牛頓定律的應(yīng)用一學(xué)習(xí)資料

1、牛頓定律的應(yīng)用一掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題的基本思路和方法知道運(yùn)動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題及其特點(diǎn)能夠運(yùn)用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決簡單的力學(xué)問題 如圖所示，運(yùn)動(dòng)與力總是息息相關(guān)，從物體的受力出發(fā)，可以了解物體的運(yùn)動(dòng)情況從運(yùn)動(dòng)情況可以分析受力情況 1牛頓第二定律確定了 和 的關(guān)系，使我們能夠把物體的運(yùn)動(dòng)情況和聯(lián)系起來 2根據(jù)牛頓定律從物體的受力情況確定情況，在實(shí)際中有重要應(yīng)用指揮宇宙飛船飛行的科學(xué)工作者，根據(jù)飛船的受力情況可以確定飛船在 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)力力受力情況受力情況運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)任意時(shí)刻的任意時(shí)刻的位置和速度位置和速度 3在實(shí)際問題中，常常需要從物體的運(yùn)動(dòng)情況來確定例如，知道了列車的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)

2、定律可以確定又如，根據(jù)天文觀測(cè)知道了月球的運(yùn)動(dòng)情況，就可以知道地球?qū)?情況牛頓當(dāng)初探討了這個(gè)問題，并進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律未知力未知力機(jī)車對(duì)列車的牽引力機(jī)車對(duì)列車的牽引力月亮的引力月亮的引力 (1)動(dòng)力學(xué)有兩類問題：一是已知物體的受力情況分析運(yùn)動(dòng)情況；二是已知運(yùn)動(dòng)情況分析受力情況，程序如下圖所示 其中，受力分析是基礎(chǔ)，牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式是工具，加速度是橋梁. (1)正確的受力分析 對(duì)物體進(jìn)行受力分析，是求解力學(xué)問題的關(guān)鍵，也是學(xué)好力學(xué)的基礎(chǔ) (2)受力分析的依據(jù) 力的產(chǎn)生條件是否存在，是受力分析的重要依據(jù)之一 力的作用效果與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間有相互制約的關(guān)系，結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析受力情

3、況是不可忽視的 由牛頓第三定律(力的相互性)出發(fā)，分析物體的受力情況，可以化難為易 (3)受力分析的基本方法 明確研究對(duì)象，即對(duì)誰進(jìn)行受力分析 把要研究的物體從周圍物體中隔離出來 按順序分析受力情況，畫出力的示意圖，其順序?yàn)椋褐亓Α椓?、摩擦力、其他? (1)首先要對(duì)所確定的研究對(duì)象作出受力情況、運(yùn)動(dòng)情況分析，把題中所給的物理情景弄清楚，然后由牛頓第二定律，通過加速度這個(gè)聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的“橋梁”，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行求解這是用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的基本思路和方法 (2)解題步驟 確定研究對(duì)象 對(duì)物體進(jìn)行受力分析并畫出受力圖，對(duì)物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析 選擇正方向或建立直角坐標(biāo)系，由牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)

4、律列方程 計(jì)算，求解未知量 某消防員從一平臺(tái)上跳下，下落2m后雙腳觸地，接著他用雙腿彎曲的方式緩沖(如圖所示)，使自身重心又下降了0.5m，在著地過程中地面對(duì)他雙腿的平均作用力估計(jì)為 () A自身所受重力的2倍 B自身所受重力的5倍 C自身所受重力的8倍 D自身所受重力的10倍 答案：B (1)要注意研究對(duì)象的選取，在解決問題時(shí)，可以用“隔離法”對(duì)某個(gè)物體進(jìn)行研究，也可以用“整體法”對(duì)系統(tǒng)一起研究 (2)注意“內(nèi)力”與“外力”的區(qū)別，內(nèi)力不會(huì)改變物體系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) (3)注意物體所受的合外力F與物體運(yùn)動(dòng)加速度a的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系所以我們分析問題時(shí)要特別注意物體所受的力在運(yùn)動(dòng)過程中是否發(fā)生變化 (4)

5、注意牛頓第二定律中的加速度a是對(duì)慣性參考系的，一般我們以地球作為慣性參考系 (5)注意F合ma是矢量式，所以在應(yīng)用時(shí)，要選擇正方向，一般我們選擇合外力的方向即加速度的方向?yàn)檎较?一位滑雪者如果以v020m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30的山坡，從沖坡開始計(jì)時(shí)，至3.8s末，雪撬速度變?yōu)榱闳绻┣僚c人的質(zhì)量為m80kg，求滑雪人受到的阻力是多少(g取10m/s2) 解析：可先分析滑雪人在斜坡上的運(yùn)動(dòng)情況初速度為20m/s，末速度為零，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為3.8s.則根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式，可以求得加速度a.再根據(jù)牛頓第二定律，由已知的加速度a，求出物體受到的阻力 如下圖建立坐標(biāo)，以v0方向?yàn)閤軸的正

