高中物理用牛頓定律解決問題一課件新人教版必修演示課件

1、1,6.6 用牛頓運動定律解決問題(一,勻變速直線運動的重要公式:v=v0+at,x=v0t+ at2,v2- v20=2ax, (v0+v),x=aT2. 2. 牛頓第二定律:F=ma,2,1. 牛頓第二定律的應(yīng)用 牛頓第二定律確定了 和 的關(guān)系,從而使我們能夠把物體的 情況與 情況聯(lián)系起來. 2. 動力學(xué)的兩類基本問題 (1) 已知受力情況求運動情況 已知受力情況,根據(jù)牛頓第二定律求出物體的 ,再確定物體的初始條件(初位置和初速度),根據(jù) 求出物體的運動情況. (2) 已知運動情況求受力情況 已知物體的運動情況,根據(jù) 求出物體的加速度.再根據(jù)牛頓第二定律確定物體受到的合外力,從而求出未知力

2、或相關(guān)的量,3,自我校對 1. 運動力運動受力 2. （1）加速度運動學(xué)規(guī)律 （2）運動學(xué)公式,1. 用3 N的水平恒力，使處于水平面上一質(zhì)量為2 kg的物體從靜止開始運動，在2 s內(nèi)通過的位移是2 m，則物體的加速度大小和所受摩擦力的大小分別是( ) A. 0.5 m/s2,2 N B. 1 m/s2,1 N C. 2 m/s2,0.5 N D. 1.5 m/s2,0 【解析】由x= at2得a= m/s2=1 m/s2.由牛頓 第二定律可列式,F-f=ma,f=F-ma=3 N-21 N=1 N.故選B. 【答案】 B,4,2. 有兩個物體，質(zhì)量分別為m1和m2,m1原來靜止，m2以速度v

3、向右運動，它們同時各受到一個向右的大小相等的恒力作用，它們能達到相同速度的條件是( ) m1m2 D. m1遠遠大于m2 【解析】 m2原來有速度，m1從靜止加速，要使二者能達到同樣的速度，必須m1的加速度大于m2的加速度，由牛頓第二定律，m1必須小于m2. 【答案】 A 3. 如果力F在時間t內(nèi)能使質(zhì)量為m的原來靜止的物體產(chǎn)生位移x，那么( ) 相同的力在相同的時間內(nèi)使質(zhì)量為 的原來靜止的物體 產(chǎn)生位移2x,5,B. 相同的力在一半的時間內(nèi)使質(zhì)量為 的原來靜止的物體 產(chǎn)生位移x4 C. 相同的力在2倍的時間內(nèi)使質(zhì)量為2m的原來靜止的物體產(chǎn)生位移x D. 的力在相同時間內(nèi)使質(zhì)量為 的原來靜止的

4、物體產(chǎn)生 位移x 【解析】根據(jù)牛頓第二定律有a=Fm,又x= at2,可得x= Fmt2,分析可知應(yīng)選A、D. 【答案】 AD,6,交通警察在處理交通事故時，有時會根據(jù)汽車在路面上留下的剎車痕跡及汽車輪胎與地面的動摩擦因數(shù)，來判斷發(fā)生事故前汽車是否超速.你知道他們是如何判斷的嗎？ 根據(jù)2ax=v2可知,只要知道了a和x,就能計算出v來,剎車痕跡長度就是x,而在剎車的情況下,可以認為ma=mg,即a=g, 即為輪胎與地面的動摩擦因數(shù),g是當(dāng)?shù)刂亓铀俣?所以根據(jù)汽車在路面上留下的剎車痕跡及汽車輪胎與地面的動摩擦因數(shù)，可以判斷發(fā)生事故前汽車是否超速,7,一、由物體的受力情況確定運動情況的一般步驟

