4.5牛顿运动定律的应用-【新教材】人教版(2019)高中物理必修第一册课件

4.5牛顿运动定律的应用【生活实例】为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台上标注的车门位置候车。列车进站时总能准确地停靠在对应车门的位置。这是如何做到的呢？牛顿第二定律确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的运动情况与受力情况联系起来。因此，它在许多基础科学和工程技术中都有广泛的应用。中学物理中我们只研究一些简单的实例。一、从受力确定运动情况二、从运动情况确定受力物体运动情况运动学公

式加速度a牛顿第二定律物体受力情况物体运动情况运动学公式加速度

a牛顿第二定律物体受力情况动力学的两类基本问题一、从受力确定运动情况已知物体受力情况确定运动情况，指的是在受力情况已知的条件下，要求判断出物体的运动状态或求出物体的速度、位移等。物体运动情况运动学公式加速度a牛顿第二定律物体受力情况基本思路：先分析物体受力情况求合力，据牛顿第二定律求加速度，再用运动学公式求所求量(运动学量)。练1.一个静止在水平面上的物体，质量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平面向右运动，物体与水平地面间的滑动摩擦力为4.2N。求物体4s末的速度和4s内的位移。F

按运动状态分：匀速、变速两种。动摩擦因数都不变，只将水平恒力增加为(3)如果其他条件不变，假设木板上表面也粗采用整体法可以避免对整体内部进行繁锁的分析，常常使问题解答更简便、明了。根据匀变速直线运动规律FN＝mgcosθ一、从受力确定运动情况解：根据“传送带上有黑色痕迹”可知，煤块与传送带之间发生了相对滑动，煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。（1）分析滑块和木板的受力情况，根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度；25，求物体在4s末的速度和4s内的位移。例3、如图所示，质量M=60kg的人通过光滑的定滑轮用绳拉着m=20kg的物体，当物体以加速度a=5m/s2上升时，人对地面压力为（g=10m/s2）4N的拉力F作用下沿水平地面向右运动。其中v0＝2m/s，t＝5s，x＝60m，则拓展二：滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡，从刚上坡即开始计时，至3.由v’2=2a2L得,③木板与木块间的摩擦力为滑动摩擦力，且要使a木板>a木块由以上各式得l=v02(a0-μg)/2μa0g物体不能相对传送带静止，5-5所示的直角坐标系。当传送带速度物体用时最短由得：3，欲使木板能从木块的下方抽出，对木mgsinθ－Ff＝ma得N1=1NN2=7N。2、若几个物体加速度不相同，用隔离法,分别对每个物体分析计算.由牛顿第二定律可得:F-f=ma4s末的速度4s内的位移解：mgFNFf如图，物体受力分析拓展一：一个静止在水平地面上的物体，质量是2Kg，在6.4N的拉力F作用下沿水平地面向右运动。已知F与水平地面的夹角为370，物体与地面的动摩擦因数为0.25，求物体在4s末的速度和4s内的位移。cos37=0.8，g=10m/s2。F370解：物体受力分析如图所示4s末的速度由牛顿第二定律，可得:Fcosθ-µFN=maFNmgFfθFN+Fsinθ=mg4s内的位移二、从运动情况确定受力

已知物体运动情况确定受力情况，指的是在运动情况（知道三个运动学量）已知的条件下，要求得出物体所受的力或者相关物理量（如动摩擦因数等）。

基本思路：先分析物体的运动情况，据运动学公式求加速度，再在分析物体受力情况的基础上，用牛顿第二定律列方程求所求量(力).物体运动情况运动学公式加速度a牛顿第二定律物体受力情况例2、如图，一位滑雪者，人与装备的总质量为75kg，以2m/s的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为30°，在5s的时间内滑下的路程为60m。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），g取10m/s2。解:以滑雪者为研究对象。建立如图4.5-5所示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。根据匀变速直线运动规律其中v0＝2m/s，t＝5s，x＝60m，则根据牛顿第二定律y方向x方向FN－mgcosθ＝0mgsinθ－Ff＝ma得FN＝mgcosθFf＝m（gsinθ－a）其中，m＝75kg，θ＝30°，则有Ff＝75N，FN＝650N根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为650N，方向垂直斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为75N，方向沿山坡向上。拓展二：滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡，从刚上坡即开始计时，至3.8s末，滑雪者速度变为0。如果雪橇与人的总质量为m=80kg，求雪橇与山坡之间的摩擦力为多少？g=10m/s2.fmgFN对滑雪者受力分析，如图所示联立①②，代入数据，解得解:根据牛顿第二定律，可得①②牛顿运动定律的应用——整体法与隔离法采用整体法时不仅可以把几个物体作为整体，也可以把几个物理过程作为一个整体。

采用整体法可以避免对整体内部进行繁锁的分析，常常使问题解答更简便、明了。一、整体法：在研究物理问题时，把所研究的对象作为一个整体（不考虑内力）来处理的方法称为整体法。二、隔离法：把所研究对象从整体中隔离出来进行研究，最终得出结论的方法称为隔离法。

