牛頓第二定律的應(yīng)用PPT課件.ppt

牛頓第二定律的應(yīng)用 1 一 從受力確定運動情況 已知物體受力情況確定運動情況 指的是在受力情況已知的條件下 要求判斷出物體的運動狀態(tài)或求出物體的速度 位移等 處理這類問題的基本思路是 先分析物體受力情況求合力 據(jù)牛頓第二定律求加速度 再用運動學(xué)公式求所求量 運動學(xué)量 2 解 木箱受力如圖 將F正交分解 則 練習(xí) 一木箱質(zhì)量為 10Kg 與水平地面間的動摩擦因數(shù)為 0 2 現(xiàn)用斜向右下方 100N的力推木箱 使木箱在水平面上做勻加速運動 與水平方向成 37O角 求經(jīng)過 5秒時木箱的速度 F2 Fsin F1 Fcos Ff FN 由 得 豎直方向 水平方向 v at 代入數(shù)據(jù)可得 v m s 3 例題2一個滑雪的人 質(zhì)量m 75kg 以v0 2m s的初速度沿山坡勻加速滑下 山坡的傾角 30 在t 5s的時間內(nèi)滑下的路程x 60m 求滑雪人受到的阻力 包括摩擦和空氣阻力 F1 mgsin 根據(jù)牛頓第二定律 F1 F阻 ma 由 得F阻 F1 ma mgsin F阻方向沿斜面向上 滑雪的人滑雪時受力如圖 將G分解得 代入數(shù)據(jù)可得 F阻 67 5N 解 1 4 解 滑雪的人滑雪時受力如圖 將G分解得 F1 mgsin F1 F阻 ma 由 得F阻 F1 ma mgsin F阻方向沿斜面向上 代入數(shù)據(jù)可得 F阻 67 5N 5 二 從運動情況確定受力 已知物體運動情況確定受力情況 指的是在運動情況 知道三個運動學(xué)量 已知的條件下 要求得出物體所受的力或者相關(guān)物理量 如動摩擦因數(shù)等 處理這類問題的基本思路是 先分析物體的運動情況 據(jù)運動學(xué)公式求加速度 再在分析物體受力情況的基礎(chǔ)上 用牛頓第二定律列方程求所求量 力 6 上題中如果忽略空氣阻力作用 求滑雪板與雪面間動摩擦因數(shù)多大 如果坡長只有60m 下端是水平雪面 滑雪者在水平面上還能滑多遠 如果下坡后立即滑上一個300的斜坡 請問滑雪者最高能上升多高 更上一層 約 0 1 242m 41m 7 一 從受力確定運動情況 二 從運動情況確定受力 動力學(xué)的兩類基本問題 解題思路 力的合成與分解 運動學(xué)公式 受力情況 合力F合 a 運動情況 8 1 確定研究對象 2 分析研究對象的受力情況 必要時畫受力的示意圖 3 分析研究對象的運動情況 必要時畫運動過程簡圖 4 利用牛頓第二定律或運動學(xué)公式求加速度 5 利用運動學(xué)公式或牛頓第二定律進一步求解要求的物理量 應(yīng)用牛頓運動定律解題的一般步驟 9 練習(xí) 一木箱質(zhì)量為m 與水平地面間的動摩擦因數(shù)為 現(xiàn)用斜向右下方與水平方向成 角的力F推木箱 求經(jīng)過t秒時木箱的加速度 Vt V0 0 Fcos Fsin 豎直方向N Fsin G 0 水平方向Fcos f ma 二者聯(lián)系f N 如果還要求經(jīng)過t秒時木箱的速度vt at 10 練習(xí) 圖中的AB AC AD都是光滑的軌道 A B C D四點在同一豎直圓周上 其中AD是豎直的 一小球從A點由靜止開始 分別沿AB AC AD軌道滑下B C D點所用的時間分別為tl t2 t3 則 A tl t2 t3B tl t2 t3C tltl t2 11 練習(xí)如圖 底板光滑的小車上用兩個量程為20N 完全相同的彈簧甲和乙系住一個質(zhì)量為1Kg的物體 當(dāng)小車在水平路面上勻速運動時 兩堂皇秤的讀數(shù)均為10N 當(dāng)小車做勻加速運動時 甲的讀數(shù)是8N 則小車的加速度是 方向向 左 右 甲 乙 12 物體以某一初速度v0沖上傾角為 的斜面 物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為 則物體經(jīng)多長時間上滑至最高點 小車的斜面光滑 傾角為 木塊位于斜面上 則小車應(yīng)以什么樣的加速度運動才能使木塊與它保持相對靜止 判斷車在做什么樣的運動 若m 已知 