高中物理 4.5牛頓第二定律的應用同步教學課件 粵教版必修1.ppt

1 請結(jié)合教材例1總結(jié) 已知物體的受力情況求解物體的運動情況的解題思路是怎樣的呢 提示 具體解題思路如下 2 已知物體受力情況確定運動情況時的解題步驟是怎樣的 提示 1 確定研究對象 對其進行受力分析 并畫出受力圖 2 求出物體所受的合外力 3 應用牛頓第二定律求出加速度 4 結(jié)合物體運動的初始條件 應用運動學公式 求出物體任意時刻的位移和速度 畫出運動軌跡簡圖 1 受力分析的判斷依據(jù) 1 條件判斷 依據(jù)各種性質(zhì)的力的產(chǎn)生條件判斷力是否存在 一般不需要畫出 合力 或 分力 的示意圖 2 根據(jù)效果判斷 力的作用效果與物體的運動狀態(tài)間有互制的關系 結(jié)合物體的運動狀態(tài)分析物體的受力 3 相互作用判斷 根據(jù)力的相互性 分析物體的受力 4 為使問題簡單化 常忽略某些次要的力 如物體在空中下落 忽略空氣阻力 輕桿 輕繩等輕質(zhì)物體的重力一般情況下不考慮 2 受力分析的基本方法 1 明確研究對象 即明確對誰進行受力分析 2 把要研究的物體從周圍的環(huán)境中隔離出來 3 按順序分析物體的受力情況 畫出受力的示意圖 已知受力情況 確定物體的運動情況1 解題思路 2 解題步驟 1 確定研究對象 2 分析受力 畫受力示意圖 3 求合外力 4 由f ma求加速度 5 由運動學公式求運動參量 典例1 2011 哈爾濱高一檢測 在海濱游樂場有一種滑沙的娛樂活動 如圖所示 人坐在滑板上從斜坡的高處a點由靜止開始下滑 滑到斜坡底部b點后沿水平滑道再滑行一段距離到c點停下來 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摩擦因數(shù)均為 0 5 不計空氣阻力 重力加速度g 10m s2 斜坡傾角 37 sin37 0 6 cos37 0 8 1 若人和滑板的總質(zhì)量為m 60kg 求人在斜坡上下滑時的加速度大小 2 若由于受到場地的限制 a點到c點的水平距離為x 50m 為確保人身安全 假如你是設計師 你認為在設計斜坡滑道時 對高度h應有怎樣的要求 解答本題應注意以下三點 1 正確地對人和滑板進行受力分析 2 根據(jù)牛頓第二定律求出加速度 3 結(jié)合運動學公式設計斜坡滑道高度 規(guī)范解答 1 在斜坡上下滑時 由牛頓第二定律得 mgsin f ma fn mgcos 0 f fn 聯(lián)立 得 a gsin gcos 2m s2 2 設滑至底端時的速度為v 由運動學公式可知 v2 2a 沿bc段前進時的加速度a mg m g 沿bc段滑行的距離l v2 2a 為確保人身安全 則l hcot x 聯(lián)立 解得h 25m 故斜坡的高度不能超過25m 答案 1 2m s2 2 斜坡的高度不能超過25m 規(guī)律方法 解傳送帶問題時的三個注意點1 物體做勻加速運動時合外力的來源是由傳送帶給物體的滑動摩擦力 2 當物體和傳送帶一起勻速運動時物體只受到兩個力的作用 即重力和傳送帶給物體的支持力 3 各階段運動狀況明確以后由力學公式和運動學公式進行求解運算 變式備選 如圖所示 一水平傳送帶長為20m 以2m s的速度做勻速運動 已知某物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0 1 現(xiàn)將該物體由靜止輕放到傳送帶的a端 求物體被送到另一端b點所需的時間 g取10m s2 解析 物體受重力mg 支持力fn和向前的摩擦力f作用 由牛頓第二定律有 f ma 又fn mg 0 f fn fn fn 解得a g 0 1 10m s2 1m s2 當物體做勻加速運動達到傳送帶的速度v 2m s時 其位移為s1 m 2m 