新教材高中物理第四章運動和力的關(guān)系5牛頓運動定律的應(yīng)用課件新人教版必修第一冊

1、第四章 運動和力的關(guān)系學(xué)習(xí)目標(biāo)1.結(jié)合生活情境,識別動力學(xué)的兩類問題,理解加速度是解決動力學(xué)問題的橋梁.歸納出解決動力學(xué)問題的基本思路和方法,會用牛頓第二定律和運動學(xué)公式解決有關(guān)問題.逐步形成運動與相互作用觀念.2.通過傳送帶模型,會對傳送帶上的物體進(jìn)行受力分析,能正確解答傳送帶上的物體運動問題,培養(yǎng)物理建模能力,建立應(yīng)用科學(xué)知識解決實際問題的意識.5牛頓運動定律的應(yīng)用知識點一 從受力確定運動情況1.根據(jù)牛頓第二定律我們知道:力是產(chǎn)生加速度的原因,也就是力是改變物體運動狀態(tài)的原因.如圖所示,用力推車,車做加速運動;用頭頂球,足球運動方向發(fā)生改變.這說明“運動”與“力”總是息息相關(guān)的.從物體的受

2、力出發(fā),可以了解物體的運動情況.那么,怎樣把受力和運動聯(lián)系起來?答案:因為牛頓第二定律確定了加速度與力的關(guān)系,而在運動學(xué)公式中有加速度與運動參量的關(guān)系,所以加速度作為“橋梁”,把物體的受力與運動聯(lián)系起來.2.通常可以用哪些關(guān)系求物體的加速度?3.從受力確定運動情況:如果已知物體的受力情況,可以由牛頓第二定律求出物體的 ,再通過 確定物體的運動情況.加速度運動學(xué)的規(guī)律知識點二從運動情況確定受力1.一位同學(xué)通過電視機(jī)觀看火箭發(fā)射的情景,他聽到現(xiàn)場指揮倒計時結(jié)束發(fā)出“點火”命令后,立刻用停表計時,測得火箭底部到達(dá)發(fā)射架頂端的時間為t,他想估算出火箭受到的推力,試分析還要知道哪些條件.不計空氣阻力,重

3、力加速度為g.2.從運動情況確定受力:如果已知物體的運動情況,根據(jù)運動學(xué)規(guī)律求出物體的 ,結(jié)合受力分析,再根據(jù) 求出力.加速度牛頓第二定律小試身手判斷下列說法的正誤并和同學(xué)交流(正確的在括號內(nèi)打“”,錯誤的打“”).探究一從受力確定運動情況問題情境在高速公路上,車輛駛?cè)胂缕侣范魏蟪掷m(xù)使用剎車容易造成剎車轂過熱,致使車輛制動性能降低或制動失靈,而發(fā)生追尾、對撞等惡性交通事故.為避免這種事故,經(jīng)常在高速下坡路段修一段“避險車道”,如圖所示.避險車道均采用上坡式制動坡床,坡度一般為3540,失控車輛沖上這個車道后,利用上坡路段和地面砂石的阻力,強(qiáng)制車輛減速停車.1.假如你是設(shè)計“避險車道”的工程師,

4、怎樣確定車道的最短長度?答案:汽車駛?cè)氡茈U車道,做勻減速運動,汽車從進(jìn)入避險車道到安全停下所運動的位移就是車道的最短長度.先分析汽車在避險車道上的受力情況,然后根據(jù)牛頓第二定律求出加速度,再利用運動學(xué)公式確定車道的最短長度.2.若已知汽車在高速公路上行駛的最大速度為vm,重力加速度為g,要計算避險車道的長度,還要知道哪些物理量?過程建構(gòu)從受力確定運動情況.(1)解題思路.(2)解題步驟.確定研究對象,對研究對象進(jìn)行受力分析,并畫出物體的受力示意圖.根據(jù)力的合成與分解,求出物體所受的合力(包括大小和方向).根據(jù)牛頓第二定律列方程,求出物體運動的加速度.結(jié)合物體運動的條件,選擇運動學(xué)公式,求出要求

5、的運動學(xué)參量.【典例1】一木箱裝貨物后質(zhì)量為50 kg,靜止在地面上.某人以200 N斜向上的力拉木箱,拉力的方向與水平面成30角,木箱與地面間的動摩擦因數(shù)為0.2,g取10 m/s2.求:(1)木箱的加速度大小;(2)第2 s末木箱的速度大小.解析:取木箱為研究對象,木箱的受力情況如圖所示,取加速度a的方向為x軸的正方向,建立直角坐標(biāo)系xOy.答案: (1)1.86 m/s2(2)3.72 m/s【典例2】如圖所示,在游樂場里有一種滑沙運動,某人坐在滑板上從斜坡的A點由靜止開始滑下,滑到斜坡底端B點后,沿水平滑道再滑行一段距離到達(dá)C點停下來.如果人和滑板的總質(zhì)量m=60 kg,滑板與斜坡滑道

