202X_202X新教材高中物理4.5牛顿运动定律的应用课件新人教版必修1

1、5.牛顿运动定律的应用一、牛顿第二定律的作用一、牛顿第二定律的作用确定了确定了_的关系的关系, ,把物体的运动情况与受力把物体的运动情况与受力情况联系起来。情况联系起来。运动和力运动和力二、两类动力学问题二、两类动力学问题【思考思考】一小球一小球用细线吊于光滑斜面的顶点用细线吊于光滑斜面的顶点, ,若斜面向若斜面向右加速运动右加速运动, ,小球可能受几个力小球可能受几个力? ?斜面向左加速运动呢斜面向左加速运动呢? ?提示提示: :斜面向右加速运动斜面向右加速运动, ,小球可能受三个力小球可能受三个力, ,也可能受也可能受两个力。斜面向左加速运动两个力。斜面向左加速运动, ,小球可能受三个力小

2、球可能受三个力, ,也可也可能受两个力。能受两个力。1.1.从受力确定运动情况从受力确定运动情况: :如果已知物体的受力情况如果已知物体的受力情况, ,可可以由以由_求出物体的加速度求出物体的加速度, ,再通过再通过_确定物体的运动情况。确定物体的运动情况。2.2.从运动情况确定受力从运动情况确定受力: :如果已知物体的运动情况如果已知物体的运动情况, ,根根据据_求出物体的加速度求出物体的加速度, ,再根据再根据_就可以确定物体所受的力。就可以确定物体所受的力。牛顿第二定律牛顿第二定律运动学运动学的规律的规律运动学公式运动学公式牛顿第二定牛顿第二定律律一从受力确定运动情况一从受力确定运动情况

3、1.1.问题界定问题界定: :已知物体受力情况确定运动情况已知物体受力情况确定运动情况, ,指的是指的是在受力情况已知的条件下在受力情况已知的条件下, ,判断出物体的运动状态或求判断出物体的运动状态或求出物体的速度和位移。出物体的速度和位移。2.2.解题思路解题思路: :3.3.解题步骤解题步骤: :(1)(1)确定研究对象确定研究对象, ,对研究对象进行受力分析对研究对象进行受力分析, ,并画出物并画出物体的受力分析图。体的受力分析图。(2)(2)根据力的合成或力的正交分解根据力的合成或力的正交分解, ,求出物体所受的合求出物体所受的合外力或外力或F Fx x、F Fy y。(3)(3)根据

4、牛顿第二定律求出物体运动的加速度。根据牛顿第二定律求出物体运动的加速度。(4)(4)结合物体运动的初始条件结合物体运动的初始条件, ,选择运动学公式选择运动学公式, ,求解其求解其他待求的运动学物理量。他待求的运动学物理量。【思考思考讨论讨论】试分析物体以某一初速度试分析物体以某一初速度v v0 0沿光滑斜面的运动情况沿光滑斜面的运动情况。( (模型建构模型建构) )提示提示: :物体的受力物体的受力: :重力、斜面的支持力重力、斜面的支持力, ,加速度沿斜面加速度沿斜面向下向下, ,故图甲物体向下做匀加速运动故图甲物体向下做匀加速运动, ,图乙物体向上做图乙物体向上做匀减速运动。匀减速运动。

5、【典例示范典例示范】滑冰车是儿童喜欢的冰上娱乐项目之一。如图所示为滑冰车是儿童喜欢的冰上娱乐项目之一。如图所示为小明妈妈正与小明在冰上做游戏小明妈妈正与小明在冰上做游戏, ,小明与冰车的总质量小明与冰车的总质量是是40 kg,40 kg,冰车与冰面之间的动摩擦因数为冰车与冰面之间的动摩擦因数为0.050.05。在某。在某次游戏中次游戏中, ,假设小明妈妈对冰车施加了假设小明妈妈对冰车施加了40 N40 N的水平推力的水平推力, ,使冰车从静止开始运动使冰车从静止开始运动10 s10 s后后, ,停止施加力的作用停止施加力的作用, ,使使冰车自由滑行。冰车自由滑行。( (假设运动过程中冰车始终沿

