高中物理 第4章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 6 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題（一）課件 新人教版必修1.ppt

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6 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題(一),填一填,練一練,一、從受力情況確定運(yùn)動(dòng)情況(見(jiàn)課本第85頁(yè)) 已知物體的受力情況,根據(jù)牛頓第二定律求出物體的加速度,再通過(guò)物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件(初、末位置和初、末速度及運(yùn)動(dòng)時(shí)間等),根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的運(yùn)動(dòng)情況。 二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力情況(見(jiàn)課本第86頁(yè)) 已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的加速度,再根據(jù)牛頓第二定律求出物體所受的合外力,進(jìn)而知道物體受到其他力的情況。 說(shuō)明:(1)牛頓第二定律確定了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系,使我們能夠把物體的運(yùn)動(dòng)情況或受力情況聯(lián)系起來(lái)。 (2)在動(dòng)力學(xué)的兩類(lèi)問(wèn)題中,都涉及加速度,因此加速度在解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中起到了關(guān)鍵作用。,,,,,填一填,練一練,質(zhì)量為1 kg的物體,受水平恒力F的作用,由靜止開(kāi)始在光滑的水平面上做加速運(yùn)動(dòng),它在1 s內(nèi)的位移為2 m,則力F的大小為( ) A.1 N B.2 N C.4 N D.6 N,答案:C,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,由物體的受力情況確定運(yùn)動(dòng)情況 如圖所示,汽車(chē)在高速公路上行駛,如果:(1)汽車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng);(2)汽車(chē)關(guān)閉油門(mén)滑行。 試結(jié)合上述情況討論:由物體的受力情況確定其運(yùn)動(dòng)的思路是怎樣的?,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.解題思路,2.一般步驟 (1)確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,并畫(huà)出物體的受力圖。 (2)根據(jù)力的合成與分解,求出物體所受的合外力(包括大小和方向)。 (3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求出物體運(yùn)動(dòng)的加速度。 (4)結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)的初始條件,選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)量——任意時(shí)刻的位移和速度,以及運(yùn)動(dòng)軌跡等。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題1】 在海濱游樂(lè)場(chǎng)里有一種滑沙的娛樂(lè)活動(dòng)。如圖所示,人坐在滑板上從斜坡的高處A點(diǎn)由靜止開(kāi)始滑下,滑到斜坡底端B點(diǎn)后沿水平的滑道再滑行一段距離到C點(diǎn)停下來(lái)。若某人和滑板的總質(zhì)量m=60.0 kg,滑板與斜坡滑道和水平滑道的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.50,斜坡AB的長(zhǎng)度l=36 m。斜坡的傾角θ=37°(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),斜坡與水平滑道間是平滑連接的,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力忽略不計(jì),重力加速度g取10 m/s2。 (1)人從斜坡頂端滑到底端的時(shí)間為多少? (2)人滑到水平面上后還能滑行多遠(yuǎn)?,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,點(diǎn)撥:,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析:(1)人在斜坡上下滑時(shí),受力如圖所示。設(shè)人沿斜坡下滑的加速度為a,由牛頓第二定律得mgsin θ-Ff=ma 又Ff=μFN 垂直于斜坡方向有FN-mgcos θ=0 解得a=2 m/s2 解得t=6 s。 (2)設(shè)人滑到水平面時(shí)的速度為v,則有v=at 解得v=12 m/s 在水平面上滑行時(shí),設(shè)加速度為a',根據(jù)牛頓第二定律,有μmg=ma' 解得a'=5 m/s2 設(shè)還能滑行的距離為x,則v2=2a'x 解得x=14.4 m。 