202X年高中物理第四章第6節(jié)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題（一）課件新人教版必修1

1、學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)1.1.進(jìn)一步學(xué)習(xí)物體的受力情況進(jìn)一步學(xué)習(xí)物體的受力情況, ,并能結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)并能結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行受力分析。情況進(jìn)行受力分析。2.2.知道動(dòng)力學(xué)的兩類問(wèn)題：從受力確定運(yùn)動(dòng)情況和知道動(dòng)力學(xué)的兩類問(wèn)題：從受力確定運(yùn)動(dòng)情況和從運(yùn)動(dòng)情況確定受力。理解加速度是解決兩類動(dòng)力從運(yùn)動(dòng)情況確定受力。理解加速度是解決兩類動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的橋梁。學(xué)問(wèn)題的橋梁。3.3.掌握解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的基本思路和方法掌握解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的基本思路和方法, ,會(huì)用牛頓會(huì)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決有關(guān)問(wèn)題。運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決有關(guān)問(wèn)題。一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況1.牛頓第二定律確定了_和_的關(guān)系,使我們能夠把物體的

2、運(yùn)動(dòng)情況和_聯(lián)系起來(lái)。2.如果已知物體的受力情況,可以由_求出物體的加速度,再通過(guò)_確定物體的運(yùn)動(dòng)情況。運(yùn)動(dòng)力受力情況牛頓第二定律運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律【自我思悟】1.為什么加速度可以把受力和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)?提示：因?yàn)樵谂ｎD第二定律中有加速度與力的關(guān)系,而在運(yùn)動(dòng)學(xué)公式中有加速度與運(yùn)動(dòng)參量的關(guān)系,所以可以把加速度作為“橋梁”,把物體的受力與運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。2.求物體加速度的途徑有哪些?提示：途徑一：由運(yùn)動(dòng)學(xué)的關(guān)系(包括運(yùn)動(dòng)公式和運(yùn)動(dòng)圖像),通過(guò)初速度、末速度、位移、時(shí)間等物理量求加速度;途徑二：根據(jù)牛頓第二定律列方程求解加速度。二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力如果已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù)_求出物體的加速度,再根據(jù)_就可以

3、確定物體所受的力。運(yùn)動(dòng)學(xué)公式牛頓第二定律【自我思悟】1.常用的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有哪些?提示：勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度v隨時(shí)間變化的規(guī)律是v=v0+at,位移隨時(shí)間變化的規(guī)律是x=v0t+ at2,速度位移關(guān)系式是v2-v02=2ax。2.由牛頓第二定律只能確定物體受到的合力嗎?提示：不是。由牛頓第二定律可以先求出物體所受的合力,然后根據(jù)力的合成與分解還可以確定某個(gè)分力。12【盲區(qū)掃描】1.物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況是由其受力決定的。2.物體加速度的方向由物體所受合外力的方向決定。3.無(wú)論由受力確定運(yùn)動(dòng),還是由運(yùn)動(dòng)確定受力,都需要對(duì)物體進(jìn)行受力分析。4.從受力確定運(yùn)動(dòng)情況需要先由力的合成與分解求合力。5.正交分

4、解法是求物體所受合力的有效方法。一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況 規(guī)律方法1.解題思路：2.解題步驟：(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,求出所需求的運(yùn)動(dòng)學(xué)量任意時(shí)刻的位移和速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡等?！疚⑺伎肌?1)從受力確定物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)需要對(duì)物體進(jìn)行受力分析,此時(shí)受力分析的目的是什么?提示：受力分析的目的是求合力。(2)從受力確定物體的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)需要利用牛頓第二定律列方程,此時(shí)列方程的目的是求什么?提示：列方程的目

5、的是求加速度?！绢}組通關(guān)】【示范題】質(zhì)量為4kg的物體放在與水平面成30角、足夠長(zhǎng)的粗糙斜面底端,物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)= ,作用在物體上的外力與斜面平行,隨時(shí)間變化的圖像如圖所示,外力作用在物體上的時(shí)間共8s,根據(jù)所給條件(sin30= ,cos30= ,g取10m/s2)求：331232(1)物體所受的摩擦阻力為多大?(2)物體在04s內(nèi)的加速度為多少?運(yùn)動(dòng)的位移為多少?(3)物體從運(yùn)動(dòng)到停止走過(guò)的總位移為多少?【解題探究】(1)滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算公式是F=_。(2)04s內(nèi)物體受到哪幾個(gè)力的作用?提示：物體受到重力、斜面支持力、拉力和滑動(dòng)摩擦力4個(gè)力的作用。(3)物體從運(yùn)動(dòng)到停止共經(jīng)歷了

