高中物理用牛頓定律解決問(wèn)題一課件新人教版必修演示課件

1、1,6.6 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題(一,勻變速直線運(yùn)動(dòng)的重要公式:v=v0+at,x=v0t+ at2,v2- v20=2ax, (v0+v),x=aT2. 2. 牛頓第二定律:F=ma,2,1. 牛頓第二定律的應(yīng)用 牛頓第二定律確定了 和 的關(guān)系,從而使我們能夠把物體的 情況與 情況聯(lián)系起來(lái). 2. 動(dòng)力學(xué)的兩類基本問(wèn)題 (1) 已知受力情況求運(yùn)動(dòng)情況 已知受力情況,根據(jù)牛頓第二定律求出物體的 ,再確定物體的初始條件(初位置和初速度),根據(jù) 求出物體的運(yùn)動(dòng)情況. (2) 已知運(yùn)動(dòng)情況求受力情況 已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù) 求出物體的加速度.再根據(jù)牛頓第二定律確定物體受到的合外力,從而求出未知力

2、或相關(guān)的量,3,自我校對(duì) 1. 運(yùn)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)受力 2. （1）加速度運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律 （2）運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,1. 用3 N的水平恒力，使處于水平面上一質(zhì)量為2 kg的物體從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，在2 s內(nèi)通過(guò)的位移是2 m，則物體的加速度大小和所受摩擦力的大小分別是( ) A. 0.5 m/s2,2 N B. 1 m/s2,1 N C. 2 m/s2,0.5 N D. 1.5 m/s2,0 【解析】由x= at2得a= m/s2=1 m/s2.由牛頓 第二定律可列式,F-f=ma,f=F-ma=3 N-21 N=1 N.故選B. 【答案】 B,4,2. 有兩個(gè)物體，質(zhì)量分別為m1和m2,m1原來(lái)靜止，m2以速度v

3、向右運(yùn)動(dòng)，它們同時(shí)各受到一個(gè)向右的大小相等的恒力作用，它們能達(dá)到相同速度的條件是( ) m1m2 D. m1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m2 【解析】 m2原來(lái)有速度，m1從靜止加速，要使二者能達(dá)到同樣的速度，必須m1的加速度大于m2的加速度，由牛頓第二定律，m1必須小于m2. 【答案】 A 3. 如果力F在時(shí)間t內(nèi)能使質(zhì)量為m的原來(lái)靜止的物體產(chǎn)生位移x，那么( ) 相同的力在相同的時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量為 的原來(lái)靜止的物體 產(chǎn)生位移2x,5,B. 相同的力在一半的時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量為 的原來(lái)靜止的物體 產(chǎn)生位移x4 C. 相同的力在2倍的時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量為2m的原來(lái)靜止的物體產(chǎn)生位移x D. 的力在相同時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量為 的原來(lái)靜止的

4、物體產(chǎn)生 位移x 【解析】根據(jù)牛頓第二定律有a=Fm,又x= at2,可得x= Fmt2,分析可知應(yīng)選A、D. 【答案】 AD,6,交通警察在處理交通事故時(shí)，有時(shí)會(huì)根據(jù)汽車在路面上留下的剎車痕跡及汽車輪胎與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)，來(lái)判斷發(fā)生事故前汽車是否超速.你知道他們是如何判斷的嗎？ 根據(jù)2ax=v2可知,只要知道了a和x,就能計(jì)算出v來(lái),剎車痕跡長(zhǎng)度就是x,而在剎車的情況下,可以認(rèn)為ma=mg,即a=g, 即為輪胎與地面的動(dòng)摩擦因數(shù),g是當(dāng)?shù)刂亓铀俣?所以根據(jù)汽車在路面上留下的剎車痕跡及汽車輪胎與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)，可以判斷發(fā)生事故前汽車是否超速,7,一、由物體的受力情況確定運(yùn)動(dòng)情況的一般步驟

5、1. 確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,并畫出物體的受力分析圖. 2. 根據(jù)力的合成與分解,求出物體所受的合外力(包括大小和方向). 3. 根據(jù)牛頓第二定律列方程,求出物體運(yùn)動(dòng)的加速度. 4. 結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)的初始條件,選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出所需的物理量任意時(shí)刻的速度,任意時(shí)間內(nèi)的位移,以及運(yùn)動(dòng)軌跡等,8,例1如圖所示，質(zhì)量為m=2 kg的物體，受到與水平方向成=37角的拉力F的作用，由靜止開(kāi)始沿水平面做直線運(yùn)動(dòng)，物體與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)= 0.1，拉力F=20 N，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)2 s后， 撤去拉力F.當(dāng)撤去外力后，物體又運(yùn) 動(dòng)了一段時(shí)間后停下來(lái)，問(wèn)物體從靜 止開(kāi)始共運(yùn)動(dòng)了多遠(yuǎn)的距離?物體一共