則車的加速度多大 小車下滑的加速度為多大時系小球的細線剛好與斜面垂直 13 連結(jié)體問題 連結(jié)體 兩個 或兩個以上 物體相互連結(jié)參與運動的系統(tǒng) 隔離法 將各個物體隔離出來 分別對各個物體根據(jù)牛頓定律列式 并要注意標(biāo)明各物體的加速度方向 找到各物體之間的速度制約關(guān)系 整體法 若連結(jié)體內(nèi) 即系統(tǒng)內(nèi) 各物體的加速度相同 又不需要系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力時 可取系統(tǒng)作為一個整體來研究 整體法與隔離法交叉使用 若連接體內(nèi)各物體具有相同的加速度時 應(yīng)先把連接體當(dāng)成一個整體列式 如還要求連接體內(nèi)物體相互作用的內(nèi)力 則把物體隔離 對單個物體根據(jù)牛頓定律列式 14 例題 光滑的水平面上有質(zhì)量分別為m1 m2的兩物體靜止靠在一起 如圖 現(xiàn)對m1施加一個大小為F方向向右的推力作用 求此時物體m2受到物體m1的作用力F1 解法一 分別以m1 m2為隔離體作受力分析 對m1有 F F1 m1a 1 對m2有 F1 m2a 2 聯(lián)立 1 2 可得 F1 15 解法二 對m1 m2視為整體作受力分析 有 F m1 m2 a 1 對m2作受力分析 聯(lián)立 1 2 可得 F1 有 F1 m2a 2 例題 光滑的水平面上有質(zhì)量分別為m1 m2的兩物體靜止靠在一起 如圖 現(xiàn)對m1施加一個大小為F方向向右的推力作用 求此時物體m2受到物體m1的作用力F1 16 求m1對m2的作用力大小 用水平推力F向左推m1 m2間的作用力與原來相同嗎 對m2受力分析 思考 17 例 質(zhì)量為M的斜面放置于水平面上 其上有質(zhì)量為m的小物塊 各接觸面均無摩擦力 將水平力F加在M上 要求m與M不發(fā)生相對滑動 力F應(yīng)為多大 解 以m為對象 其受力如圖 由圖可得 18 A B C D 5 四個相同的木塊并排放在光滑的水平地面上 當(dāng)用力F推A使它們共同加速運動時 A對B的作用力是多少 19 6 如圖所示 在光滑的地面上 水平外力F拉動小車和木塊一起做加速運動 小車質(zhì)量為M 木塊質(zhì)量為m 設(shè)加速度大小為a 木塊和小車之間的動摩擦因數(shù)為 則在這個過程中 木塊受到的摩擦力大小是 a F A mg B ma C mF M m D F Ma 20 7 如圖 m1 m2 滑輪質(zhì)量和摩擦不計 則當(dāng)將兩物體由靜止釋放后 彈簧秤的讀數(shù)是多少 21 8 在氣墊導(dǎo)軌上用不可伸縮的細繩 一端系在質(zhì)量為m1的滑塊上 另一端系在質(zhì)量為m2的鉤碼上 如圖所示 設(shè)導(dǎo)軌與滑塊之間 細繩與滑輪之間無摩擦 求滑塊的加速度以及細繩的拉力 22 傳問題送帶 水平傳送帶問題的演示與分析 傳送帶問題的實例分析 學(xué)習(xí)重點 難點 疑點 突破 傳送帶問題總結(jié) 23 難點 傳送帶與物體運動的牽制 關(guān)鍵是受力分析和情景分析疑點 牛頓第二定律中a是物體對地加速度 運動學(xué)公式中S是物體對地的位移 這一點必須明確 24 例題分析 例1 如圖所示為水平傳送帶裝置 繃緊的皮帶始終保持以 3m s 變 1m s 的速度移動 一質(zhì)量m 0 5kg的物體 視為質(zhì)點 從離皮帶很近處輕輕落到一端A處 若物體與皮帶間的動摩擦因素 0 1 AB兩端間的距離為L 2 5m 試求 物體從A運動到B的過程所需的時間為多少 25 例題分析 分析 題目的物理情景是 物體離皮帶很近處輕輕落到A處 視初速度為零 當(dāng)物體剛放上傳送帶一段時間內(nèi) 與傳送帶之間有相對滑動 在此過程中 物體受到傳送帶的滑動摩擦力是物體做勻加速運動的動力 物體處于相對滑動階段 然后當(dāng)物體與傳送帶速度相等時 物體相對傳送帶靜止而向右以速度 做勻速運動直到B端 此過程中無摩擦力的作用 26 FN f ma mg ma v at x at2 2 t 3s x 4 5m t 27 變式訓(xùn)練1 如圖所示為水平傳送帶裝置 