物理：4.6《用牛顿运动定律解决问题(一)》课件(新人教版必修1)

1、4.64.6用牛顿运动定律解决问题用牛顿运动定律解决问题( (一一) )课前导航课前导航一起交通事故一起交通事故(据报载据报载)某市区一路段发生了一起交通事故：一辆汽车某市区一路段发生了一起交通事故：一辆汽车在公路上匀速行驶，突然前面有一位老太太横穿马路，司机在公路上匀速行驶，突然前面有一位老太太横穿马路，司机发现后立刻刹车，但老太太还是被撞倒了事故发生后交警发现后立刻刹车，但老太太还是被撞倒了事故发生后交警测得刹车过程中车轮在路面上擦过的笔直的痕迹长测得刹车过程中车轮在路面上擦过的笔直的痕迹长9 m，从，从厂家的技术手册中查得该车轮胎和地面间的动摩擦因数是厂家的技术手册中查得该车轮胎和地面间

2、的动摩擦因数是0.8.据悉，交通部门规定该路段的速度不得超过据悉，交通部门规定该路段的速度不得超过36 km/h.假如你就是这位交警，请你判断该车是否超速行驶假如你就是这位交警，请你判断该车是否超速行驶(假假定刹车后汽车做匀减速直线运动定刹车后汽车做匀减速直线运动) 基础梳理基础梳理知识精析知识精析一、由受力情况确定运动情况一、由受力情况确定运动情况1基本思路：首先对研究对象进行受力情况和运动情基本思路：首先对研究对象进行受力情况和运动情况分析，把题中所给的情况弄清楚，然后由牛顿第二定律，况分析，把题中所给的情况弄清楚，然后由牛顿第二定律，结合运动学公式进行求解结合运动学公式进行求解2一般步骤

3、：一般步骤：(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力图体的受力图(2)根据力的合成与分解，求出物体所受的合外力根据力的合成与分解，求出物体所受的合外力(包括包括大小和方向大小和方向)(3)根据牛顿第二定律列方程，求出物体运动的加速度根据牛顿第二定律列方程，求出物体运动的加速度(4)结合物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所结合物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需的运动学量需的运动学量任意时刻的位移和速度，以及运动轨迹任意时刻的位移和速度，以及运动轨迹等等二、由运动情况确定受力情况二、由运动情况确定受力情况基本思路：首

4、先根据物体的运动情况，利用动力学公式基本思路：首先根据物体的运动情况，利用动力学公式求出加速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的合求出加速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的合外力，从而求出未知的力或与力相关的某些量，如动摩擦因外力，从而求出未知的力或与力相关的某些量，如动摩擦因数、劲度系数、力的具体方向等数、劲度系数、力的具体方向等三、受力分析要点三、受力分析要点1每分析一个力，都应能找出该力的施力物体，以防每分析一个力，都应能找出该力的施力物体，以防止多分析出没有施力物体的并不存在的力不要把物体惯性止多分析出没有施力物体的并不存在的力不要把物体惯性的表现误认为物体在运动方向上受

5、到一种力的作用的表现误认为物体在运动方向上受到一种力的作用例如滑冰者停止用力后向前滑行的过程中，不要误认为例如滑冰者停止用力后向前滑行的过程中，不要误认为他受到一个向前的冲力作用他受到一个向前的冲力作用2不要把某个力和它的分力同时作为物体所受的力，不要把某个力和它的分力同时作为物体所受的力，也不要把某几个力与它们的合力同时作为物体受到的力应也不要把某几个力与它们的合力同时作为物体受到的力应只保留物体实际受到的力只保留物体实际受到的力例如，静止于倾角为例如，静止于倾角为的斜面上的物体，如果已分析了的斜面上的物体，如果已分析了重力重力G，就不能同时说物体还受到下滑力，就不能同时说物体还受到下滑力G