可以把整个物体隔离成几个部分来处理，也可以把整个过程隔离成几个阶段来处理，还可以对同一个物体，同一过程中不同物理量的变化进行分别处理。

采用隔离物体法能排除与研究对象无关的因素，使事物的特征明显地显示出来，从而进行有效的处理。三．解题方法：1.若几个物体相对静止，或者加速度相同，可以用整体法计算。（1）已知外力求内力。

先整体分析，计算加速度，然后隔离分析计算内力。例1、如图所示，在两块相同的竖直木板间，有质量均为m的四块相同的砖，用两个大小均为F的水平力压木板，使砖静止不动，则左边木板对第一块砖，第二块砖对第三块砖的摩擦力分别为（）A．4mg、2mg

B．2mg、0

C．2mg、mg

D．4mg、mg【解析】设左、右木板对砖摩擦力为f1，第3块砖对第2块砖摩擦为f2，则对四块砖作整体有：2f1=4mg，∴

f1=2mg。对1、2块砖平衡有：f1+f2=2mg，∴

f2=0，故B正确。例2、如图所示，重为8N的球静止在与水平面成370角的光滑斜面上，并通过定滑轮与重4N的物体A相连，光滑挡板与水平而垂直，不计滑轮的摩擦，绳子的质量，求斜面和挡板所受的压力（sin370=0.6）。【解析】分别隔离物体A、球，并进行受力分析，如图所示：由平衡条件可得：T=4N

Tsin370+N2cos370=8

N2sin370=N1+Tcos370得N1=1N

N2=7N。（2）已知内力求外力。

先隔离分析计算加速度，然后整体分析，计算外力。（3）传送带以10m／s顺时针方向转动物体由A端运动到B端需要多少时间？滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。设在煤块的速度从0增加到v0的整个过程中，传送带和煤块移动的距离分别为s0和s，有s0=v02/2a+v0(t-t0)s=v02/2a按转向分：顺时针、逆时针转两种；Fcosθ-µFN=ma先隔离分析计算加速度，然后整体分析，计算外力。拓展二：滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡，从刚上坡即开始计时，至3.25，求物体在4s末的速度和4s内的位移。5m，上表面光滑，平恒力F=20N向右拉木板，g取10m/s2，求：mgsinθ－Ff＝ma动摩擦因数都不变，只将水平恒力增加为3．两种位移关系：（相对滑动的位移关系）④位移关系：x木板—x木块=L(3)如果其他条件不变，假设木板上表面也粗(2)要使木块能滑离木板，水平恒力F作用的最解：根据“传送带上有黑色痕迹”可知，煤块与传送带之间发生了相对滑动，煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。其中，m＝75kg，θ＝30°，则有一、从受力确定运动情况可以把整个物体隔离成几个部分来处理，也可以把整个过程隔离成几个阶段来处理，还可以对同一个物体，同一过程中不同物理量的变化进行分别处理。上，在其最右端放一可视为质点的木块.（1）传送带不动物体由A端运动到B端需要多少时间？一、整体法：在研究物理问题时，把所研究的对象作为一个整体（不考虑内力）来处理的方法称为整体法。30N，则木块滑离木板需要多长时间？5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为0.2、若几个物体加速度不相同，用隔离法,分别对每个物体分析计算.例3、如图所示，质量M=60kg的人通过光滑的定滑轮用绳拉着m=20kg的物体，当物体以加速度a=5m/s2上升时，人对地面压力为（g=10m/s2）牛顿运动定律的应用——板块模型1．模型特点：上、下叠放两个物体，并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动．2．建模指导解此类题的基本思路：（1）分析滑块和木板的受力情况，根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度；（2）对滑块和木板进行运动情况分析，找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系，建立方程．特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移.3．两种位移关系：（相对滑动的位移关系）

滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中，若滑块和滑板同向运动，位移之差等于板长；反向运动时，位移之和等于板长．L例1、质量为M＝2kg、长为L的木板静止在光滑的水平面上，在木板左端放有质量为m＝1kg的铁块(可视为质点)．现给铁块施加一水平拉力F＝4N，使铁块相对木板滑动，作用t＝1s后撤去拉力，铁块恰好不掉下木板，求木板的长度

L的值．(已知铁块与木板间的动摩擦因数为μ＝0.2，g取10m/s2)例2、如图所示，木板静止于水平桌面上，在其最右端放一可视为质点的木块.已知木块的质量m=1kg，长L=2.5m，上表面光滑，下表面与地面之间的动摩擦因数µ=0.2.现用水平恒力F=20N向右拉木板，g取10m/s2，求：(1)木板加速度的大小；(2)要使木块能滑离木板，水平恒力F作用的最短时间;(3)如果其他条件不变，假设木板上表面也粗糙，其上表面与木块之间的动摩擦因数为

