的求解。力和運動關(guān)系的兩類基本問題一、已知物體的受力情況，確定物體的運動情況已知物體受力情況確定運動情況，指的是在受力情況已知的條件下，要求判斷出物體的運動狀態(tài)或求出物體的速度和位移等相關(guān)量。處理這類問題的基本思路是：先分析物體的運動情況求出合力，根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，再利用運動學(xué)的有關(guān)公式，求出要求的速度和位移。二、已知物體的運動情況，確定物體的受力情況已知物體運動情況確定受力情況，指的是在運動情況（如物體的運動性質(zhì)、速度、加速度或位移）已知的條件下，要求得出物體所受的力（大小、方向或變化情況）。處理這類問題的基本思路是：首先分析清楚物體的受力情況，根據(jù)運動學(xué)公式求出物體的加速度，然后在分析物體受力情況的基礎(chǔ)上，利用牛頓第二定律列方程求力?！竞诵耐黄啤考铀俣萢是聯(lián)系運動和力的紐帶在牛頓第二定律公式（Fma）和運動學(xué)公式（勻變速直線運動公式vv0at，xv0tat2，v2v022ax等）中，均包含有一個共同的物理量加速度a。由物體的受力情況，利用牛頓第二定律可以求出加速度，再由運動學(xué)公式便可確定物體的運動狀態(tài)及其變化；反過來，由物體的運動狀態(tài)及其變化，利用運動學(xué)公式可以求出加速度，再由牛頓第二定律便可確定物體的受力情況?？梢姡瑹o論是哪種情況，加速度始終是聯(lián)系運動和力的橋梁。求加速度是解決有關(guān)運動和力問題的基本思路，正確的受力分析和運動過程分析則是解決問題的關(guān)鍵。例題1 在交通事故的分析中，剎車線的長度是很重要的依據(jù)，剎車線是汽車剎車后，停止轉(zhuǎn)動的輪胎在地面上發(fā)生滑動時留下的滑動痕跡。在某次交通事故中，汽車的剎車線長度是14 m，假設(shè)汽車輪胎與地面間的動摩擦因數(shù)恒為0.7，g取10m/s2，則汽車剎車前的速度為（ ）A. 7 m/sB. 10 m/sC. 14 m/sD. 20 m/s思路分析：設(shè)汽車剎車后滑動的加速度大小為a，由牛頓第二定律可得mgma，ag由勻變速直線運動速度位移關(guān)系式v022ax，可得汽車剎車前的速度為m/s14m/s。正確選項為C。答案：C例題2 蹦床是運動員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾，并做各種空中動作的運動項目，一個質(zhì)量為60kg的運動員，從離水平網(wǎng)面3.2高處自由下落，著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0高處。已知運動員與網(wǎng)接觸的時間為1.2，若把在這段時間內(nèi)網(wǎng)對運動員的作用力當(dāng)作恒力處理，求此力的大?。╣取10m/s2）。思路分析：將運動員看作質(zhì)量為m的質(zhì)點，從h1高處下落，剛接觸網(wǎng)時速度的大小為（向下）；彈跳后到達(dá)的高度為h2，剛離網(wǎng)時速度的大小為（向上）。速度的改變量vv1v2（向上）。以a表示加速度， t表示運動員與網(wǎng)接觸的時間，則va t。接觸過程中運動員受到向上的彈力F和向下的重力mg，由牛頓第二定律得Fmgma。由以上各式解得，代入數(shù)值得F1.5×103。答案：1.5×103【綜合拓展】應(yīng)用牛頓運動定律解題的技巧牛頓運動定律是動力學(xué)的基礎(chǔ)，也是整個經(jīng)典物理理論的基礎(chǔ)。應(yīng)用牛頓運動定律解決問題時，要注意掌握必要的解題技巧：巧用隔離法當(dāng)問題涉及幾個物體時，我們常常將這幾個物體“隔離”開來，對它們分別進(jìn)行受力分析，根據(jù)其運動狀態(tài)，應(yīng)用牛頓第二定律或平衡條件列式求解。特別是問題涉及物體間的相互作用時，隔離法不失為一種有效的解題方法。巧用整體法將相互作用的兩個或兩個以上的物體組成一個整體（系統(tǒng)）作為研究對象，去尋找未知量與已知量之間的關(guān)系的方法稱為整體法。整體法能減少和避開非待求量，簡化解題過程。整體法和隔離法是相輔相成的。