答案:(1)6 s (2)14.4 m,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練1 如圖所示,放置于水平地面質(zhì)量是10 kg的物體,在與水平方向成37°角的斜向右上方的拉力F=100 N的作用下,由靜止開(kāi)始沿水平地面做直線運(yùn)動(dòng),物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2),試求: (1)5 s末物體的速度大小和5 s內(nèi)物體的位移; (2)拉力F多大時(shí)物體可以做勻速直線運(yùn)動(dòng)?,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析:(1)以物體為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,建立直角坐標(biāo)系如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律得,x方向有 Fcos 37°-Ff=ma y方向有Fsin 37°+FN-mg=0 又Ff=μFN 聯(lián)立解得a=6 m/s2 5 s末物體的速度大小v=at=6×5 m/s=30 m/s 5 s內(nèi)物體通過(guò)的位移 (2)物體做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度為零,可得 Fcos 37°-μ(mg-Fsin 37°)=0 解得F=45.5 N。 答案:(1)30 m/s 75 m (2)45.5 N,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,由物體的運(yùn)動(dòng)情況確定受力情況 一運(yùn)動(dòng)員滑雪時(shí)的照片如圖所示,如果:(1)知道在下滑過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。(2)知道在下滑過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)位移。 試結(jié)合上述情況討論:由物體的運(yùn)動(dòng)情況確定其受力情況的思路是怎樣的?,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.解題思路 2.解題步驟 (1)確定研究對(duì)象。 (2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,并畫(huà)出物體受力示意圖。 (3)根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出物體的加速度。 (4)根據(jù)牛頓第二定律列方程求出物體所受的力。 (5)根據(jù)力的合成和分解方法,求出所需求解的力。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】 一輛汽車(chē)在恒定牽引力作用下由靜止開(kāi)始沿直線運(yùn)動(dòng),4 s內(nèi)通過(guò)8 m的距離,此后關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),汽車(chē)又運(yùn)動(dòng)了2 s停止,已知汽車(chē)的質(zhì)量m=2×103 kg,汽車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力大小不變,求: (1)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)汽車(chē)的速度大小; (2)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受到的阻力大小; (3)汽車(chē)牽引力的大小。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,答案:(1)4 m/s (2)4×103 N (3)6×103 N,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2 靜止在水平面上的物體的質(zhì)量為2 kg,在水平恒力F推動(dòng)下開(kāi)始運(yùn)動(dòng),4 s末它的速度達(dá)到4 m/s,此時(shí)將力撤去,又經(jīng)6 s物體停下來(lái),若物體與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)不變,求F的大小。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,連接體問(wèn)題及處理方法 如圖,用力F把水迅速提起來(lái),如何知道桶中的水對(duì)桶底的壓力呢?,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.連接體及其特點(diǎn) 多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物體連接(疊放,并排或由繩子、細(xì)桿聯(lián)系)在一起的物體組稱(chēng)為連接體。連接體一般具有相同的運(yùn)動(dòng)情況(速度、加速度)。 2.處理連接體問(wèn)題的常用方法 (1)整體法:若連接物具有相同的加速度,可以把連接體看成一個(gè)整體作為研究對(duì)象,在進(jìn)行受力分析時(shí),要注意區(qū)分內(nèi)力和外力。采用整體法時(shí)只分析外力,不分析內(nèi)力。 (2)隔離法:把研究的物體從周?chē)矬w中隔離出來(lái),單獨(dú)進(jìn)行分析,從而求解物體之間的相互作用力。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題3】 北京殘奧會(huì)開(kāi)幕式上,運(yùn)動(dòng)員手拉繩索向上攀登,最終點(diǎn)燃了主火炬,體現(xiàn)了殘疾運(yùn)動(dòng)員堅(jiān)忍不拔的意志和自強(qiáng)不息的精神。為了探究上升過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員與繩索和吊椅間的作用,可將過(guò)程簡(jiǎn)化。一根不可伸縮的輕繩跨過(guò)輕質(zhì)的定滑輪,一端掛一吊椅,另一端被坐在吊椅上的運(yùn)動(dòng)員拉住,如圖所示。設(shè)運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為65 kg,吊椅的質(zhì)量為15 kg,不計(jì)定滑輪與繩子間的摩擦。重力加速度g取10 m/s2。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員與吊椅一起正以加速度a=1 m/s2上升時(shí),試求: (1)運(yùn)動(dòng)員豎直向下拉繩的力的大小; (2)運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力大小。 