教科版高中物理必修第一册第4章牛顿运动定律第6节牛顿运动定律的应用课件

第6节牛顿运动定律的应用第四章内容索引010203自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结04随堂练习课标定位1.进一步理解牛顿第二定律。2.熟练掌握两种动力学问题的处理方法。3.能够应用牛顿第二定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。素养阐释1.通过区分两种动力学问题形成物理观念。2.通过处理生产生活中的相关问题,培养科学态度及责任。自主预习·新知导学牛顿运动定律的应用1.动力学方法测质量:根据物体的受力情况和运动情况求出加速度,利用牛顿第二定律求出质量。2.从受力确定运动情况:根据物体受力情况,由牛顿第二定律求出加速度,通过运动学规律可确定物体的运动情况。3.从运动情况确定受力:由运动情况,根据运动学公式求出物体的加速度,再根据牛顿第二定律可确定物体所受的力。【思考讨论】

1.判断下列说法的正误。(1)根据物体加速度的方向可以判断物体所受合外力的方向。(

)(2)根据物体加速度的方向可以判断物体受到的每个力的方向。(

)(3)物体运动状态的变化情况是由它的受力情况决定的。(

)(4)物体运动状态的变化情况是由它对其他物体的施力情况决定的。(

)√×√×2.求物体的加速度有哪些途径?提示:途径一

由运动学的关系(包括运动公式和运动图像)求加速度。途径二

根据牛顿第二定律求加速度。3.质量为50kg的物体放在光滑的水平面上,某人用绳子沿着与水平面成45°角的方向拉物体前进,绳子的拉力为200N,物体对地面的压力为

N,加速度大小为

m/s2。在拉的过程中,突然松手瞬间,物体的加速度大小为

m/s2。(g取10m/s2)

解析:选取物体为研究对象,对其受力分析,物体受重力支持力和斜向上的拉力,拉力在水平方向上的分力提供加速度,由牛顿第二定律得:竖直方向:Fsin45°+N=mg,水平方向:Fcos45°=ma,突然松手瞬间,F消失,物体只受竖直方向的重力和支持力,合力为0,则加速度为0。合作探究·释疑解惑知识点一根据受力情况确定运动情况【问题引领】

高速公路上的汽车发生故障,停车检修时,应在车后150m远的地方竖一警示牌。这150m距离的依据参考了哪些因素?如何知道这些因素?提示:由

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.根据受力情况确定运动情况的基本思路分析物体的受力情况,求出物体所受的合外力,由牛顿第二定律求出物体的加速度;再由运动学公式及物体运动的初始条件确定物体的运动情况。流程如下:2.根据受力情况确定运动情况的解题步骤(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力分析图。(2)根据力的合成与分解,求合力(包括大小和方向)。(3)根据牛顿第二定律列方程,求加速度。(4)结合物体运动的初始条件,选择运动学公式,求运动学量——任意时刻的位移和速度,以及运动时间等。【例题1】

如图所示,木箱在100N的拉力作用下沿粗糙水平地面以5m/s的速度匀速前进,已知木箱与地面间的动摩擦因数为0.5,拉力与水平地面之间的夹角为37°,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。经过一段时间后撤去拉力,求:(1)木箱的质量;(2)木箱匀减速运动的时间。答案:(1)22kg

(2)1s【典型例题】

解析:(1)对木箱受力分析,由平衡条件得Fsin37°+N=mgFcos37°=ff=μN解得m=22

kg(2)木箱匀减速运动过程由牛顿第二定律和运动学公式得μmg=ma0=v-at解得t=1

s根据受力求加速度的常用方法有合成法和正交分解法。

【变式训练1】

滑冰车是儿童喜欢的冰上娱乐项目之一。如图所示,小明妈妈正与小明在冰上游戏,小明与冰车的总质量是40kg,冰车与冰面之间的动摩擦因数为0.05。在某次游戏中,小明妈妈对冰车施加了40N的水平推力,使冰车从静止开始运动10s后,停止施加力的作用,使冰车自由滑行。(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,g取10m/s2)求:

(1)冰车的最大速率;(2)冰车在整个运动过程中滑行总位移的大小。答案:(1)5m/s

(2)50m解析:(1)以冰车及小明为研究对象,由牛顿第二定律得F-μmg=ma1①vmax=a1t②由①②得vmax=5

m/s。(2)冰车匀加速运动过程中有知识点二根据运动情况确定受力情况【问题引领】

一位同学通过电视机观看火箭发射的情景,他听到现场总指挥发出“点火”命令后,立刻用停表计时,他测得火箭底部通过发射架顶端的时间是4.8s,他想算出对火箭的推力,请你帮助该同学思考一下,还需知道哪些条件和数据。提示:只需知道发射架高和火箭的总质量即可。【归纳提升】