所以物體運動2m后與傳送帶一起勻速運動 第一段加速運動的時間為t1 s 2s 第二段勻速運動的時間為t2 s 9s 所以 物體在傳送帶上運動的總時間為t t1 t2 2s 9s 11s 答案 11s 1 已知物體運動情況求受力情況時的解題思路是怎樣的 提示 2 已知物體運動情況求受力情況時的解題步驟是怎樣的 提示 1 確定研究對象 對研究對象進行運動過程分析和受力分析 并畫出運動草圖和受力圖 2 根據(jù)物體的運動情況 應用運動學公式求出物體的加速度 3 應用牛頓運動定律推斷或求出物體受到的合外力 4 根據(jù)物體的受力情況和合力求出未知的力 知識歸納 動力學問題的解題思路及步驟 1 確定研究對象 2 對物體進行受力分析并畫出受力示意圖 對物體進行運動狀態(tài)的分析 3 選擇正方向或建立直角坐標系 由牛頓第二定律及運動學規(guī)律列方程 4 計算 求解未知量 應用牛頓第二定律的注意事項 1 牛頓第二定律f ma 實際上是揭示了力 加速度和質(zhì)量三個不同物理量之間的關系 要列牛頓第二定律的方程 就應將方程兩邊的物理量具體化 方程左邊f(xié)是物體受到的合外力即這個質(zhì)量為m的物體受到的合外力 首先要確定研究對象 對其進行受力分析 2 求合力的方法 可以利用平行四邊形定則或正交分解法 3 采用正交分解法時兩個分力方向的選擇是解題的關鍵 我們一般選擇物體運動或運動趨勢的方向所在的直線為x軸 一般情況下坐標軸的正方向與加速度方向一致 選與運動或運動趨勢的方向垂直的直線為y軸 典例2如圖所示 風洞實驗室中可產(chǎn)生水平方向的 大小可調(diào)節(jié)的風力 現(xiàn)將一套有小球的細直桿放入風洞實驗室 小球孔徑略大于桿的直徑 1 當桿在水平方向固定時 調(diào)節(jié)風力的大小 使小球在桿上做勻速運動 這時小球所受的風力為小球所受重力的0 5倍 求小球與桿間的動摩擦因數(shù) 2 保持小球所受的風力不變 使桿與水平方向的夾角為37 并固定 則小球從靜止出發(fā)在細桿上滑下距離s所需時間為多少 sin37 0 6 cos37 0 8 1 求解時先由水平面上小球做勻速運動時的二力平衡求出動摩擦因數(shù) 再分析小球在桿與水平面成37 角時的受力情況 2 根據(jù)牛頓第二定律列出方程 求得加速度 再由運動學方程求解 規(guī)范解答 1 設小球所受風力為f 則f 0 5mg 當桿水平固定時 小球做勻速運動 則所受摩擦力f與風力f等大反向 即f f 又因f fn mg 聯(lián)立以上三式解得小球與桿間的動摩擦因數(shù) 0 5 2 當桿與水平方向成 37 角時 小球從靜止開始沿桿加速下滑 設下滑距離s所用時間為t 小球受重力mg 風力f 桿的支持力f n和摩擦力f 作用 受力分析如圖所示 由牛頓第二定律可得 沿桿的方向fcos mgsin f ma 垂直桿的方向f n fsin mgcos 0 又f f n f 0 5mg 解得小球的加速度 g 0 6 0 5 0 8 g 因s at2 故小球的下滑時間為 規(guī)律方法 解彈簧連接體問題時的三個注意點 1 在水平板與物體分離前 物體一直向下做勻加速運動 物體受重力 彈簧彈力和水平板的支持力的作用 由牛頓第二定律列動力學方程 2 水平板和物體分離后 水平板給物體的作用力為零 物體只受兩個力的作用 即重力和彈簧的彈力的作用 3 彈簧形變量和物體移動位移大小相等 變式備選 一根勁度系數(shù)為k 質(zhì)量不計的輕彈簧 上端固定 下端系一質(zhì)量為m的物體 有一水平板將物體托住 并使彈簧處于自然長度 如圖所示 現(xiàn)讓平板由靜止開始以加速度a a g 勻加速向下移動 求經(jīng)過多長時間平板開始與物體分離 解析 設物體與平板一起向下運動的位移為s時 彈簧形變量x和s大小相等 物體受重力mg 彈簧的彈力f kx和平板的支持力fn作用 