6、幾個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程?提示：勻加速,勻減速,再勻加速,再勻減速,共四個(gè)過(guò)程。FN【規(guī)范解答】(1)如圖,對(duì)物體進(jìn)行受力分析可得：G1=mgsin30=20N,FN=G2=mgcos30=20 N,F=FN= 20 N=20N3333(2)由牛頓第二定律F合ma可得，04 s內(nèi)物體的加速度：4 s時(shí)的速度：vv0at54 m/s20 m/s04 s內(nèi)位移：x1 at2 542 m40 m 122FGFF602020a m/s5 m/smm4合1212(3)46 s內(nèi)拉力為0，物體減速運(yùn)動(dòng)，加速度：物體運(yùn)動(dòng)2 s速度恰好減為0，通過(guò)的位移： 20 m610 s 和04 s運(yùn)動(dòng)相同，x3x140 m1012

7、 s和46 s運(yùn)動(dòng)相同，x4x220 m由于G1=F，故12 s后物體將靜止在斜面上；物體運(yùn)動(dòng)的總位移：x=x1+x2+x3+x4=120 m答案：(1)20 N(2)5 m/s240 m(3)120 m122GFF2020a m/s10 m/smm4合220 xv t2 m2【通關(guān)1+1】 1.(拓展延伸)【示范題】中,如果前4s F是水平作用在物體上,物體將如何運(yùn)動(dòng)?【解析】若F是水平作用在物體上,則物體受力如圖所示,則Fx=Fcos30=60 N=30 N=52NFy=Fsin30=60 N=30NF=(G2+Fy)= (20 +30)N=37.32NG1+F=(20+37.32)N=5

8、7.32NFx=52N,故物體靜止。答案：物體靜止323123332.質(zhì)量為2kg的物體靜止在足夠大的水平地面上,物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小視為相等。從t=0時(shí)刻開(kāi)始,物體受到方向不變、大小呈周期性變化的水平拉力F的作用,F隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖所示。重力加速度g取10m/s2,則物體在t=0至t=12s這段時(shí)間的位移大小為()A.18mB.54mC.72mD.198m【解析】選B。物體所受摩擦力為Ff=mg=0.2210N=4N,因此前3s內(nèi)物體靜止。36s,a= m/s2=2m/s2,x1= at2= 29m=9m。69s,物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),x2=v1

9、t=att=233m=18m。912s,物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),x3=v1t+ at2=63m+ 29m=27m;x總=x1+x2+x3=9m+18m+27m=54m。故選項(xiàng)B正確。fFF84m212121212【變式訓(xùn)練】1.如圖所示,放在固定斜面上的物塊以加速度a沿斜面勻加速下滑,若在物塊上再施加一個(gè)豎直向下的恒力F,則()A.物塊可能勻速下滑B.物塊仍以加速度a勻加速下滑C.物塊將以大于a的加速度勻加速下滑D.物塊將以小于a的加速度勻加速下滑【解析】選C。根據(jù)物塊的運(yùn)動(dòng)情況可知,加恒力F前、后,物塊的受力情況分別如圖甲、乙所示：則由牛頓第二定律得：mgsin-mgcos=ma,(F+mg)

10、sin-(F+mg)cos=ma,兩式相除得： 1,所以aa,故只有選項(xiàng)C正確。aFmgamg2.如圖所示,在傾角=37的足夠長(zhǎng)的固定的斜面底端有一質(zhì)量m=1.0kg的物體。物體與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)=0.25,現(xiàn)用輕細(xì)繩將物體由靜止沿斜面向上拉動(dòng)。拉力F=10N,方向平行斜面向上。經(jīng)時(shí)間t=4.0s繩子突然斷了,求：(1)繩斷時(shí)物體的速度大小。(2)從繩子斷了開(kāi)始到物體再返回到斜面底端的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。(已知sin37=0.60,cos37=0.80,g取10m/s2)【解析】(1)物體受拉力向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,受拉力F、斜面支持力FN、重力mg和摩擦力Ff,如圖所示,設(shè)物體向上運(yùn)動(dòng)的加速度為a1,根據(jù)牛