6、運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)時(shí)間? (g取10 m/s2，sin 37 =0.6) 【點(diǎn)撥】由受力確定物體運(yùn)動(dòng)情況一定要做的受力分析，遵守解題步驟. 【解析】以物體為研究對(duì)象，受力分析如圖所示，建立直角坐標(biāo)系.物體在力F撤去之前，在水平面上做勻加速運(yùn)動(dòng). 根據(jù)牛頓第二定律，在水平方向有 Fcos -f=ma1,9,在豎直方向受力平衡有 FN+Fsin -mg=0, 根據(jù)滑動(dòng)摩擦力公式有f=FN, 聯(lián)立上述三式，并代入已知數(shù)據(jù)， 得a1=7.6 m/s2， F停止作用時(shí)，物體的速度為 v=a1t1=15.2 m/s. 設(shè)從F停止作用到物體停下來(lái)歷時(shí)為t2 ，在這個(gè)過(guò)程中，合外力為摩擦力，且FN=mg，f=FN，則

7、根據(jù)牛 頓第二定律，a2=- =-g=-1 m/s2. 則由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)可得t2=- ，代入數(shù)據(jù)得t215.2s, 則從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到停止運(yùn)動(dòng)共歷時(shí)t=t1+t2=2 s+15.2 s=17.2s,10,設(shè)從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到停止運(yùn)動(dòng)，物體的總位移為x，因?yàn)榍昂髢蓚€(gè)過(guò)程的平均速度相同，所以有 x= 17.2m=130.72m,1. 某火箭發(fā)射場(chǎng)正在進(jìn)行某型號(hào)火箭的發(fā)射試驗(yàn).該火箭起飛時(shí)質(zhì)量為2.02103 kg，起飛推力2.75106 N，火箭發(fā)射塔高100 m，則該火箭起飛時(shí)的加速度大小為 m/s2；在火箭推動(dòng)力不變的情況下，若不考慮空氣阻力及火箭質(zhì)量的變化，火箭起飛后，經(jīng) s飛離火箭發(fā)射塔.(g=9.8

8、m/s2,11,解析】火箭起飛時(shí)的加速度a= =1.35103 m/s2,它通過(guò)100 m長(zhǎng)的發(fā)射架需要的時(shí)間t= =0.385 s. 【答案】 1.35103 0.385 二、由物體的運(yùn)動(dòng)情況確定受力情況 1. 基本思路 首先根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況,利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度,再根據(jù)牛頓第二定律就可以確定物體所受的合外力,從而求出未知的力或與力相關(guān)的某些物理量. 2. 對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)要善于結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),來(lái)確定某個(gè)力的有無(wú)及其方向,比如彈力、摩擦力 的存在與否與物體的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān),因此要結(jié) 合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)利用假設(shè)法去分析. 例2如圖所示，底座A上裝有長(zhǎng)0.5 m的直立 桿，總質(zhì)量為0.

9、2 kg，桿上套有質(zhì)量為0.05 kg 的小環(huán)B，它與桿有摩擦，當(dāng)環(huán)從底座上以 4 m/s的初速度升起時(shí)，剛好能到達(dá)頂端,12,g取10 m/s2.求 (1) 在環(huán)升起過(guò)程中，底座對(duì)水平面壓力多大； (2) 小環(huán)從桿頂端落回底座需多少時(shí)間. 【解析】(1) v2=2ah,a=16m/s2, 對(duì)m有mg+f=ma,得f=0.3N. 對(duì)M有f=f=0.3 N,又f+FN=Mg, 解得FN=1.7 N. (2) 由mg-f=ma,a=4 m/s2, 而h=12at2,所以t=0.5 s,2. (2010馬鞍山)在水平地面上有一質(zhì)量為4 kg的物體，物體在水平拉,13,力F的作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng).10

10、 s后拉力大小減為 F,該物 體的v-t圖象如圖所示.求: (1) 物體受到的水平拉力F的大?。?(2) 物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù).（g取10 m/s2） 【解析】前10 s物體運(yùn)動(dòng)的加速度a1=1 m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有F-mg=ma1，在1030 s內(nèi)物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)， 加速度a2=0.5m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有mg- F=ma2， 解得F=9N，=0.125. 【答案】 (1) 9 N (2) 0.125 三、整體法和隔離法 若干個(gè)物體通過(guò)一定的方式連接在一起，就構(gòu)成了連接體，其連接方式一般是通過(guò)細(xì)繩、桿等物體來(lái)實(shí)現(xiàn)的.連接,14,體常會(huì)處于某種相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如處于平衡狀

11、態(tài)或以相同的加速度運(yùn)動(dòng).求解連接體的加速度或內(nèi)部物體間的相互作用力，是力學(xué)中能力考查的重要內(nèi)容，解決問(wèn)題的有效方法是綜合運(yùn)用整體法與隔離法. 1. 整體法 整體分析法就是把若干個(gè)運(yùn)動(dòng)情況相同的物體看做一個(gè)整體，只要分析外部的物體對(duì)這一整體的作用力，而不出現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部物體之間的作用力(這是內(nèi)力)，由此可以很方便地求出整體的加速度或是相關(guān)的外力，使解題十分簡(jiǎn)捷. 運(yùn)用整體法時(shí)應(yīng)注意:取作系統(tǒng)(整體)的各物體要具有相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即有相同的加速度.當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)物體的加速度各不相同時(shí)，合外力等于各物體的質(zhì)量與加速度乘積的矢量和，即F合=m1a1+m2a2+mnan. 2. 隔離法 假設(shè)把某個(gè)物體(或某些物體