6、sin 和垂直于斜和垂直于斜面向下的分力面向下的分力Gcos .3要养成按先画非接触力要养成按先画非接触力(如重力如重力)再画接触力再画接触力(如弹力、如弹力、摩擦力摩擦力)的顺序分析物体受力的习惯，在分析接触力时要注意的顺序分析物体受力的习惯，在分析接触力时要注意受力物体与其他施力物体的接触处最多存在两个力受力物体与其他施力物体的接触处最多存在两个力(弹力、摩弹力、摩擦力擦力)，有可能只有一个力，有可能只有一个力(弹力弹力)，也有可能无力作用，也有可能无力作用4画受力图时，只画物体受的力，不要画研究对象对画受力图时，只画物体受的力，不要画研究对象对其他物体施加的力其他物体施加的力5要结合物体

7、的运动状态，应用牛顿第二定律进行受要结合物体的运动状态，应用牛顿第二定律进行受力分析力分析图图25-1例如，如图例如，如图25-1所示，物体所示，物体A、B叠放在一起，在作用于叠放在一起，在作用于B物体上的水平拉力物体上的水平拉力F作用下向右以加速度作用下向右以加速度a做匀加速运动，做匀加速运动，在分析在分析A、B间的静摩擦力时，就可根据牛顿第二定律，间的静摩擦力时，就可根据牛顿第二定律，A所所受的静摩擦力方向沿接触面向右，并可由牛顿第二定律求出受的静摩擦力方向沿接触面向右，并可由牛顿第二定律求出这一静摩擦力的大小这一静摩擦力的大小F静静=mAa.6从牛顿第三定律出发，依据力的相互性，转换研究

8、从牛顿第三定律出发，依据力的相互性，转换研究对象，分析物体受力，可以化难为易对象，分析物体受力，可以化难为易四、整体法与隔离法四、整体法与隔离法1连接体：多个相互关联的物体组成的物体组连接体：多个相互关联的物体组成的物体组(或物体或物体系系)如几个物体叠放在一起，或并排挤放在一起，或用绳子、如几个物体叠放在一起，或并排挤放在一起，或用绳子、细杆连在一起细杆连在一起2隔离法与整体法隔离法与整体法(1)隔离法：在解决连接体问题时，从研究的方便性出发，隔离法：在解决连接体问题时，从研究的方便性出发，将物体系统中的某一部分隔离出来，单独分析研究的方法将物体系统中的某一部分隔离出来，单独分析研究的方法(

9、2)整体法：在解决连接体问题时，将整个系统作为一个整体法：在解决连接体问题时，将整个系统作为一个整体分析研究的方法整体分析研究的方法3选取整体法与隔离法的原则选取整体法与隔离法的原则(1)一般是先整体后隔离一般是先整体后隔离在连接体内各物体具有相同的加速度，应先把连接体当在连接体内各物体具有相同的加速度，应先把连接体当做一个整体，分析整体受力，利用牛顿第二定律求出加速度，做一个整体，分析整体受力，利用牛顿第二定律求出加速度，求连接体内各物体间的相互作用，再把物体隔离，对该物体求连接体内各物体间的相互作用，再把物体隔离，对该物体单独进行受力分析，利用牛顿第二定律对该物体列式求解单独进行受力分析，

10、利用牛顿第二定律对该物体列式求解(2)求系统外力的问题，有的直接选取整体法求解，有的求系统外力的问题，有的直接选取整体法求解，有的则先隔离后整体则先隔离后整体五、物体瞬时加速度求解方法五、物体瞬时加速度求解方法牛顿第二定律表明了物体受的合外力与物体运动的加速牛顿第二定律表明了物体受的合外力与物体运动的加速度之间存在瞬时对应关系，当物体受的合外力发生变化的同度之间存在瞬时对应关系，当物体受的合外力发生变化的同时，物体的加速度也就随之而变了因此，分析物体的瞬时时，物体的加速度也就随之而变了因此，分析物体的瞬时加速度，关键是分析瞬时前后物体的受力情况及运动状态，加速度，关键是分析瞬时前后物体的受力情