11、頓第二定律有：F-mgsin-Ff=ma1又Ff=FN,FN=mgcos解得：a1=2.0m/s2t=4.0s時(shí)物體的速度大小v1=a1t=8.0m/s。(2)繩斷時(shí)物體距斜面底端的位移為x1= a1t2=16m繩斷后物體沿斜面向上做勻減速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a2,受力如圖所示,則根據(jù)牛頓第二定律,對(duì)物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程有：12mgsin+Ff=ma2解得a2=8.0m/s2物體勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2= =1.0s減速運(yùn)動(dòng)的位移為x2= v1t2=4.0m12va12此后物體沿斜面勻加速下滑,設(shè)物體下滑的加速度為a3,根據(jù)牛頓第二定律可得mgsin-Ff=ma3,得a3=4.0m/

12、s2設(shè)物體由最高點(diǎn)下滑的時(shí)間為t3,根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得x1+x2= ,t3= s=3.2s,所以物體返回斜面底端的時(shí)間為t=t2+t3=4.2s答案：(1)8.0m/s(2)4.2s23 31a t210二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力 規(guī)律方法1.基本思路：本類型問(wèn)題是解決第一類問(wèn)題的逆過(guò)程,其思路如下：2.解題步驟：(1)確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析,并畫出受力圖和運(yùn)動(dòng)草圖。(2)選擇合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出物體的加速度。(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求物體所受的合外力。(4)根據(jù)力的合成與分解的方法,由合力求出所需的力?！疚⑺伎肌?1)從運(yùn)動(dòng)確定物體的受力情況時(shí)需要對(duì)物體進(jìn)行受

13、力分析,此時(shí)受力分析的目的是什么?提示：受力分析的目的是求物體受到的某一分力。(2)從運(yùn)動(dòng)情況確定物體的受力情況時(shí)需要利用牛頓第二定律列方程,此時(shí)列方程的目的是求什么?提示：列方程的目的是求物體所受的合外力。【題組通關(guān)】【示范題】民航客機(jī)都有緊急出口,發(fā)生意外情況時(shí)打開(kāi)緊急出口,狹長(zhǎng)的氣囊會(huì)自動(dòng)充氣生成一條通向地面的斜面,乘客可沿斜面滑行到地面上。如圖所示,某客機(jī)緊急出口離地面高度AB=3.0m,斜面氣囊長(zhǎng)度AC=5.0m,要求緊急疏散時(shí)乘客從氣囊上由靜止下滑到地面的時(shí)間不超過(guò)2s,g取10m/s2,求：(1)乘客在氣囊上滑下的加速度至少為多大?(2)乘客和氣囊間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過(guò)多大?(忽

14、略空氣阻力)【解題探究】(1)乘客沿氣囊下滑時(shí)受到幾個(gè)力的作用?提示：3個(gè)力,即重力、斜面支持力、沿斜面向上的滑動(dòng)摩擦力。(2)如何求乘客和氣囊間的動(dòng)摩擦因數(shù)?提示：先求出乘客和氣囊間的滑動(dòng)摩擦力,再由Ff=FN= mgcos求動(dòng)摩擦因數(shù)?！疽?guī)范解答】(1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式x= at2 得：a= m/s2=2.5m/s2 故乘客在氣囊上滑下的加速度至少為2.5m/s2。12222x2 5t2(2)乘客在斜面上受力情況如圖所示。Ff=FN FN=mgcos 根據(jù)牛頓第二定律：mgsin-Ff=ma 由幾何關(guān)系可知sin=0.6,cos=0.8由式得：= =0.44故乘客和氣囊間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過(guò)