µ1=0.3，欲使木板能从木块的下方抽出，对木板施加的拉力应满足什么条件？（4）若木板的长度、木块的质量、木板的上表面与木块之间的动摩擦因数、木板与地面间的动摩擦因数都不变，只将水平恒力增加为30N，则木块滑离木板需要多长时间？分析受力和运动过程挖掘隐含条件解题①m不受摩擦力作用，M运动时，m相对地面静止②恒力F作用一段时间后撤去，然后木块减速运动至木块与木板脱离时，木板速度恰好为零③木板与木块间的摩擦力为滑动摩擦力，且要使a木板>a木块④位移关系：x木板—x木块=L图图例2、如图所示，木板静止于水平桌面上，在其最右端放一可视为质点的木块.已知木块的质量m=1kg，长L=2.5m，上表面光滑，下表面与地面之间的动摩擦因数µ=0.2.现用水平恒力F=20N向右拉木板，g取10m/s2，求：(1)木板加速度的大小；(2)要使木块能滑离木板，水平恒力F作用的最短时间;(3)如果其他条件不变，假设木板上表面也粗糙，其上表面与木块之间的动摩擦因数为

µ1=0.3，欲使木板能从木块的下方抽出，对木板施加的拉力应满足什么条件？（4）若木板的长度、木块的质量、木板的上表面与木块之间的动摩擦因数、木板与地面间的动摩擦因数都不变，只将水平恒力增加为30N，则木块滑离木板需要多长时间？例2、如图所示，木板静止于水平桌面上，在其最右端放一可视为质点的木块.已知木块的质量m=1kg，长L=2.5m，上表面光滑，下表面与地面之间的动摩擦因数µ=0.2.现用水平恒力F=20N向右拉木板，g取10m/s2，求：(1)木板加速度的大小；(2)要使木块能滑离木板，水平恒力F作用的最短时间;(3)如果其他条件不变，假设木板上表面也粗糙，其上表面与木块之间的动摩擦因数为

µ1=0.3，欲使木板能从木块的下方抽出，对木板施加的拉力应满足什么条件？（4）若木板的长度、木块的质量、木板的上表面与木块之间的动摩擦因数、木板与地面间的动摩擦因数都不变，只将水平恒力增加为30N，则木块滑离木板需要多长时间？图牛顿运动定律的应用——传送带一、传送带的分类3.按运动状态分：匀速、变速两种。1.按放置方向分：水平、倾斜两种；2.按转向分：顺时针、逆时针转两种；二、传送带模型的一般解法1.确定研究对象；2.受力分析和运动分析，（画出受力分析图和运动情景图），注意摩擦力突变对物体运动的影响；3.分清楚研究过程，利用牛顿运动定律和运动学规律或利用功能关系、动能定理求解未知量。（一）水平放置运行的传送带

AB例1、水平传送带长4.5m,以3m/s的速度作匀速运动。质量m=1kg的物体与传送带间的动摩擦因数为0.15,则该物体从静止放到传送带的一端开始,到达另一端所需时间为多少?(g取10m/s2)。解：物体在摩擦力作用下先匀加速运动,后做匀速运动,a=μg=1.5m/s2t1=v/a=2sx1=

1/2at12=3m

t2=(L-x1)/v=0.5s∴t=t1+t2=2.5sfmgFN[分析]例2、一水平的浅色长传送带上放置一煤块（可视为质点），煤块与传送带之间的动摩擦因数为μ。初始时，传送带与煤块都是静止的。现让传送带以恒定的加速度a0开始运动，当其速度达到v0后，便以此速度做匀速运动。经过一段时间，煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后，煤块相对于传送带不再滑动。求此黑色痕迹的长度。解：根据“传送带上有黑色痕迹”可知，煤块与传送带之间发生了相对滑动，煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。根据牛顿定律，可得a=μg设经历时间t0，传送带由静止开始加速到速度等于v0，煤块则由静止加速到v，有v0=a0t0v=at0由于a<a0，故v<v0，煤块继续受到滑动摩擦力的作用。设经历时间t，煤块由静止开始加速到速度等于v0，有v0=at此后，煤块与传送带运动速度相同，相对于传送带不再滑动，不再产生新的痕迹。设在煤块的速度从0增加到v0的整个过程中，传送带和煤块移动的距离分别为s0和s，有s0=v02/2a+v0(t-t0)s=v02/2a传送带上留下的黑色痕迹的长度l=s0－s由以上各式得l=v02(a0-μg)/2μa0g另解：黑色痕迹的长度即为图中阴影部分面积l=½v0(t-t0)又因为v0=a0t0v0=ata=μg由以上各式得:l=v02(a0-μg)/2μa0g（二）倾斜放置运行的传送带ABθm例3、如图所示，传送带与水平面间的夹角θ=37°，从A端到B端的长度为L=16m，在传送带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为µ=0.5，求：（1）传送带不动物体由A端运动到B端需要多少时间？ABθm（2）传送带以10m／s逆时针方向转动物体由A端运动到B端需要多少时间？ABθmgsinθµmgcosθ解:(1)当摩擦力向上时,加速度大小为a1，a1=gsinθ-µgcosθ=2m/s2由得：

t=4s（2）t=4s

ABθmgsinθµmgcosθ(3)起始时刻摩擦力向下,加速度大小为a2，物体以a2先向下加速,用时t1.

a2=gsinθ+µgcosθ=10m/s2mgsinθµmgcosθ由v=a2t1

得:t1=1sABθv时间t1内位移,s=vt1/2=5m当位移为5m时,物体速度与传