11、况及运动状态，再根据牛顿第二定律求出物体的瞬时加速度再根据牛顿第二定律求出物体的瞬时加速度此类问题的分析中应特别注意此类问题的分析中应特别注意“轻绳轻绳”、“轻杆轻杆”、“轻弹簧轻弹簧”三种模型的建立及特点：三种模型的建立及特点：1轻绳轻绳(1)轻绳模型的建立轻绳模型的建立轻绳或称为细线，它的质量可忽略不计，轻绳是软的，轻绳或称为细线，它的质量可忽略不计，轻绳是软的，不能产生侧向力，劲度系数非常大，以至认为受力形变极微，不能产生侧向力，劲度系数非常大，以至认为受力形变极微，看做不可伸长看做不可伸长(2)轻绳模型特点轻绳模型特点轻绳各处受力相等，且拉力方向沿着绳子轻绳各处受力相等，且拉力方向沿着

12、绳子方向方向轻绳不能伸长轻绳不能伸长绳中拉力可发生瞬间变化，剪断后，其中弹力立即消绳中拉力可发生瞬间变化，剪断后，其中弹力立即消失，不需要形变恢复时间失，不需要形变恢复时间2轻杆轻杆(1)轻杆模型的建立轻杆模型的建立轻杆的质量可略而不计，轻杆是硬的，可产生侧向力，轻杆的质量可略而不计，轻杆是硬的，可产生侧向力，它的劲度系数非常大，以至认为受力形变极微，看做不可伸它的劲度系数非常大，以至认为受力形变极微，看做不可伸长或不可压缩长或不可压缩(2)轻杆模型的特点轻杆模型的特点轻杆各处受力相等，其力的方向不一定沿着杆的方轻杆各处受力相等，其力的方向不一定沿着杆的方向向轻杆不能伸长也不能压缩轻杆不能伸长

13、也不能压缩轻杆受到的弹力方式有：拉力或压力轻杆受到的弹力方式有：拉力或压力3轻弹簧轻弹簧(1)轻弹簧模型的建立轻弹簧模型的建立轻弹簧的质量可忽略不计，可以被压缩或拉伸，其弹力轻弹簧的质量可忽略不计，可以被压缩或拉伸，其弹力的大小与弹簧长度的改变量有关的大小与弹簧长度的改变量有关(2)轻弹簧模型的特点轻弹簧模型的特点轻弹簧各处受力相等，其方向与弹簧形变的方向相轻弹簧各处受力相等，其方向与弹簧形变的方向相反反弹力的大小为弹力的大小为F=kx，其中，其中k为弹簧的劲度系数，为弹簧的劲度系数，x为弹为弹簧长度的改变量簧长度的改变量由于弹簧形变量大，形变恢复需要较长时间，在分析由于弹簧形变量大，形变恢复

14、需要较长时间，在分析瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成不变而轻弹簧被瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成不变而轻弹簧被剪断时，弹簧中的弹力则又瞬间消失剪断时，弹簧中的弹力则又瞬间消失方法指导方法指导一、由于受力情况确定物体的运动情况一、由于受力情况确定物体的运动情况图图25-2甲甲例例1 1如图如图252甲所示，在倾角甲所示，在倾角37的足够长的固的足够长的固定的斜面底端有一质量定的斜面底端有一质量m1.0 kg的物体物体与斜面间动摩的物体物体与斜面间动摩擦因数擦因数0.25，现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉，现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动拉力动拉力F10 N，方向平行斜面向上经时间

15、，方向平行斜面向上经时间t4.0 s绳子绳子突然断了，求：突然断了，求：(1)绳断时物体的速度大小绳断时物体的速度大小(2)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间间(已知已知sin 370.60，cos 370.80，取，取g10 m/s2)图图25-2乙乙解析解析分析绳子断裂前后及物体沿斜面下滑时的受力情分析绳子断裂前后及物体沿斜面下滑时的受力情况，应用牛顿第二定律求出物体的加速度，再结合运动学公况，应用牛顿第二定律求出物体的加速度，再结合运动学公式求出物体的运动情况式求出物体的运动情况(1)物体受拉力向上运动过程中，受拉力物体受拉力向上运