15、0.44。答案：(1)2.5m/s2(2)0.44gsina7gcos16【通關(guān)1+1】1.(拓展延伸)【示范題】中,若要求緊急疏散時(shí)乘客從氣囊上由靜止下滑到地面時(shí)的速度不超過(guò)6m/s,則乘客和氣囊間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得小于多少?【解析】根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2-v02=2ax得a= m/s2=3.6m/s2乘客在斜面上下滑時(shí)受力情況如圖所示。2220vv602x2 5Ff=FNFN=mgcos根據(jù)牛頓第二定律：mgsin-Ff=ma由幾何關(guān)系可知sin=0.6,cos=0.8由以上各式解得：= =0.3故乘客和氣囊間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得小于0.3。答案：0.3gsina63.6gcos82.行車過(guò)程中,如

16、果車距不夠,剎車不及時(shí),汽車將發(fā)生碰撞,車?yán)锏娜丝赡苁艿絺?為了盡可能地減輕碰撞引起的傷害,人們?cè)O(shè)計(jì)了安全帶,假定乘客質(zhì)量為70kg,汽車車速為90km/h,從踩下剎車到完全停止需要的時(shí)間為5s,安全帶對(duì)乘客的作用力大小約為(不計(jì)人與座椅間的摩擦)()A.450NB.400NC.350ND.300N【解析】選C。汽車的速度v0=90km/h=25m/s,設(shè)汽車勻減速的加速度大小為a,則a= m/s2=5m/s2,對(duì)乘客應(yīng)用牛頓第二定律得：F=ma=705N=350N,所以選項(xiàng)C正確。0v25t5【變式訓(xùn)練】1.質(zhì)量為0.1kg的彈性球從空中某高度由靜止開(kāi)始下落,該下落過(guò)程對(duì)應(yīng)的v-t圖像如圖

17、所示。球與水平地面相碰后離開(kāi)地面時(shí)的速度大小為碰撞前的 。設(shè)球受到的空氣阻力大小恒為f,g取10m/s2,求：(1)彈性球受到的空氣阻力f的大小。(2)彈性球第一次碰撞后反彈的高度h。34【解析】(1)由v-t圖像可知,彈性球第一次下落過(guò)程中的加速度為a1= m/s2=8m/s2由牛頓第二定律得：mg-f=ma1則有：f=mg-ma1=(0.110-0.18)N=0.2Nv4t0.5(2)彈性球第一次碰撞后反彈時(shí)的速度為v= v= 4m/s=3m/s由牛頓第二定律得：mg+f=ma則：a= m/s2=12m/s2則反彈的高度為h= =m=0.375m答案：(1)0.2N(2)0.375m343

18、4mgf0.1 100.2m0.122v32a2 122.在21屆溫哥華冬奧會(huì)上,我國(guó)女子冰壺隊(duì)取得了優(yōu)異成績(jī),比賽中,冰壺在水平冰面上的運(yùn)動(dòng)可視為勻減速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)一質(zhì)量m=20kg的冰壺從被運(yùn)動(dòng)員推出到靜止共用時(shí)t=20s,運(yùn)動(dòng)的位移x=30m,g取10m/s2,求冰壺在此過(guò)程中(1)平均速度的大小。(2)加速度的大小。(3)冰壺與冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)?！窘馕觥?1)根據(jù)平均速度的公式可以求出：v= =1.5m/s;(2)將冰壺的運(yùn)動(dòng)看成是反方向初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)位移公式x= at2可以得到a= =0.15m/s2;(3)冰壺的重力G=mg=200N,根據(jù)牛頓第二定律可以得到a=

19、g,所以= =0.015。答案：(1)1.5m/s(2)0.15m/s2(3)0.015xt1222xtag【素養(yǎng)升華】從運(yùn)動(dòng)情況確定受力的注意事項(xiàng)(1)由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求加速度,要特別注意加速度的方向,從而確定合外力的方向,不能將速度的方向和加速度的方向混淆。(2)題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,再根據(jù)力的合成與分解求分力。 【資源平臺(tái)】備選角度：滑塊、滑板模型【示范題】如圖,一塊質(zhì)量為M=4kg,長(zhǎng)L=2m的勻質(zhì)木板放在足夠長(zhǎng)的光滑水平桌面上,初始時(shí)速度為零。板的最左端放置一個(gè)質(zhì)量m=2kg的小物塊,小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.2,小物塊上連接