繃緊的皮帶始終保持以 1m s的速度移動 一質(zhì)量m 0 5kg的物體 視為質(zhì)點 從離皮帶很近處輕輕落到一端A處 若物體與皮帶間的動摩擦因素 0 1 AB兩端間的距離為L 2 5m 試求 物體從A運動到B的過程所需的時間為多少 28 變式訓(xùn)練2 如圖所示 一平直的傳送帶以速度 2m s勻速運動 傳送帶把 處的工件運送到 處 相距 10m 從 處把工件無初速地放到傳送帶上 經(jīng)時間 6s能傳送到 處 欲用最短時間把工件從 處傳到 處 求傳送帶的運行速度至少多大 29 例題分析 例2 如圖所示 一水平方向足夠長的傳送帶以恒定的速度 2m s沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動 傳送帶傳送帶右端有一與傳送帶等高的光滑水平面 一物體以恒定的速率V 4m s沿直線向左滑上傳送帶 求物體的最終速度多大 30 例3 一傳送帶裝置示意如圖 傳送帶與地面傾角為37 以4m s的速度勻速運行 在傳送帶的低端A處無初速地放一個質(zhì)量為0 5kg的物體 它與傳送帶間動摩擦因素 0 8 A B間長度為25m 求 1 說明物體的運動性質(zhì) 相對地面 2 物體從A到B的時間為多少 sin37 0 6 31 例4 如圖所示 傳送帶與地面傾角為37 從 到 長度為16m 傳送帶以 20m s 變 10m s 的速率逆時針轉(zhuǎn)動 在傳送帶上端 無初速地放一個質(zhì)量為 0 5kg的物體 它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為 0 5 求物體從 運動到 所需時間是多少 sin37 0 6 32 總結(jié) 傳送帶問題的分析思路 初始條件 相對運動 判斷滑動摩擦力的大小和方向 分析出物體受的合外力和加速度大小和方向 由物體速度變化再分析相對運動來判斷以后的受力及運動狀態(tài)的改變 難點是當(dāng)物體與皮帶速度出現(xiàn)大小相等 方向相同時 物體能否與皮帶保持相對靜止 一般采用假設(shè)法 假使能否成立關(guān)鍵看F靜是否在0 Fmax之間 33 練習(xí)1 圖1 某工廠用傳送帶傳送零件 設(shè)兩輪圓心的距離為S 傳送帶與零件的動摩擦因數(shù)為 傳送帶的速度為V 在傳送帶的最左端P處 輕放一質(zhì)量為m的零件 并且被傳送到右端的Q處 設(shè)零件運動一段與傳送帶無相對滑動 則傳送零件所需的時間為多少 習(xí)題 34 練習(xí)2 如圖2所示 傳送端的帶與地面的傾角 370 從A端到B長度為16m 傳送帶以v 10m s的速度沿逆時針方向轉(zhuǎn)動 在傳送帶上端A處無初速地放置一個質(zhì)量為0 5kg的物體 它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為 0 5 求物體從A端運動到B端所需的時間是多少 習(xí)題 35 瞬時加速度的分析問題 分析物體在某一時刻的瞬時加速度 關(guān)鍵 分析瞬時前后的受力情況及運動狀態(tài) 再由牛頓第二定律求出瞬時加速度 有兩種模型 剛性繩 或接觸面 是一種不需要發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力的物體 若剪斷 或脫離 后 其中彈力立即發(fā)生變化 不需要形變恢復(fù)的時間 彈簧 或橡皮繩 特點是形變量大 形變恢復(fù)需要較長時間 在瞬時問題中 其彈力可以看成不變 36 一條輕彈簧上端固定在天花板上 下端連接一物體A A的下邊通過一輕繩連接物體B A B的質(zhì)量相同均為m 待平衡后剪斷A B間的細繩 則剪斷細繩的瞬間 物體A的加速度和B的加速度 37 如圖 兩個質(zhì)量均為m的重物靜止 若剪斷繩OA 則剪斷瞬間A和B的加速度分別是多少 0 38 質(zhì)量皆為m的A B兩球之間系著一個不計質(zhì)量的輕彈簧 放在光滑水平臺面上 A球緊靠墻壁 今用力F將B球向左推壓彈簧 平衡后 突然將力F撤去的瞬間A B的加速度分別為多少 39 兩物體P Q分別固定在質(zhì)量可以忽略不計的彈簧的兩端 豎直放在一塊水平板上并處于平衡狀態(tài) 兩物體的質(zhì)量相等 