據(jù)牛頓第二定律有 mg kx fn ma得fn mg kx ma當fn 0時 物體與平板分離 所以此時x 因為s at2 所以t 答案 典例3在水平地面上有兩個彼此接觸的物體a和b 它們的質(zhì)量分別為m1和m2 與地面間的動摩擦因數(shù)均為 若用水平推力f作用于a物體 使a b一起向前做勻加速直線運動 如圖所示 求兩物體間的相互作用力為多大 若將f作用于b物體 則a b間的相互作用力又為多大 規(guī)范解答 1 當f作用于a物體時 以a b為研究對象對其受力分析如圖所示 由牛頓第二定律可得 f m1 m2 g m1 m2 a所以a g再以b為研究對象 其受力如圖所示 由牛頓第二定律可得f1 f2 m2af2 m2g 則a b間的相互作用力f1為 f1 2 當f作用于b時 應用同樣的方法可求a b間的相互作用力f2 答案 規(guī)律方法 連接體問題的處理方法 先以整體為研究對象求加速度 然后運用隔離法 選取其中一部分作為研究對象 求相互作用力 內(nèi)力 1 質(zhì)量為3kg的質(zhì)點 所受到的合外力的大小為1 5n 則該質(zhì)點做勻變速直線運動的加速度為 a 0 5m s2b 1 5m s2c 3m s2d 4 5m s2 解析 選a 此題已知物體的受力情況求運動情況 由牛頓第二定律f合 ma可得a 代入數(shù)據(jù)可得a 0 5m s2 故a正確 2 質(zhì)量為3kg的質(zhì)點 在向上的拉力作用下 豎直向上做勻變速直線運動的加速度為0 5m s2 則該質(zhì)點所受到的拉力的大小為 g取10m s2 a 1 5nb 21 5nc 31 5nd 37 5n 解析 選c 由牛頓第二定律f合 ma可得 f mg ma 拉力f m g a 31 5n 故c正確 3 2011 江門高一檢測 雙選 如圖所示 兩個質(zhì)量分別為m1 2kg m2 3kg的物體置于光滑的水平面上 中間用輕質(zhì)彈簧測力計連接 兩個大小分別為f1 30n f2 20n的水平拉力分別作用在m1 m2上 則 a 彈簧測力計的示數(shù)是10nb 彈簧測力計的示數(shù)是26nc 在突然撤去f2的瞬間 彈簧測力計的示數(shù)不變d 在突然撤去f1的瞬間 m1的加速度不變 解析 選b c 設彈簧測力計的彈力為f 加速度為a 對系統(tǒng) f1 f2 m1 m2 a 對m1 f1 f m1a 聯(lián)立兩式解得 a 2m s2 f 26n 故a項錯誤 b正確 在突然撤去f2的瞬間 由于彈簧測力計兩端都有物體 而物體的位移不能發(fā)生突變 所以彈簧的長度在撤去f2的瞬間沒變化 彈簧測力計的彈力不變 故c項正確 若突然撤去f1 物體m1的合外力方向向左 而沒撤去f1時合外力方向向右 所以m1的加速度發(fā)生變化 故d項錯誤 4 如圖a所示 用一水平外力f推著一個靜止在傾角為 的光滑斜面上的物體 逐漸增大f 物體做變加速運動 其加速度a隨外力f變化的圖象如圖b所示 若重力加速度g取10m s2 根據(jù)圖b中所提供的信息不能計算出 a 物體的質(zhì)量b 斜面的傾角c 物體能靜止在斜面上所施加的最小外力d 加速度為6m s2時物體的速度 解析 選d 分析物體受力 由牛頓第二定律得 fcos mgsin ma 由f 0時 a 6m s2 得 37 由a gsin 和a f圖線知 得 m 2kg 物體靜止時的最小外力fmincos mgsin fmin mgtan 15n 無法求出物體加速度為6m s2時的速度 因物體的加速度是變化的 對應時間也未知 故選d 5 如圖所示 質(zhì)量m 5 0kg的木箱放在水平地板上 對木箱施加一個f 10n的水平向右的推力 推力f作用的時間t 10s 木箱從靜止沿直線滑動距離s 10m 求 1 木箱運動的加速度a的大小 2 木箱與地板間的動摩擦因數(shù) 