6、和水平滑道間的動摩擦因數(shù)均為=0.5,斜坡的傾角=37(sin 37=0.6,cos 37=0.8),斜坡與水平滑道間是平滑連接的,整個運動過程中空氣阻力忽略不計,g取10 m/s2.(1)人從斜坡上滑下的加速度大小是多少?(2)若由于場地的限制,水平滑道的最大距離BC為l=20.0 m,則人從斜坡上滑下的距離AB應(yīng)不超過多少?學(xué)會審題(1)分析人下滑過程及在水平滑道上的受力情況.(2)運用牛頓第二定律和運動學(xué)規(guī)律分析求解相關(guān)量.解析:(1)以人(含滑板)為研究對象,對其進(jìn)行受力分析,建立如圖甲所示的坐標(biāo)系.設(shè)人從斜坡上滑下的加速度為a1,由牛頓第二定律得mgsin -Ff1=ma1,FN1-

7、mgcos =0,Ff1=FN1,聯(lián)立解得a1=g(sin -cos )=2 m/s2.甲(2)人在水平滑道上的受力分析如圖乙所示.答案:(1)2 m/s2(2)50 m乙探究二從運動情況確定受力問題情境如圖所示,房屋屋頂?shù)脑O(shè)計要考慮很多因素,其中很重要的一點是要考慮排水問題.如果某地降雨量較大,設(shè)計的房屋屋頂應(yīng)使雨滴能盡快淌離房頂,設(shè)雨滴沿屋頂流下時不考慮阻力且初速度為0.1.設(shè)計屋頂時需要考慮哪些因素?2.某同學(xué)設(shè)計了以下幾種坡度的屋頂(房屋的寬度一定),試分析哪一種排水效果最好(水最快淌離屋頂).過程建構(gòu)從運動情況確定受力.(1)解題思路.(2)解題步驟.確定研究對象,對研究對象進(jìn)行受力

8、分析和運動過程分析,并畫出受力示意圖和運動草圖.選擇合適的運動學(xué)公式,求出物體的加速度.根據(jù)牛頓第二定律列方程,求物體所受的合力.根據(jù)力的合成或分解的方法,由合力求出所需的力.【典例3】如圖所示,一位滑雪者以v0=20 m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30的斜坡,從剛沖上斜坡開始計時,至3.8 s末,該滑雪者的速度變?yōu)?.如果該滑雪者(含滑雪設(shè)備)的質(zhì)量為m=80 kg,求該滑雪者受到的阻力.g取10 m/s2.學(xué)會審題(1)根據(jù)已知條件求出加速度.(2)分析滑雪者的受力情況.(3)運用牛頓第二定律求出其受到的阻力.答案:21 N,方向沿斜坡向下根據(jù)牛頓第二定律,有mgsin 30+Ff=ma

9、,代入數(shù)據(jù)解得Ff=21 N,方向沿斜坡向下.答案:3.125104 N解決動力學(xué)問題的兩個關(guān)鍵點課堂評價1.一個物體靜止在光滑水平面上,現(xiàn)有水平恒力F作用在物體上,使物體由靜止開始運動,當(dāng)物體的位移為x0時,立刻換成-4F的力,作用相同時間,該過程中物體的總位移為( )A.-x0B.x0C.0D.-2x0答案:A2.一種汽車安全帶控制裝置的示意圖如圖所示,當(dāng)汽車處于靜止或勻速直線運動時,擺錘豎直懸掛,鎖棒水平,棘輪可以自由轉(zhuǎn)動,安全帶能被拉動.當(dāng)汽車突然剎車時,擺錘由于慣性繞軸擺動,使得鎖棒鎖定棘輪,安全帶不能被拉動.若擺錘從圖中實線位置擺到虛線位置,汽車可能的運動方向和運動狀態(tài)是( )A.

10、向左行駛、勻速直線運動B.向左行駛、突然剎車C.向右行駛、突然剎車D.向右行駛、勻速直線運動答案:C解析:解析:對擺錘進(jìn)行受力分析,建立直角坐標(biāo)系,如圖所示.擺錘在水平方向所受合力不為0且方向向左,故擺錘的加速度方向向左,所以若汽車向左運動,則可能向左做勻加速運動;若汽車向右運動,則可能向右做勻減速運動.故選項C正確.3.行車過程中,如果車距不夠,剎車不及時,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造成的傷害,人們設(shè)計了安全帶.假定乘客質(zhì)量為70 kg,汽車車速為90 km/h,從踩下剎車到車停止需要的時間為5 s,安全帶對乘客的作用力大小約為(不計人與座椅間的摩擦)( )A