6、直线运动假设运动过程中冰车始终沿直线运动, ,小明始终没有施加力的作用小明始终没有施加力的作用) )。求。求: :世纪金榜导世纪金榜导学号学号(1)(1)冰车的最大速率。冰车的最大速率。(2)(2)冰车在整个运动过程中滑行总位移的大小。冰车在整个运动过程中滑行总位移的大小。【思维思维建模建模】【解析解析】(1)(1)以冰车及小明为研究对象以冰车及小明为研究对象, ,由牛顿第二定由牛顿第二定律得律得F-mg=maF-mg=ma1 1v vm m=a=a1 1t t由得由得v vm m=5 m/s=5 m/s。(2)(2)冰车匀加速运动过程中有冰车匀加速运动过程中有x x1 1= a= a1 1t

7、 t2 2冰车自由滑行时有冰车自由滑行时有mg=mamg=ma2 2 =2a =2a2 2x x2 2又又x=xx=x1 1+x+x2 2由得由得x=50 mx=50 m答案答案: :(1)5 m/s(1)5 m/s(2)50 m(2)50 m122mv【母题追问母题追问】1.1.请根据请根据【典例示范典例示范】中的情境中的情境, ,试求冰车一共滑行了试求冰车一共滑行了多长时间多长时间? ?【解析解析】 撤去推力后撤去推力后, ,冰车在摩擦力作用下做匀减速冰车在摩擦力作用下做匀减速直线运动直线运动, ,最终速度为最终速度为0 0由运动学公式由运动学公式:0=v:0=vm m-a-a2 2t,t

8、,解得解得t=10 st=10 s所以所以t t总总=t+t=20 s=t+t=20 s答案答案: :20 s20 s2.2.请根据请根据【典例示范典例示范】中的情境中的情境, ,假设小明妈妈对冰车假设小明妈妈对冰车施加了施加了40 N40 N的水平推力的水平推力, ,使冰车从静止开始运动使冰车从静止开始运动5 s5 s后后, ,停止施加力的作用停止施加力的作用, ,则冰车自由滑行的时间是多少则冰车自由滑行的时间是多少? ?【解析解析】由运动学公式得由运动学公式得v vm m=a=a1 1t t1 1解得解得v vm m=2.5 m/s=2.5 m/s停止施加力停止施加力, ,冰车做匀减速直线

9、运动冰车做匀减速直线运动由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得mg=mamg=ma2 2又又0=v0=vm m-a-a2 2tt解得解得t=5 st=5 s答案答案: :5 s5 s【补偿训练补偿训练】1.(1.(多选多选) )如图所示如图所示, ,表示某小球所受的合力与时间关系表示某小球所受的合力与时间关系, ,各段的合力大小相同各段的合力大小相同, ,作用时间相同作用时间相同, ,设小球从静止开设小球从静止开始运动始运动, ,由此可以判定由此可以判定 ( () )A.A.小球向前运动小球向前运动, ,再返回停止再返回停止B.B.小球向前运动小球向前运动, ,再返回不会停止再返回不会停止C.C.小

10、球始终向前运动小球始终向前运动D.D.小球在小球在4 4秒末速度为秒末速度为0 0【解析解析】选选C C、D D。由图像可知。由图像可知, ,物体在奇数秒内物体在奇数秒内, ,合力合力恒定不变恒定不变, ,从静止开始做匀加速直线运动。偶数秒内力从静止开始做匀加速直线运动。偶数秒内力反向反向, ,由于惯性由于惯性, ,物体仍沿原方向做匀减速直线运动物体仍沿原方向做匀减速直线运动, ,偶偶数秒末速度为零数秒末速度为零, ,周而复始周而复始, ,做单向直线运动。做单向直线运动。C C、D D正正确。确。2.2.质量为质量为4 kg4 kg的物体放在与水平面成的物体放在与水平面成3030角、足够长角、