20、一根足夠長(zhǎng)的水平輕質(zhì)細(xì)繩,細(xì)繩跨過(guò)位于桌面邊緣的定滑輪(細(xì)繩與滑輪間的摩擦不計(jì),木板與滑輪之間距離足夠長(zhǎng),g取10m/s2)。求：(1)若木板被固定,某人以恒力F=8N向下拉繩,則小物塊滑離木板所需要的時(shí)間是多少?(2)若木板不固定,某人仍以恒力F=8N向下拉繩,則小物塊滑離木板所需要的時(shí)間是多少?【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)對(duì)小物塊受力分析,由牛頓第二定律得：F-mg=ma,解得：a=2m/s2,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式L= 可得t1= s。(2)對(duì)小物塊、木板受力分析,由牛頓第二定律得：F-mg=ma1,mg=Ma2。解得：a1=2m/s2,a2=1m/s2。物塊的位移x1= a1t2,木板的位移x2= a2t

21、2,又x1-x2=L由以上三式解得t=2s。答案：(1) s(2)2s211at2212122應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解多過(guò)程問(wèn)題【案例剖析】(14分)2012年9月25日,我國(guó)首艘航空母艦“遼寧號(hào)”正式交接入列,航母使用滑躍式起飛甲板,2012年11月23日,我軍飛行員駕駛國(guó)產(chǎn)殲-15艦載機(jī)首次成功起降航空母艦,假設(shè)殲-15戰(zhàn)斗機(jī)在航母上起飛的情況可以簡(jiǎn)化成如下模型。航空母艦上的起飛跑道由長(zhǎng)度為l1的水平跑道和長(zhǎng)度為l2=32m的傾斜跑道兩部分組成。水平跑道與傾斜跑道末端的高度差h=4.0m。一架質(zhì)量為m=2.0104kg的飛機(jī),其噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力大小恒為F=1.2105N,方向與速度方向相同,為

22、了使飛機(jī)在傾斜跑道的末端達(dá)到起飛速度61m/s,外界還需要在整個(gè)水平跑道對(duì)飛機(jī)施加助推力F推=1.4105N。假設(shè)航母處于靜止?fàn)顟B(tài),飛機(jī)質(zhì)量視為不變并可看成質(zhì)點(diǎn),飛機(jī)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的平均阻力大小恒為飛機(jī)重力的k倍(k=0.1,g取10m/s2)。求：(1)飛機(jī)在水平跑道末端的速度大小;(2)水平跑道l1的長(zhǎng)度至少為多少(保留三位有效數(shù)字)?【審題】抓準(zhǔn)信息,快速推斷關(guān)鍵信息關(guān)鍵信息信息挖掘信息挖掘題題干干假設(shè)航母處于靜止?fàn)顟B(tài)假設(shè)航母處于靜止?fàn)顟B(tài)說(shuō)明飛機(jī)的初速度為零說(shuō)明飛機(jī)的初速度為零平均阻力大小恒為飛機(jī)重平均阻力大小恒為飛機(jī)重力的力的k k倍倍說(shuō)明阻力恒定說(shuō)明阻力恒定問(wèn)問(wèn)題題在水平跑道末端的速度在水平跑道末端的速度飛機(jī)在水平跑道末端的速度是飛機(jī)在水平跑道末端的速度是第一個(gè)過(guò)程的末速度第一個(gè)過(guò)程的末速度, ,也是第也是第二個(gè)過(guò)程的初速度二個(gè)過(guò)程的初速度l1 1的長(zhǎng)度至少的長(zhǎng)度至少要求跑道要求跑道l1 1的長(zhǎng)度大于等于飛的長(zhǎng)度大于等于飛機(jī)沿水平跑道加速前進(jìn)過(guò)程中機(jī)沿水平跑道加速前進(jìn)過(guò)程中的位移的位移保留三位有效數(shù)字保留三位有效數(shù)字最后結(jié)果位數(shù)有特殊要求最后結(jié)果位數(shù)有特殊要求【答題】規(guī)范解題,步步得分(1)設(shè)傾斜跑道傾角為,飛機(jī)在傾斜