點(diǎn)撥:先將運(yùn)動(dòng)員和座椅作為一個(gè)整體,根據(jù)牛頓第二定律可求得運(yùn)動(dòng)員對(duì)繩子的拉力;然后再隔離運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行分析,可以求得運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力。,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析:(1)設(shè)運(yùn)動(dòng)員受到繩向上的拉力為F,由于跨過(guò)定滑輪的兩段繩子拉力相等,吊椅受到繩的拉力也是F。對(duì)運(yùn)動(dòng)員和吊椅整體進(jìn)行受力分析如圖所示,則有 2F-(m人+m椅)g=(m人+m椅)a F=440 N 由牛頓第三定律,運(yùn)動(dòng)員豎直向下拉繩的力的大小 F'=440 N。 (2)設(shè)吊椅對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力為FN,對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行受力分析如圖所示,則有 F+FN-m人g=m人a FN=275 N 由牛頓第三定律,運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力也為275 N。 答案:(1)440 N (2)275 N,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練3 (多選) 如圖所示,在光滑地面上,水平外力F拉動(dòng)小車(chē)和木塊一起做無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的加速運(yùn)動(dòng),小車(chē)質(zhì)量是M,木塊質(zhì)量是m,力大小是F,加速度大小是a,木塊和小車(chē)之間動(dòng)摩擦因數(shù)是μ,則在這個(gè)過(guò)程中,木塊受到的摩擦力大小是 ( ) A.μmg B. C.μ(M+m)g D.ma 解析:因?yàn)閙、M在力F的作用下一起做無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的加速運(yùn)動(dòng),所以取m、M為一整體,由牛頓第二定律可知F=(M+m)a,設(shè)木塊m受的摩擦力向右,大小為Ff,由牛頓第二定律得Ff=ma,以上兩式聯(lián)立可得 ,B、D正確。 答案:BD,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),探究一,探究二,1,2,3,4,5,答案:D,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),探究一,探究二,1,2,3,4,5,2.A、B兩物體以相同的初速度在同一水平面上滑動(dòng),兩個(gè)物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,且mA=3mB,則它們所能滑行的距離xA、xB的關(guān)系為( ) A.xA=xB B.xA=3xB C. D.xA=9xB 解析:根據(jù)牛頓第二定律知,兩物體加速度a=μg,且初速度相同,根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2=2ax,知 ,則xA=xB。 答案:A,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),探究一,探究二,1,2,3,4,5,3.用30 N的水平外力F拉一個(gè)靜止在光滑水平面上的、質(zhì)量為20 kg的物體,力F作用3 s后消失。則第5 s末物體的速度大小和加速度大小分別是( ) A.v=4.5 m/s,a=1.5 m/s2 B.v=7.5 m/s,a=1.5 m/s2 C.v=4.5 m/s,a=0 D.v=7.5 m/s,a=0 解析:由牛頓第二定律得力F作用時(shí)物體的加速度 m/s2=1.5 m/s2,力F作用3 s時(shí)速度大小為v=at=1.5×3 m/s=4.5 m/s,而力F消失后,其速度不再變化,物體加速度為零,C正確。 答案:C,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),探究一,探究二,1,2,3,4,5,4.水平面上一質(zhì)量為m的物體,在水平恒力F作用下,從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)時(shí)間t后撤去外力,又經(jīng)時(shí)間3t物體停下,則物體受到的阻力為( ),解析:對(duì)物體由牛頓第二定律得力F作用時(shí):F-Ff=ma1,v=a1t;撤去力F后:Ff=ma2,v=a2·3t,解以上四式得 ,故B正確。 答案:B,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),探究一,探究二,1,2,3,4,5,5. ABS系統(tǒng)是一種能防止車(chē)輪被抱死而導(dǎo)致車(chē)身失去控制的安全裝置,全稱(chēng)防抱死剎車(chē)系統(tǒng)。它既能保持足夠的制動(dòng)力,又能維持車(chē)輪緩慢轉(zhuǎn)動(dòng),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)汽車(chē)上。有一汽車(chē)沒(méi)有安裝ABS系統(tǒng),急剎車(chē)后,車(chē)輪抱死,在路面上滑動(dòng)。 (1)若車(chē)輪與干燥路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.7,汽車(chē)以14 m/s 的速度行駛,急剎車(chē)后,滑行多遠(yuǎn)才停下? (2)若車(chē)輪與濕滑路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1,汽車(chē)急剎車(chē)后的滑行距離不超過(guò)18 m,剎車(chē)前的最大速度是多少?(g取10 m/s2),探究三,當(dāng)堂檢測(cè),探究一,探究二,1,2,3,4,5,答案:(1)14 m (2)6 m/s,