人教版高中物理必修第一册第4章运动和力的关系5牛顿运动定律的应用课件

第四章运动和力的关系5.牛顿运动定律的应用自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结随

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习课标定位1.知道动力学的两类基本问题及其特点。2.掌握应用牛顿运动定律解题的基本思路和方法。素养阐释通过应用牛顿运动定律解决动力学两类基本问题,培养学生的物理观念和科学思维。

自主预习·新知导学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。两类基本问题1.根据受力情况确定运动情况如果已知物体的受力情况,可以由牛顿第二定律求出物体的加速度,再通过运动学的规律确定物体的运动情况。2.根据运动情况确定受力情况如果已知物体的运动情况,根据运动学规律求出物体的加速度,结合受力分析,再根据牛顿第二定律求出力。【思考讨论】

1.判断下列说法的正误。(1)牛顿第二定律是运动学与动力学联系的桥梁。(

)(2)由运动情况能确定受力情况,说明运动决定受力。(

)(3)同一个物体,其所受合外力越大,加速度越大,速度越大。(

)(4)物体的受力情况决定了物体如何运动。(

)提示:(1)√

(2)×

(3)×

(4)√2.某滑梯的倾角为θ,长度为l。一个儿童从滑梯顶端由静止开始下滑,已知儿童与滑梯间的动摩擦因数为μ,怎样求儿童滑到底端的速度和需要的时间?提示:首先分析儿童的受力,利用牛顿第二定律求出其下滑到底端的速度和需要的时间。

3.一小球用细线吊于光滑斜面的顶点,保持与斜面相对静止。若斜面向右加速运动,小球可能受几个力?斜面向左加速运动呢?提示:斜面向右加速运动,小球可能受三个力,也可能受两个力。斜面向左加速运动,小球可能受两个力,也可能受三个力。

合作探究·释疑解惑知识点一已知物体的受力情况,确定物体的运动情况问题引领如果高速公路上的汽车发生故障,要停车检修,应在离车150m远的地方竖一警示牌。这150m距离的依据参考了哪些因素?提示:由x=知,只要知道限速v和刹车时的加速度a即可,而a可通过汽车的受力情况和它的质量求解。归纳提升1.解题思路求得运动情况:如x、v0、v、t等

2.解题步骤(1)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。(2)根据力的合成与分解,求出物体所受的合力(包括大小和方向)。(3)根据牛顿第二定律列方程,求出物体运动的加速度。(4)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——任意时刻的位移和速度,以及运动轨迹等。典型例题【例题1】

如图所示,ABC为一简化的雪道模型,AB段为长l=100m、倾角θ=26°的山坡雪道,BC段为水平雪道,AB与BC平滑相连。一位质量m=80kg(含装备)的滑雪者从山坡雪道顶端A处由静止开始自由滑下,到达底端后进入水平雪道。已知雪橇与水平雪道和山坡雪道之间的动摩擦因数均为0.1,忽略空气阻力,g取10m/s2,sin26°=0.44,cos26°=0.90。(1)如果滑雪者没有任何助力动作。求:①滑雪者在山坡雪道下滑时的加速度大小a1;②为了使滑雪者利用雪橇与雪道间的摩擦停下来,水平雪道BC的长度s至少为多长。(2)为了能较快地停下,滑雪者在滑到山坡雪道上的P点时,开始通过调整身体的动作来增加空气阻力直到B点,进入水平雪道后不再增加空气阻力。若滑雪者在山坡雪道上增加的最大空气阻力为人对雪道压力的,进入水平雪道后经x2=26m停下,求滑雪者开始调整身体动作的位置P与B的距离x1。答案:(1)①3.5m/s2