16、动过程中，受拉力F、斜面支持力、斜面支持力FN、重力、重力mg和摩擦力和摩擦力f，如图，如图252乙，设物体向上运动的加乙，设物体向上运动的加速度为速度为a1，根据牛顿第二定律有：，根据牛顿第二定律有：Fmgsin fma1又又fFN，FNmgcos 解得：解得：a12.0 m/s2t4.0 s时物体的速度大小时物体的速度大小v1a1t8.0 m/s.图图25-2丙丙(2)绳断时物体距斜面底端的位移为：绳断时物体距斜面底端的位移为：x1a1t216 m绳断后物体沿斜面向上做匀减速直线运动，设运动的加绳断后物体沿斜面向上做匀减速直线运动，设运动的加速度大小为速度大小为a2，受力如图，受力如图25

17、2丙所示，则根据牛顿第二定律，丙所示，则根据牛顿第二定律，对物体沿斜面向上运动的过程有：对物体沿斜面向上运动的过程有：二、由物体的运动情况确定受力情况二、由物体的运动情况确定受力情况例例2一位滑雪者如果以一位滑雪者如果以v020 m/s的初速度沿直线冲上的初速度沿直线冲上一倾角为一倾角为30的山坡，从冲坡开始计时，至的山坡，从冲坡开始计时，至3.8 s末，雪橇速末，雪橇速度变为零如果雪橇与人的质量为度变为零如果雪橇与人的质量为m80 kg，求雪橇受到的，求雪橇受到的阻力是多少阻力是多少(g取取10 m/s2)解析解析如图建立坐标系，以如图建立坐标系，以v0方向为方向为x轴的正方向，并将轴的正方

18、向，并将重力进行分解则有：重力进行分解则有：G1Gsin 30G2Gcos 30在在x方向上，方向上，F3为物体受到的阻力大小；在为物体受到的阻力大小；在y方向上，因方向上，因为物体的运动状态没有变化，所以重力的一个分力为物体的运动状态没有变化，所以重力的一个分力G2等于斜等于斜坡的支持力坡的支持力FN，即即G2FN. 答案答案20.8 N，方向沿斜面向下，方向沿斜面向下点评点评(1)由物体的运动情况确定受力情况时，应先根据由物体的运动情况确定受力情况时，应先根据物体的运动情况，借助运动学公式求出物体运动的加速度，物体的运动情况，借助运动学公式求出物体运动的加速度，再结合牛顿第二定律求出物体受

19、到的未知力再结合牛顿第二定律求出物体受到的未知力(2)结合题目的需要，有时还可以确定与力有关的其他未结合题目的需要，有时还可以确定与力有关的其他未知量，如物体的质量、动摩擦因数、斜面倾角、弹簧的形变知量，如物体的质量、动摩擦因数、斜面倾角、弹簧的形变量等量等变式训练变式训练1放在水平地面上的一物块，受到方向不变的水平推力放在水平地面上的一物块，受到方向不变的水平推力F的作用，的作用，F的大小与时间的大小与时间t的关系和物块速度的关系和物块速度v与时间与时间t的关系的关系如图如图253甲、乙所示取重力加速度甲、乙所示取重力加速度g10 m/s2.由此两图线由此两图线可以求得物块的质量可以求得物块

20、的质量m和物块与地面之间的动摩擦因数和物块与地面之间的动摩擦因数分别分别为为()甲乙甲乙 图图25-3三、连接体问题三、连接体问题图图25-4例例3 3如图如图25-4所示，在光滑地面上有一水平力所示，在光滑地面上有一水平力F拉动小拉动小车和木块一起做匀加速直线运动，小车的质量为车和木块一起做匀加速直线运动，小车的质量为M，木块的，木块的质量为质量为m.设加速度大小为设加速度大小为a，木块与小车之间的动摩擦因数，木块与小车之间的动摩擦因数为为，则在这个过程中木块受到的摩擦力大小是，则在这个过程中木块受到的摩擦力大小是()AmgBmaC. F DFma四、临界法分析动力学问题四、临界法分析动力学