解析 1 木箱由靜止開始在t 10s內(nèi)的位移s 10m由s at2知 a m s2 0 2m s2 2 對木箱受力分析如圖 在水平方向上由牛頓第二定律 f f ma f fn mg得 mg f ma即 0 18答案 1 0 2m s2 2 0 18 一 選擇題 本題共5小題 每小題5分 共25分 1 某步槍子彈的出口速度達100m s 若步槍的槍膛長0 5m 子彈的質(zhì)量為20g 若把子彈在槍膛內(nèi)的運動看做勻變速直線運動 則高壓氣體對子彈的平均作用力為 a 1 102nb 2 102nc 2 105nd 2 104n 解析 選b 根據(jù)v2 2as a m s2 1 104m s2 再根據(jù)f ma 20 10 3 1 104n 2 102n 故b正確 2 一質(zhì)量為m的人站在電梯中 電梯加速上升 加速度大小為g 則人受電梯底部的支持力為 a mgb 2mgc mgd mg 解析 選d 人的受力如圖所示 由牛頓第二定律得f mg ma mg 所以f mg 則人受電梯底部的支持力為mg d正確 3 如圖甲所示 放在光滑水平面上的木塊受到兩個水平力f1與f2的作用靜止不動 現(xiàn)保持f1不變 f2大小變化如圖乙所示 則在此過程中 能正確描述木塊運動情況的速度圖象是下列選項中的 解析 選d 由于f2均勻減小到零然后又均勻增大到原值 所以木塊受到的合外力的變化情況為先增大后減小到零 根據(jù)牛頓第二定律知物體加速度也是先增大后減小到零 而速度一直在增大 最后達到最大值 符合上述規(guī)律的v t圖象只有d項 4 2011 衡水高一檢測 雨滴從空中由靜止落下 若雨滴下落時空氣對其阻力隨雨滴下落速度的增大而增大 如圖所示的圖象能正確反映雨滴下落運動情況的是 解析 選c 雨滴速度增大時 阻力也增大 由牛頓第二定律得a 故加速度逐漸減小 最終雨滴做勻速運動 5 2011 鄭州高一檢測 如圖所示 位于豎直平面內(nèi)的固定光滑圓環(huán)軌道與水平面相切于m點 與豎直墻壁相切于a點 豎直墻壁上另一點b與m的連線和水平面的夾角為60 c是圓環(huán)軌道的圓心 已知在同一時刻 a b兩球分別由a b兩點從靜止開始沿光滑傾斜直軌道am bm運動到m點 c球由c點自由下落到m點 則 a a球最先到達m點b b球最先到達m點c c球最先到達m點d b球和c球都可能最先到達m點 解析 選c 設圓的半徑為r 則gsin45 ta2 2r gsin60 tb2 r gtc2 可得 ta 故有tb ta tc 故c正確 二 非選擇題 本題共3小題 共25分 要有必要的文字敘述 6 8分 如圖所示 表示某人站在與水平方向成 角的 以加速度a向上運動的自動扶梯的臺階上 人的質(zhì)量為m 鞋底與臺階的動摩擦因數(shù)為 求此時人所受的摩擦力 解析 如圖建立坐標系 并將加速度a沿已知力的方向正交分解 水平方向 a2 acos 由牛頓第二定律得 f ma2 macos 故摩擦力f的大小為macos 方向為水平向右 答案 macos 方向為水平向右 7 8分 一斜面放在水平地面上 傾角 53 一個質(zhì)量為0 2kg的小球用細繩吊在斜面頂端 如圖所示 斜面靜止時 球緊靠在斜面上 繩與斜面平行 不計斜面與水平面的摩擦 當斜面以10m s2的加速度向右運動時 求細繩的拉力及斜面對小球的彈力 g取10m s2 解析 設小球剛剛脫離斜面時斜面向右的加速度為a0 此時斜面對小球的支持力恰好為零 小球只受到重力和細繩的拉力 且細繩仍然與斜面平行 對小球受力分析如圖所示 易知mgcot ma0代入數(shù)據(jù)解得 a0 7 5m s2因為a 10m s2 a0 所以當斜面以10m s2的加速度向右運動時小球已離開斜面 斜面對小球的彈力n 0 同理 由受力分析可知 細繩的拉力為f 2 83n此時細繩拉力f與水