如突然把平板撤開 在剛撤開的瞬間P Q的加速度各是多少 40 如圖 質(zhì)量為m的小球處于靜止?fàn)顟B(tài) 若將繩剪斷 則此瞬間小球的加速度是多少 B m A 41 動態(tài)分析問題 42 雨滴從高空由靜止落下 若雨滴下落時空氣對其的阻力隨雨滴下落的速度增大而增大 試正確做出反映雨滴下落運動速度隨時間變化情況的圖象 43 F 已知 F kt 試畫出物體的摩擦力隨時間變化的圖像 44 臨界問題 45 1 如圖所示 質(zhì)量為m的小球用細繩掛在傾角為37 的光滑斜面頂端 斜面靜止時 繩與斜面平行 現(xiàn)斜面向左加速運動 1 當(dāng)a1 g時 細繩對小球的拉力多大 2 當(dāng)a2 2g呢 46 Tcos Nsin maTsin Ncos mg解得T mgsin macos 當(dāng)a1 g時 T1 1 4mg 當(dāng)a2 2g時 T2 2 2mg 錯解分析 斜面向左做加速運動時 隨著加速度的增大 小球?qū)π泵鎵毫p小 當(dāng)加速度等于4g 3時 小球?qū)π泵鎵毫榱?加速度大于4g 3時 小球飄起來原方程不再成立 47 正確分析 1 小球恰好對斜面無壓力作用時 加速度為a 由mgcot ma0 得a0 4g 3 2 當(dāng)a1 g時 T1 1 4mg 3 當(dāng)a2 2g時 小球脫離斜面 最后得出 其中 是T2與水平方向的夾角 48 2 靜摩擦力 兩物體恰好不發(fā)生相對運動時 兩物體間摩擦力為最大靜摩擦力 49 2 如圖 物體A疊放在物體B上 B置于光滑水平面上 A B質(zhì)量分別為mA 6kg mB 2kg A B之間的動摩擦因數(shù) 0 2 開始時F 10N 此后逐漸增加 在增大到45N的過程中 則 50 A 當(dāng)拉力F 12N時 兩物體均保持靜止?fàn)顟B(tài)B 兩物體開始沒有相對運動 當(dāng)拉力超過12N時 開始相對滑動C 兩物體間從受力開始就有相對運動D 兩物體間始終沒有相對運動 51 首先以A B整體為研究對象 由牛頓第二定律有F mA mB a 再以B為研究對象 由牛頓第二定律有f mBa 當(dāng)f為最大靜摩擦力時 由 得a 6m s2 F 48N由此可以看出當(dāng)F 48N時A B間的摩擦力都達不到最大靜摩擦力 也就是說 A B間不會發(fā)生相對運動 所以D選項正確 52 3 兩物體分離 注意兩物體分離的臨界條件 加速度 速度相等 接觸但相互作用的彈力為零 53 例 一個彈簧秤放在水平面地面上 Q為與輕彈簧上端連在一起的秤盤 P為一重物 已知P的質(zhì)量M 10 5kg Q的質(zhì)量m 1 5kg 彈簧的質(zhì)量不計 勁度系數(shù)k 800N m 系統(tǒng)處于靜止 如圖所示 現(xiàn)給P施加一個豎直向上的力F 使它從靜止開始向上做勻加速運動 已知在前0 2s時間內(nèi)F為變力 0 2s后F為恒力 求F的最大值與最小值 取g 10m s2 54 分析與解 0 2s以后F為恒力 說明在t 0 2s時刻P Q分離 此時F最大 因為P Q脫離前 二者一起勻加速運動 它們受到的合外力保持不變 因此 t 0時刻F最小 55 設(shè)開始彈簧被壓縮的形變量為x1 對P Q整體 由牛頓第二定律有kx1 M m g t 0 2s時彈簧的形變量為x2 對Q 由牛頓第二定律有kx2 mg ma 56 由運動學(xué)公式 有x1 x2 at2 2 聯(lián)立 解得a 0 6m s2對P Q整體 在開始 由牛頓第二定律有Fmin kx1 M m g M m a得Fmin 72N對P 在分離瞬間 由牛頓第二定律有Fmax Mg Ma得Fmax 168N 57 假設(shè)法 假設(shè)法是對于待求解的問題 在與原題所給條件不相違的前提下 人為的加上或減去某些條件 以使原題方便求解 求解物理試題常用的有假設(shè)物理情景 假設(shè)物理過程 假設(shè)物理量等 利用假設(shè)法處理某些物理問題 往往能突破思維障礙 找出新的解題途徑 化難為易 化繁為簡 58 通過本節(jié)訓(xùn)練 著重掌握用假設(shè)法確定某個力的三種方法 我們在分析物理現(xiàn)象時 常常出現(xiàn)似乎是這又