②350m

(2)40m解析:(1)①滑雪者在山坡雪道上受力如图所示,根据牛顿第二定律平行斜面方向mgsin

θ-Ff=ma1垂直斜面方向FN-mgcos

θ=0摩擦力Ff=μFN解得a1

=3.5

m/s2。②在山坡雪道上,根据匀变速直线运动规律,有

滑雪者在水平雪道受摩擦力作用根据牛顿第二定律μmg=ma2解得s=350

m。

(2)在PB段滑雪者受力如图所示,根据牛顿第二定律平行斜面方向mgsin

θ-μmgcos

θ-0.9mgcos

θ=ma3从B到停下vB'2=2a2x2联立以上各式解得x1=40

m。【变式训练1】

为了使雨滴能尽快地淌离房顶,要设计好房顶的斜面倾角,设雨滴沿房顶下淌时做无初速度无摩擦的运动,那么如图所示的四种情况中符合要求的是(

)答案:C解析:雨滴从房顶下淌时做初速度为零的匀加速直线运动,根据受力分析可知a=

gsin

θ。设房顶的斜面倾角为θ,底边为l,知识点二已知物体的运动情况,确定物体的受力情况问题引领一位同学通过电视机观看火箭发射的直播,他听到现场指挥倒计时结束发出“点火”命令后,立刻用停表计时,测得从火箭点火到火箭底部通过发射架顶端的时间是4.8s,如果不计空气阻力,他想算出火箭受到的推力,还要知道哪些条件?提示:根据牛顿第二定律F-mg=ma,若想求得推力F,需知火箭的质量和加速度,火箭的加速度可以根据运动学公式x=at2求得,即需要知道发射架的高度x和火箭通过发射架的时间t。综上所述除了时间t已经测得外,只需要知道火箭的质量和发射架的高度,就可估算出火箭受到的推力。归纳提升1.基本思路2.解题步骤(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动过程分析,并画出受力图和运动草图。(2)选择合适的运动学公式,求出物体的加速度。(3)根据牛顿第二定律列方程,求物体所受的合力。(4)根据力的合成与分解的方法,由合力求出所需的力。典型例题【例题2】

如图甲所示,质量为0.5kg的物体受到与水平方向成37°的恒定拉力F的作用从静止开始做直线运动,一段时间后撤去拉力F,其运动的v-t图像如图乙所示,已知cos37°=0.8,sin37°=0.6,g取10m/s2,求:答案:(1)2m/s2

0.2

(2)7.2m/s2

5N(3)16.56m解析:(1)设撤去F时物体速度为v,由图像知,v=7.2

m/s,分析撤去F后物体的运动,由牛顿第二定律有μmg=ma2解得μ=0.2。(2)分析在力F作用下物体的运动,受力如图所示,由牛顿第二定律有Fcos

37°-Ff=ma1FN+Fsin

37°=mg又Ff=μFN由以上三式解得,F=5

N。(3)由v-t图线与时间轴围成的面积得位移大小为动力学两类问题的两个分析:【变式训练2】

如图所示,质量为m=3kg的木块放在倾角为θ=30°的足够长的固定斜面上,木块可以沿斜面匀速下滑。若用沿斜面向上的力F作用于木块上,使其由静止开始沿斜面向上加速运动,经过t=2s时间木块沿斜面上升4m,g取10m/s2,则推力F的大小为(

)A.42N B.6NC.21N D.36N答案:D课堂小结随

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习1.(从运动情况确定受力)某气枪子弹的出口速度为100m/s,气枪的枪膛长0.5m,子弹的质量为20g,若把子弹在枪膛内的运动看作匀变速直线运动,则高压气体对子弹的平均作用力为(

)A.1×102N B.2×102N C.2×105N D.2×104N答案:B气体对子弹的平均作用力F=ma=20×10-3×1×104

N=2×102

N。2.(从受力确定运动情况)同学们小时候都喜欢玩滑梯游戏,如图所示,已知斜面的倾角为θ,斜面长度为l,儿童与斜面的动摩擦因数为μ,儿童可看成质点,不计空气阻力,下列有关说法正确的是(

)A.儿童下滑过程中对斜面的压力大小为mgB.儿童下滑过程中的加速度大小为gsin

θD.下滑过程中儿童所受摩擦力的大小为μmgcos

θ答案:D解析:在下滑过程中,儿童受重力mg,支持力FN=mgcos

θ,摩擦力Ff=μFN=μmgcos

θ,对儿童由牛顿第二定律有mgsin

θ-μFN

=ma,故a=gsin

θ-μgcos

θ=(sin

θ-μcos

θ)g,到达底端时的速度3.(多选)(动力学图像)粗糙的水平面上一物体在水平拉力作用下做直线运动,水平拉力F及运动速度v随时间变化的图像如图甲、乙所示,重力加速度g取10m/s2,则(

)A.前2s内物体运动的加速度为2m/s2B.前4s内物体运动的位移大小为8mC.物体与地面间的动摩擦因数μ=0.1D.物体的质量m为2kg答案:AC4.(多过程问题)在某段平直的铁路上,一列以324km/h的速度高速行驶的列车某时刻开始匀减速行驶,5min后恰好停在某车站,并在该站停留4min,随后匀加速驶离车站,经8.1km后恢复到原速度324km/h。(1)求列车减速时的加速度大小。(2)若该列车总质量为8.0×105kg,所受阻力恒为车重的,g取10m/s2,求列车驶离车站加速过程中牵引力的大小。(3)求列车从开始减速到恢复原速度这