巧建坐標(biāo)系通常我們建立坐標(biāo)系是以加速度的方向作為坐標(biāo)軸的正方向，有時為減少力的分解，也可巧妙地建立坐標(biāo)軸，而將加速度分解，應(yīng)用牛頓第二定律的分量式求解。巧用假設(shè)法對物體進(jìn)行受力分析時，有些力存在與否很難確定，往往用假設(shè)推理法可以迅速解決。使用這種方法的基本思路是：假設(shè)某力存在（或不存在），然后利用已知的物理概念和規(guī)律進(jìn)行分析推理，從而肯定或否定所做的假設(shè)，得出正確的判斷。巧用程序法按時間順序?qū)ξ矬w運動過程進(jìn)行分析的解題方法稱為程序法。其基本思路是：先正確劃分問題中有多少個不同的運動過程，然后對各個過程進(jìn)行具體分析，從而得出正確的結(jié)論。巧建理想模型應(yīng)用牛頓第二定律解題時，往往要建立一些理想模型。例如：將物體看成質(zhì)點，光滑接觸面摩擦力為0，細(xì)線、細(xì)桿及一般的物體為剛性模型，輕彈簧、橡皮繩為彈性模型等等。巧析臨界狀態(tài)在物體運動狀態(tài)的變化過程中，往往在達(dá)到某個特定狀態(tài)時，有關(guān)的物理量將發(fā)生突變，此狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。利用臨界狀態(tài)的分析作為解題思路的起點，是一條有效的思考途徑。巧求極值問題求解極值問題?？刹捎梦锢矸椒ê蛿?shù)學(xué)方法。建立物理模型，分析物理過程，這是物理解法的特征。數(shù)學(xué)解法則是先找出物理量的函數(shù)關(guān)系式，然后直接應(yīng)用數(shù)學(xué)方法求得極值?！靖哳l疑點】解答動力學(xué)兩類問題的基本程序1. 明確題目中給出的物理現(xiàn)象和物理過程的特點，如果是比較復(fù)雜的問題，應(yīng)該明確整個物理現(xiàn)象是由哪幾個物理過程組成的，找出相鄰過程的聯(lián)系點，再分別研究每一個物理過程。2. 根據(jù)問題的要求和計算方法，確定研究對象，進(jìn)行分析，并畫出示意圖，圖中應(yīng)注明力、速度、加速度的符號和方向，對每一個力都明確其施力物體和受力物體，以免分析受力時有所遺漏或無中生有。3. 應(yīng)用牛頓運動定律和運動學(xué)公式求解，通常先用表示相應(yīng)物理量的符號進(jìn)行運算，解出所求物理量的表達(dá)式，然后將已知物理量的數(shù)值及單位代入，通過運算求結(jié)果?！緷M分訓(xùn)練】如圖所示，物體A放在足夠長的木板B上，木板B靜止于水平面上。已知A的質(zhì)量mA和B的質(zhì)量mB均為2.0 kg，A、B之間的動摩擦因數(shù)10.2，B與水平面之間的動摩擦因數(shù)20.1，最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小視為相等，重力加速度g取10 m/s2。若從t0開始，木板B受F116 N的水平恒力作用，t1 s時F1改為F24 N，方向不變，t3 s時撤去F2。（1）木板B受F116 N的水平恒力作用時，A、B的加速度aA、aB各為多少？（2）從t0開始，到A、B都靜止，A在B上相對B滑行的時間為多少？（3）請以縱坐標(biāo)表示A受到B的摩擦力FfA，橫坐標(biāo)表示運動時間t（從t0開始，到A、B都靜止），取運動方向為正方向，在圖中畫出FfAt的關(guān)系圖線（不必寫出分析和計算過程）。思路分析：（1）根據(jù)牛頓第二定律得1mAgmAaAaA1g0.2×10 m/s22 m/s2F12（mAmB）g1mAgmBaB代入數(shù)據(jù)得aB4 m/s2（2）t11 s時，A、B的速度分別為vA、vB vAaAt12×1 m/s2 m/svBaBt14×1 m/s4 m/sF1改為F24 N后，在B速度大于A速度的過程，A的加速度不變，B的加速度設(shè)為aB，根據(jù)牛頓第二定律得F22（mAmB）g1mAgmBaB代入數(shù)據(jù)得aB2 m/s2設(shè)經(jīng)過時間t2，A、B速度相等，此后它們保持相對靜止，則vAaAt2vBaBt2代入數(shù)據(jù)得t20.5 sA在B上相對B滑行的時間為tt1t21.5 s（3）FfAt的關(guān)系圖線如圖所示。答案：（1）2 m/s24 m/s2（2）1.5 s（3）見思路分析圖