1.基本思路分析物体的运动情况,由运动学公式求出物体的加速度,再由牛顿第二定律求出物体所受的合外力,进而可以求出物体所受的其他力,流程图如下所示:2.解题的一般步骤(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动分析,并画出物体的受力示意图。(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,求出物体所受的合力。(4)根据力的合成与分解的方法,由合力和已知力求出未知力。3.解决由运动情况确定受力问题时应注意的关键点(1)已知运动求受力,关键仍然是对研究对象进行正确的受力分析,只不过是先根据运动学公式求出加速度,再根据牛顿第二定律求力。(2)由运动学公式求加速度,要特别注意加速度的方向,因为要根据加速度的方向确定合外力的方向,求解时不能将速度方向和加速度方向弄混淆。(3)题目中所求的力可能是合力,也可能是某一特定的力,均要先求出合力的大小、方向,再根据力的合成与分解求未知力。【典型例题】

【例题2】

战士拉车胎进行100m赛跑训练体能。车胎的质量m=8.5kg,战士拉车胎的绳子与水平方向的夹角θ=37°,车胎与地面间的动摩擦因数μ=0.7。某次比赛中,一名战士拉着车胎从静止开始全力奔跑,跑出20m达到最大速度(这一过程可看作匀加速直线运动),然后以最大速度匀速跑到终点,共用时15s。重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:(1)战士加速所用的时间t1和达到的最大速度大小v;(2)战士匀加速运动阶段绳子对车胎的拉力大小F。答案:(1)5s

8m/s

(2)59.92N解析:(1)匀加速阶段位移为匀速阶段位移为x2=100-x1=v(15-t1),x1=20联立解得v=8

m/s,t1=5

s。(2)由速度公式v=at1车胎受力如图所示,并正交分解在x方向有Fcos37°-f=ma在y方向有N+Fsin37°-mg=0且f=μN代入数据联立解得F=59.92

N。动力学两类基本问题的思维程序图

【变式训练2】

一质量为2kg的物体静止在水平地面上,在水平恒力F的推动下开始运动,4s末物体的速度达到4m/s,此时将F撤去,又经8s物体停下来。如果物体与地面间的动摩擦因数不变,求力F的大小。答案:3N解析:物体的整个运动过程分为两段,前4

s内物体做匀加速运动,后8

s内物体做匀减速运动。前4

s内物体的加速度为设摩擦力为f,由牛顿第二定律得F-f=ma1后8

s内物体的加速度为物体所受的摩擦力大小不变,由牛顿第二定律得-f=ma2由以上可求得水平恒力F的大小为3

N。课堂小结随堂练习1.(从运动情况确定受力)如图所示,质量为m=3kg的木块放在倾角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的距离,则推力F的大小为(g取10m/s2)(

)A.42N B.6NC.21N D.36N答案:D解析:因木块能沿斜面匀速下滑,由平衡条件知:mgsinθ=μmgcosθ,所以μ=tanθ;当在推力作用下加速上滑时,由运动学公式

得a=2

m/s2,由牛顿第二定律得:F-mgsinθ-μmgcosθ=ma,得F=36

N,D正确。2.(动力学方法测质量)1966年曾在地球的上空完成了以牛顿第二定律为基础的测定质量的实验,示意图如图所示。实验时,用双子星号宇宙飞船A,去接触正在轨道上运行的火箭组B,接触以后,开动飞船尾部的推进器,使飞船和火箭组共同加速,推进器的平均推力等于895N,推进器开动7s,测出飞船和火箭组的速度变化量是0.91m/s,已知双子星号宇宙飞船的质量m1=3400kg,求火箭组的质量m2是多大?答案:3500kg解析:推进器的推力使宇宙飞船和火箭组产生共同加速为:3.(从受力确定运动情况)如图所示,哈利法塔是目前世界最高的建筑。游客乘坐世界最快观光电梯,从地面开始经历加速、匀速、减速的过程恰好到达观景台只需45s,运行的最大速度为18m/s。观景台上可以鸟瞰整个迪拜全景,可将棕榈岛、帆船酒店等尽收眼底,颇为壮观。一位游客用便携式拉力传感器测得:在加速阶段质量为0.5