11、足够长的粗糙斜面底端的粗糙斜面底端, ,物体与斜面间的动摩擦因数物体与斜面间的动摩擦因数= , ,作用在物体上的外力与斜面平行作用在物体上的外力与斜面平行, ,随时间变化的图像如随时间变化的图像如图所示图所示, ,外力作用在物体上的时间共外力作用在物体上的时间共8 s,8 s,根据所给条件根据所给条件(sin 30(sin 30= = ,cos 30,cos 30= = ,g,g取取10 m/s10 m/s2 2) )求求: :331232(1)(1)物体所受的摩擦阻力为多大物体所受的摩擦阻力为多大? ?(2)(2)物体在物体在0 04 s4 s内的加速度为多少内的加速度为多少? ?运动的位移

12、为多运动的位移为多少少? ?(3)(3)物体从运动到停止走过的总位移为多少物体从运动到停止走过的总位移为多少? ?【解析解析】(1)(1)如图如图, ,对物体进行受力分析可得对物体进行受力分析可得: :G G1 1=mgsin 30=mgsin 30=20 N,=20 N,F FN N=G=G2 2=mgcos 30=mgcos 30=20 =20 N,N,F Ff f= =F FN N= = 20 N=20 N20 N=20 N。3333(2)(2)由牛顿第二定律可得由牛顿第二定律可得,0,04 s4 s内物体的加速度内物体的加速度: : s s时的速度时的速度:v:v1 1=at=20 m

13、/s,=at=20 m/s,0 04 s4 s内位移内位移:x:x1 1= at= at2 2=40 m=40 m。(3)4(3)46 s6 s内拉力为内拉力为0,0,物体匀减速运动物体匀减速运动, ,加速度加速度: : 物体运动物体运动2 s2 s速度恰好减为速度恰好减为0,0,通过的位移通过的位移: :1221fFGFa5 m/s ,m221fGF2020am/s10 m/sm4，x x2 2= = 2 m=20 m,2 m=20 m,6 610 s10 s和和0 04 s4 s运动相同运动相同,x,x3 3=x=x1 1=40 m,=40 m,101012 s12 s和和4 46 s6

14、s运动相同运动相同,x,x4 4=x=x2 2=20 m,=20 m,由于由于G G1 1=F=Ff f, ,故故12 s12 s后物体将静止在斜面上后物体将静止在斜面上; ;物体运动的总位移物体运动的总位移:x=x:x=x1 1+x+x2 2+x+x3 3+x+x4 4=120 m=120 m。20vt2答案答案: :(1)20 N(1)20 N(2)5 m/s(2)5 m/s2 240 m40 m(3)120 m(3)120 m二从运动情况确定受力二从运动情况确定受力1.1.问题界定问题界定: :已知物体运动情况确定受力情况已知物体运动情况确定受力情况, ,指的是指的是在运动情况在运动情况

15、( (如物体的运动性质、速度、加速度或位移如物体的运动性质、速度、加速度或位移) )已知的条件下已知的条件下, ,要求得出物体所受的力。要求得出物体所受的力。2.2.解题思路解题思路: :3.3.解题步骤解题步骤: :(1)(1)确定研究对象确定研究对象, ,对研究对象进行受力分析和运动过对研究对象进行受力分析和运动过程分析程分析, ,并画出受力图和运动草图。并画出受力图和运动草图。(2)(2)选择合适的运动学公式选择合适的运动学公式, ,求出物体的加速度。求出物体的加速度。(3)(3)根据牛顿第二定律列方程根据牛顿第二定律列方程, ,求物体所受的合外力。求物体所受的合外力。(4)(4)根据力

16、的合成与分解的方法根据力的合成与分解的方法, ,由合力求出所需的力由合力求出所需的力。【典例示范典例示范】一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动动,4 s ,4 s 内通过内通过8 m8 m的距离的距离, ,此后关闭发动机此后关闭发动机, ,汽车又运汽车又运动了动了2 s2 s停止停止, ,已知汽车的质量已知汽车的质量m=2m=210103 3 kg, kg,汽车运动汽车运动过程中所受的阻力大小不变过程中所受的阻力大小不变, ,求求: :世纪金榜导学号世纪金榜导学号(1)(1)关闭发动机时汽车的速度大小。关闭发动机时汽车的速度大小。(2)(2