12、,也可以是物體的一部分)從連,15,接體中隔離出來(lái)作為研究對(duì)象，只分析這個(gè)研究對(duì)象受到的外力，由此就可以建立相關(guān)的動(dòng)力學(xué)方程. 在應(yīng)用隔離法時(shí)要注意: (1)隔離對(duì)象的選擇是否恰當(dāng)十分重要，這關(guān)系到解題的繁簡(jiǎn).應(yīng)以問(wèn)題便于求解為原則，既可以單個(gè)隔離，也可以整體隔離，并不是隔離得越多越好. (2)隔離法的優(yōu)勢(shì)在于把連接體內(nèi)各部分相互 作用的內(nèi)力，轉(zhuǎn)化為物體所受的外力，以便 應(yīng)用牛頓第二定律求解. 例3(2009安徽)在2008年北京殘奧會(huì)開(kāi)幕式 上,運(yùn)動(dòng)員手拉繩索向上攀登,最終點(diǎn)燃了主 火炬,體現(xiàn)了殘疾運(yùn)動(dòng)員堅(jiān)韌不拔的意志和自 強(qiáng)不息的精神.為了探求上升過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員與 繩索和吊椅間的作用,可將過(guò)

13、程簡(jiǎn)化.一根不可 伸縮的輕繩跨過(guò)輕質(zhì)的定滑輪,一端掛一吊椅,16,另一端被坐在吊椅上的運(yùn)動(dòng)員拉住,如圖所示.設(shè)運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為65 kg,吊椅的質(zhì)量為15 kg,不計(jì)定滑輪與繩子間的摩擦,重力加速度取g=10 m/s2.當(dāng)運(yùn)動(dòng)員與吊椅一起正以加速度a=1 m/s2上升時(shí),試求: (1)運(yùn)動(dòng)員豎直向下拉繩的力; (2)運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力. 【點(diǎn)撥】不同的問(wèn)題需靈活選用整體法或隔離法.視條件與所求問(wèn)題而定. 【解析】(1)先把運(yùn)動(dòng)員和吊椅看做一個(gè)整體,用整體法分析,設(shè)每股繩對(duì)系統(tǒng)的拉力為F,據(jù)牛頓第二定律應(yīng)有: 2F-(M+m)g=(m+M)a,即F= (m+M)(g+a)=440 N. (2)以運(yùn)

14、動(dòng)員為研究對(duì)象,他受繩的拉力F、吊椅的支持力FN、重力Mg三個(gè)力作用,由牛頓第二定律可得:F+FN-Mg=Ma,FN,17,M(g+a)-F=275 N.由牛頓第三定律可知運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力也是275 N,3. (創(chuàng)新題)為了測(cè)定小木板和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù),某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn):在小木板上固定一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)(質(zhì)量不計(jì)),彈簧測(cè)力計(jì)下端吊一個(gè)光滑小球,將木板連同小球一起放在斜面上,如圖所示.用手固定住木板時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F1,放手后木板沿斜面下滑,穩(wěn)定時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F2,測(cè)得斜面傾角為,由測(cè)得的數(shù)據(jù)可求出木板與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是多少,18,解析】用手固定住木板時(shí),對(duì)小球有F1=m

15、gsin , 木板沿斜面下滑時(shí),對(duì)小球有mgsin -F2=ma, 木板與小球一起下滑有共同的加速度,對(duì)整體有: (M+m)gsin -Ff=(M+m)a,Ff=(M+m)gcos . 由以上各式得= tan,對(duì)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的力分析不清楚，特別是在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中某個(gè)力突然消失或突然增加某個(gè)力作用于物體之上，或當(dāng)某個(gè)力的大小不變，而方向在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中變化時(shí)，不能根據(jù)實(shí)際情況正確地分析受力，是應(yīng)用牛頓第二定律解題時(shí)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤. 【例】以初速度v0豎直上拋一個(gè)質(zhì)量為m的物體，設(shè)物體,19,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力大小不變，物體經(jīng)過(guò)時(shí)間t到達(dá)最高點(diǎn)O，求: (1) 物體由最高點(diǎn)落回原地所用的時(shí)間； (2) 物體落回原地時(shí)的速度大小. 【錯(cuò)解】由題意知物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到重力和空氣阻 力的作用，由牛頓第二定律知mg+f=ma，所以a=g+ . 物體由拋出到返回原地，由x=v0t+ at2及v=v0+at得， t1=0,t2= ,v=-v0. 由運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性知，其上升和下降階段所用時(shí)間相等， 故由最高點(diǎn)落回原地所用的時(shí)間為t=,20,剖析】該題出錯(cuò)的主要原