6、方向，并將重力進(jìn)行分解 G1Gsin30，G2Gcos30 在x方向上，F(xiàn)3為物體受到的阻力大?。辉趛方向上，因?yàn)槲矬w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有變化，所以重力的一個(gè)分力G2等于斜坡的支持力FN. G2FN 沿x方向可建立方程F3G1ma 答案：20.8N 點(diǎn)評(píng)：要明確人的重力的下滑分力與阻力的合力產(chǎn)生了加速度 列車質(zhì)量為500t，以54km/h的速度行駛，如圖所示，運(yùn)動(dòng)阻力為車重的0.05倍，今欲使列車在200m內(nèi)停下來，剎車力應(yīng)多大？ 答案：3.125104N 解析：列車的質(zhì)量m500t5105kg 初速度v54km/h15m/s 對(duì)列車分析，由牛頓第二定律kmgFma 由運(yùn)動(dòng)規(guī)律v22as 代入數(shù)據(jù)可

7、得，為使列車能在200m內(nèi)停下來，剎車力至少為F3.125104N. 法國人勞倫特菲舍爾在澳大利亞伯斯的冒險(xiǎn)世界進(jìn)行了超高空特技跳水表演(如圖所示)，他從30m高的塔上跳下準(zhǔn)確地落入水池中已知水對(duì)他的阻力(包括浮力)是他的重力的3.5倍，他在空中時(shí)空氣對(duì)他的阻力是他的重力的0.2倍為了保證他的安全，水池的深度至少是多少米？(g10m/s2) 答案：9.6m 點(diǎn)評(píng)：正確地分析物體在不同階段的受力情況是解題的關(guān)鍵 (哈爾濱師大附中0809學(xué)年高一上學(xué)期期末)在海濱游樂場(chǎng)有一種滑沙的娛樂活動(dòng)如圖所示，人坐在滑板上從斜坡的高處A點(diǎn)由靜止開始下滑，滑到斜坡底部B點(diǎn)后沿水平滑道再滑行一段距離到C點(diǎn)停下來，

8、斜坡滑道與水平滑道間是平滑連接的，滑板與兩滑道間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5，不計(jì)空氣阻力，重力加速度g10m/s2，斜坡傾角37.(sin370.6，cos370.8) (1)若人和滑塊的總質(zhì)量為m60kg，求人在斜坡上下滑時(shí)的加速度大小 (2)若由于受到場(chǎng)地的限制，A點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離為S50m，為確保人身安全，假如你是設(shè)計(jì)師，你認(rèn)為在設(shè)計(jì)斜坡滑道時(shí)，對(duì)高度h應(yīng)有怎樣的要求？ 答案：(1)2m/s2 (2)斜坡的高度不能超過25m 解析：(1)在斜坡上下滑時(shí)，由牛頓第二定律得： mgsinFfma FNmgcos0 FfFN 解得：agsingcos2m/s2 如下圖所示，螺旋管道內(nèi)徑均勻，內(nèi)壁

9、光滑，螺距均為d0.1m，共5圈，螺旋橫截面的半徑R0.2m，管道半徑比管道內(nèi)徑大得多，一小球自管道A端從靜止開始下滑，求它到達(dá)管道B端時(shí)的速度大小和所用的時(shí)間 解析：中學(xué)生很少出現(xiàn)螺旋線運(yùn)動(dòng)的定量計(jì)算，學(xué)生會(huì)感到無從下手，如果采用整體轉(zhuǎn)化，將螺旋管展開則變成了一傾斜放置的直線管道，小球由螺旋線運(yùn)動(dòng)變成了沿一斜面下滑的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，如圖(2)所示，在小球下滑 點(diǎn)評(píng)：通過此題，啟迪學(xué)生的開放性思維 我國自1970年4月24日成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅1號(hào)后，航天技術(shù)取得了飛速發(fā)展，至2008年又成功發(fā)射了第三艘載人飛船“神舟七號(hào)” (1)發(fā)射衛(wèi)星和宇宙飛船的火箭可用二甲肼(C2H8N2)做燃料，燃燒時(shí)跟氧氣反應(yīng)生成二氧化碳、氮?dú)夂退畯膰娍趪姵龌鸺w行是靠向反方向噴出物質(zhì)而獲得加速度的其動(dòng)力來自于噴出物質(zhì)的_ (2)飛船返回地球時(shí)，為了保證宇航員的安全靠近地面時(shí)會(huì)放出降落傘進(jìn)行減速(如下圖所示)若返回艙離地面4km時(shí)，速度方向豎直向下，大小為200m/s，要使返回艙最安全、最理想著陸，則放出降落傘后返回艙應(yīng)獲得多大的加速度？降落傘產(chǎn)生的阻力應(yīng)為返回艙重力的幾倍？(設(shè)放出降落傘后返回艙做勻減速運(yùn)動(dòng)) 答案：(1)反作用力 (2)5m/s2；1.5倍 解析：(1)火箭飛行時(shí)，噴口噴出高溫高速物質(zhì)是靠火箭箭體對(duì)這些物質(zhì)施給的很大作用力，由牛頓第三定律得，這些物質(zhì)在受到作用力