17、)汽车运动过程中所受到的阻力大小。汽车运动过程中所受到的阻力大小。(3)(3)汽车牵引力的大小。汽车牵引力的大小。【思维思维建模建模】【解析解析】(1)(1)汽车开始做匀加速直线运动汽车开始做匀加速直线运动, ,则则 解得解得v v0 0= =4 m/s= =4 m/s。(2)(2)汽车滑行减速过程中加速度汽车滑行减速过程中加速度a a2 2= =-2 m/s= =-2 m/s2 2, ,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得-F-Ff f=ma=ma2 2解得解得F Ff f=4=410103 3 N N001v0 xt2012xt020vt(3)(3)开始加速过程中加速度为开始加速过程中加速度为

18、a a1 1, ,则则x x0 0= = 由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F-FF-Ff f=ma=ma1 1解得解得F=FF=Ff f+ma+ma1 1=6=610103 3 N N答案答案: :(1)4 m/s(1)4 m/s(2)4(2)410103 3 N N(3)6(3)610103 3 N N21 11a t2【素养训练素养训练】1.(1.(多选多选) )三个质量均为三个质量均为m m的物体的物体, ,分别沿三个质量均为分别沿三个质量均为M M且倾角均为且倾角均为的固定斜面下滑的固定斜面下滑; ;但甲减速下滑但甲减速下滑, ,乙加速乙加速下滑下滑, ,丙匀速下滑丙匀速下滑, ,且甲

19、、乙的加速度大小相等且甲、乙的加速度大小相等, ,则则( () )A.A.减速下滑时对地的压力最大减速下滑时对地的压力最大B.B.三种情况对地的压力一样大三种情况对地的压力一样大C.C.甲、乙两种情况下甲、乙两种情况下,m,m所受摩擦力一样大所受摩擦力一样大D.D.甲、乙两种情况下甲、乙两种情况下, ,地面所受摩擦力一样大地面所受摩擦力一样大【解析解析】选选A A、D D。将加速度分解为水平和竖直方向的。将加速度分解为水平和竖直方向的分加速度分加速度; ;在竖直方向上由牛顿第二定律可知在竖直方向上由牛顿第二定律可知, ,甲加速甲加速度向上度向上, ,则甲处于超重状态则甲处于超重状态, ,乙处于

20、失重状态乙处于失重状态, ,丙匀速下丙匀速下滑滑, ,故对整体分析可知故对整体分析可知, ,减速下滑时减速下滑时, ,对地面的压力最大对地面的压力最大, ,故故A A正确正确,B,B错误错误; ;对物体对物体m m受力分析可知受力分析可知, ,甲中甲中f-f-mgsin=ma;mgsin=ma;而乙中为而乙中为mgsin-f=ma;mgsin-f=ma;则可知则可知, ,甲中甲中m m受摩擦力大受摩擦力大, ,故故C C错误错误; ;对整体分析可知对整体分析可知, ,甲、乙两种甲、乙两种情况下情况下, ,水平分加速度相同水平分加速度相同, ,则水平分力大小为则水平分力大小为f=maf=max

21、x; ;故斜面受到地面的摩擦力一样大故斜面受到地面的摩擦力一样大, ,则由牛顿第三定律可则由牛顿第三定律可知知, ,地面受到的摩擦力一样大地面受到的摩擦力一样大, ,故故D D正确。正确。2.20182.2018年国庆前夕年国庆前夕, ,某市启动某市启动“机动车文明礼让斑马机动车文明礼让斑马线线”, ,交警部门为样板斑马线配上了新型电子警察。头交警部门为样板斑马线配上了新型电子警察。头一个月一个月, ,查处违规机动车近查处违规机动车近3 0003 000辆次辆次,“,“逼迫逼迫”各位驾各位驾驶员学会驶员学会“文明礼让文明礼让”。一辆质量为。一辆质量为2.02.010103 3 kg kg的汽的