21、问题例例4如图如图255甲所示，质量为甲所示，质量为m10 kg的小球挂在倾的小球挂在倾角角37、质量、质量M40 kg的光滑斜面的固定铁杆上当斜的光滑斜面的固定铁杆上当斜面和小球以面和小球以a10.5g的加速度向右匀加速运动时，小球对绳的加速度向右匀加速运动时，小球对绳的拉力和对斜面的压力分别为多少？当斜面和小球都以的拉力和对斜面的压力分别为多少？当斜面和小球都以a2g的加速度向右匀加速运动时，小球对绳的拉力和对斜面的压的加速度向右匀加速运动时，小球对绳的拉力和对斜面的压力又分别是多少？力又分别是多少？(取取g10 m/s2)图图25-5甲甲解析解析小球和斜面一起向右加速运动，球相对斜面有两

22、小球和斜面一起向右加速运动，球相对斜面有两种情况，一种是压在斜面上，一种是离开斜面两种情况有种情况，一种是压在斜面上，一种是离开斜面两种情况有个临界点，弹力个临界点，弹力FN0，此时的加速度称为临界加速度，此时的加速度称为临界加速度a0.本本题关键是比较实际加速度与临界加速度，判断小球的相对状题关键是比较实际加速度与临界加速度，判断小球的相对状态，再受力分析求解态，再受力分析求解先求出临界状态时的加速度，这时先求出临界状态时的加速度，这时FN0，受力分析如，受力分析如图图255乙所示，故有：乙所示，故有：图图25-5变式训练变式训练2在例在例4的已知条件下，如果用水平推力的已知条件下，如果用水

23、平推力F0向左推斜面，向左推斜面，使小球与斜面一起向左加速运动，而此时绳对小球的拉力恰使小球与斜面一起向左加速运动，而此时绳对小球的拉力恰好为零好为零(1)求斜面运动的加速度求斜面运动的加速度a及水平推力及水平推力F0.(2)当向左推力为当向左推力为250 N时，求绳的拉力和斜面对球的弹时，求绳的拉力和斜面对球的弹力力甲甲解析解析(1)先用极限法分析出临界状态；系统一起向左运先用极限法分析出临界状态；系统一起向左运动的加速度越大，小球对绳的拉力越小，当加速度为某一值动的加速度越大，小球对绳的拉力越小，当加速度为某一值时小球对绳的拉力恰好为零，如加速度再增大，小球将相对时小球对绳的拉力恰好为零，

24、如加速度再增大，小球将相对斜面上滑分析小球对绳的拉力恰好为零的状态的受力如图斜面上滑分析小球对绳的拉力恰好为零的状态的受力如图甲所示甲所示水平方向：水平方向：FNsin ma竖直方向：竖直方向：FNcos mg得出：得出：agtan g7.5 m/s2再取再取m、M为一个整体，水平方向推力为一个整体，水平方向推力F0即为合外力，即为合外力，由牛顿第二定律得：由牛顿第二定律得：F0(Mm)a可解得：可解得：F0375 N.(2)因为因为F0250 N375 N，所以小球相对斜面静止，整，所以小球相对斜面静止，整体分析得体分析得F0(Mm)a，a5 m/s2.乙乙对小球分析：对小球分析：a可分解为垂直斜面向上的可分解为垂直斜面向上的asin 和沿斜和沿斜面向下的面向下的acos ，对小球进行受力分析，如图乙所示，对小球进行受力分析，如图乙所示沿坐标轴方向的合力分别为：沿坐标轴方向的合力分别为：mgsin Fmacos FNmgcos masin 代入数据可得：代入数据可得：F20 N，FN110 N.答案答案(1)7.5 m/s2375 N(2)20 N110 N五、轻绳模型五、轻绳模型例例5 5如图如图256甲所示，小球的质量为甲所示，小球的质量为5 kg，BC为水平为水平绳，绳，AC绳与竖直方向的夹角绳与竖直方向的夹角37，整个系统处于静止状，整个系