11、.450 NB.400 NC.350 ND.300 N答案:C4.(2021全國乙卷)水平地面上有一質(zhì)量為m1的長木板,木板的左端上有一質(zhì)量為m2的物塊,如圖甲所示.用水平向右的拉力F作用在物塊上,F隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示,其中F1、F2分別為t1、t2時刻F的大小.木板的加速度a1隨時間t的變化關(guān)系如圖丙所示.已知木板與地面間的動摩擦因數(shù)為1,物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為2.假設(shè)最大靜摩擦力均與相應(yīng)的滑動摩擦力相等,重力加速度大小為g.則( )解析:由題圖丙可知tt2時木板做勻加速運動,物塊與木板相對運動,t1tt2時,物塊與木板一塊加速運動,t1(m1+m2)g,答案:BCD5.如圖所

12、示,樓梯口一傾斜的天花板與水平面成=37角,一裝修工人手持木桿綁著的刷子粉刷天花板,工人所持木桿對刷子的作用力始終豎直向上,大小為F=10 N,刷子的質(zhì)量為m=0.5 kg,刷子可視為質(zhì)點,刷子與天花板間的動摩擦因數(shù)為=0.5,天花板長為l=4 m,g取10 m/s2,sin 37=0.6,試求:(1)刷子沿天花板向上運動的加速度大小;(2)工人把刷子從天花板底端推到頂端所用的時間.解析:(1)以刷子為研究對象,受力分析如圖所示.答案:(1)2 m/s2(2)2 s6.21世紀(jì)新能源環(huán)保汽車在設(shè)計階段要對其各項性能進(jìn)行測試.某次新能源汽車性能測試中,牽引力傳感器傳回的牽引力隨時間變化的關(guān)系如圖

13、甲所示;但由于故障,速度傳感器只傳回了第25 s以后的數(shù)據(jù),如圖乙所示.已知汽車質(zhì)量為1 500 kg,若測試平臺是水平的,且汽車由靜止開始做直線運動,汽車所受阻力恒定.甲乙(1)18 s末汽車的速度是多少?(2)前25 s內(nèi)汽車的位移是多少?答案:(1)26 m/s(2)608 m學(xué)科素養(yǎng)培優(yōu)模型建構(gòu)傳送帶模型中的動力學(xué)問題傳送帶模型1.水平傳送帶模型.水平傳送帶模型分為三種情況,如下表所示.模型圖示滑塊可能的運動情況模型1可能一直加速;可能先加速后勻速模型2v0=v時,一直勻速;v0v時,可能一直減速,也可能先減速再勻速;v0v時,返回時速度為v;當(dāng)v0v時,返回時速度為v02.傾斜傳送帶

14、模型.物體沿傾角為的傳送帶傳送時,可以分為兩類:物體由底端向上運動;物體由頂端向下運動.解決傾斜傳送帶問題時要特別注意mgsin 與mgcos (設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)的大小和方向的關(guān)系,進(jìn)一步判斷物體所受合力與速度方向的關(guān)系,確定物體的運動情況.模型圖示滑塊可能的運動情況模型1可能從左端滑下;可能靜止;可能一直加速;可能先加速后勻速模型2可能一直加速;可能先加速后勻速;可能先以a1加速后以a2加速模型3可能一直加速;可能一直勻速;可能先加速后勻速;可能先減速后勻速;可能先以a1加速后以a2加速;可能一直減速模型4可能一直加速;可能一直勻速;可能先減速后反向加速【典例1】如圖所示,水平

15、方向的傳送帶順時針轉(zhuǎn)動,傳送帶速度大小v=2 m/s 不變,兩端A、B間距離為 3 m.一物塊從B端以v0=4 m/s滑上傳送帶,物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)=0.4,g取10 m/s2.物塊從滑上傳送帶至離開傳送帶的過程中,速度隨時間變化的圖像是( )ABCD答案:B【思維建構(gòu)】水平傳送帶問題的解題思路:第一步:構(gòu)建物理模型水平傳送帶模型3第二步:解讀模型規(guī)律物塊先減速,再反向加速,最后和傳送帶一起勻速運動第三步:擴(kuò)展延伸如果傳送帶較短,物塊一直減速【典例2】如圖甲所示,傾角為的傳送帶以恒定速率逆時針運行.現(xiàn)將一質(zhì)量m=2 kg的小物體輕輕放在傳送帶的A端,物體相對地面的速度隨時間變化的關(guān)系如圖乙所示,2 s末物體到達(dá)B端,取沿傳送帶向下為正方向,g取10 m/s2,求:(1)小物體在傳送帶A、B兩端間運動的平均速度v的大小.(2)物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù).甲乙答案:(1)8 m/s(2)0.5【典例3】如圖所示,有一條沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動的傳送帶,其速度v=4 m/s,傳送帶與水平面的夾角=37,現(xiàn)將質(zhì)量m=1 kg的物塊(物塊可視作質(zhì)點)輕放在其底端,與此同時,給物塊一沿傳送帶方向向上的恒力F,F=8 N