22、汽车车, ,以以54 km/h54 km/h速度沿迎泽大街的平直道路匀速行驶速度沿迎泽大街的平直道路匀速行驶, ,距距斑马线还有斑马线还有30 m30 m远的距离时远的距离时, ,发现有行人通过斑马线发现有行人通过斑马线, ,经过经过0.5 s0.5 s的反应时间的反应时间, ,汽车制动开始做匀减速运动汽车制动开始做匀减速运动, ,恰恰好在斑马线前停住好在斑马线前停住,“,“重力加速度重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2”。 世纪金榜导学号世纪金榜导学号(1)(1)不考虑制动过程中汽车的牵引力作用不考虑制动过程中汽车的牵引力作用, ,求汽车制动求汽车制动过程中所受的运动阻力大小。过

23、程中所受的运动阻力大小。(2)(2)若汽车正常行驶时所受阻力为车重的若汽车正常行驶时所受阻力为车重的0.050.05倍倍, ,要使要使汽车从静止开始匀加速经汽车从静止开始匀加速经10 s10 s时间使速度重新达到时间使速度重新达到54 km/h,54 km/h,求牵引力的大小。求牵引力的大小。【解析解析】(1)(1)设汽车在反应时间内行驶的距离为设汽车在反应时间内行驶的距离为x x1 1, ,制制动过程中行驶的距离为动过程中行驶的距离为x x2 2, ,加速度大小为加速度大小为a a1 1, ,所受阻力所受阻力大小为大小为f,f,由牛顿第二定律及运动学公式可知由牛顿第二定律及运动学公式可知x

24、x1 1=v=v0 0t t反反x x1 1+x+x2 2=x=x 2021vx2af=maf=ma1 1解得解得f=1.0f=1.010104 4 N N(2)(2)汽车从静止开始经过汽车从静止开始经过10 s10 s时间使速度重新达到时间使速度重新达到54 km/s54 km/s过程的加速度大小为过程的加速度大小为a a2 2, ,牵引力为牵引力为F,F,由牛顿运由牛顿运动定律及运动学公式动定律及运动学公式v v0 0=a=a2 2t t加加F-0.05 mg=maF-0.05 mg=ma2 2解得解得F=4.0F=4.010103 3 N N答案答案: :(1)1.0(1)1.01010

25、4 4 N N(2)4.0(2)4.010103 3 N N【补偿训练补偿训练】某研究性学习小组利用力传感器研究小球与竖直挡板某研究性学习小组利用力传感器研究小球与竖直挡板间的作用力间的作用力, ,实验装置如图所示实验装置如图所示, ,已知斜面倾角为已知斜面倾角为4545, ,光滑小球的质量光滑小球的质量m=3 kg,m=3 kg,力传感器固定在竖直挡板上。力传感器固定在竖直挡板上。求求:(g=10 m/s:(g=10 m/s2 2) ) (1)(1)当整个装置静止时当整个装置静止时, ,力传感器的力传感器的示数。示数。(2)(2)当整个装置向右做匀加速直线运当整个装置向右做匀加速直线运动时动

26、时, ,力传感器示数为力传感器示数为36 N,36 N,此时装置此时装置的加速度大小。的加速度大小。(3)(3)某次整个装置在水平方向做匀加速直线运动时某次整个装置在水平方向做匀加速直线运动时, ,力力传感器示数恰好为传感器示数恰好为0,0,此时整个装置的运动方向如何此时整个装置的运动方向如何? ?加加速度为多大速度为多大? ?【解析解析】(1)(1)以小球为研究对象以小球为研究对象, ,设小球与力传感器静设小球与力传感器静止时的作用力大小为止时的作用力大小为F,F,小球与斜面间的作用力大小为小球与斜面间的作用力大小为F FN N, ,对小球受力分析如图所示对小球受力分析如图所示, ,由几何关系可知由几何关系可知: :F=mg=3F=mg=310 N=30