5、1. 確定研究對象,對研究對象進行受力分析,并畫出物體的受力分析圖. 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,求出物體運動的加速度. 4. 結(jié)合物體運動的初始條件,選擇運動學(xué)公式,求出所需的物理量任意時刻的速度,任意時間內(nèi)的位移,以及運動軌跡等,8,例1如圖所示，質(zhì)量為m=2 kg的物體，受到與水平方向成=37角的拉力F的作用，由靜止開始沿水平面做直線運動，物體與水平面的動摩擦因數(shù)= 0.1，拉力F=20 N，當(dāng)物體運動2 s后， 撤去拉力F.當(dāng)撤去外力后，物體又運 動了一段時間后停下來，問物體從靜 止開始共運動了多遠的距離?物體一共

6、運動了多長時間? (g取10 m/s2，sin 37 =0.6) 【點撥】由受力確定物體運動情況一定要做的受力分析，遵守解題步驟. 【解析】以物體為研究對象，受力分析如圖所示，建立直角坐標(biāo)系.物體在力F撤去之前，在水平面上做勻加速運動. 根據(jù)牛頓第二定律，在水平方向有 Fcos -f=ma1,9,在豎直方向受力平衡有 FN+Fsin -mg=0, 根據(jù)滑動摩擦力公式有f=FN, 聯(lián)立上述三式，并代入已知數(shù)據(jù)， 得a1=7.6 m/s2， F停止作用時，物體的速度為 v=a1t1=15.2 m/s. 設(shè)從F停止作用到物體停下來歷時為t2 ，在這個過程中，合外力為摩擦力，且FN=mg，f=FN，則

7、根據(jù)牛 頓第二定律，a2=- =-g=-1 m/s2. 則由運動學(xué)知識可得t2=- ，代入數(shù)據(jù)得t215.2s, 則從開始運動到停止運動共歷時t=t1+t2=2 s+15.2 s=17.2s,10,設(shè)從開始運動到停止運動，物體的總位移為x，因為前后兩個過程的平均速度相同，所以有 x= 17.2m=130.72m,1. 某火箭發(fā)射場正在進行某型號火箭的發(fā)射試驗.該火箭起飛時質(zhì)量為2.02103 kg，起飛推力2.75106 N，火箭發(fā)射塔高100 m，則該火箭起飛時的加速度大小為 m/s2；在火箭推動力不變的情況下，若不考慮空氣阻力及火箭質(zhì)量的變化，火箭起飛后，經(jīng) s飛離火箭發(fā)射塔.(g=9.8

8、m/s2,11,解析】火箭起飛時的加速度a= =1.35103 m/s2,它通過100 m長的發(fā)射架需要的時間t= =0.385 s. 【答案】 1.35103 0.385 二、由物體的運動情況確定受力情況 1. 基本思路 首先根據(jù)物體的運動情況,利用運動學(xué)公式求出加速度,再根據(jù)牛頓第二定律就可以確定物體所受的合外力,從而求出未知的力或與力相關(guān)的某些物理量. 2. 對物體進行受力分析時要善于結(jié)合物體的運動狀態(tài),來確定某個力的有無及其方向,比如彈力、摩擦力 的存在與否與物體的運動情況有關(guān),因此要結(jié) 合物體的運動狀態(tài)利用假設(shè)法去分析. 例2如圖所示，底座A上裝有長0.5 m的直立 桿，總質(zhì)量為0.

9、2 kg，桿上套有質(zhì)量為0.05 kg 的小環(huán)B，它與桿有摩擦，當(dāng)環(huán)從底座上以 4 m/s的初速度升起時，剛好能到達頂端,12,g取10 m/s2.求 (1) 在環(huán)升起過程中，底座對水平面壓力多大； (2) 小環(huán)從桿頂端落回底座需多少時間. 【解析】(1) v2=2ah,a=16m/s2, 對m有mg+f=ma,得f=0.3N. 對M有f=f=0.3 N,又f+FN=Mg, 解得FN=1.7 N. (2) 由mg-f=ma,a=4 m/s2, 而h=12at2,所以t=0.5 s,2. (2010馬鞍山)在水平地面上有一質(zhì)量為4 kg的物體，物體在水平拉,13,力F的作用下由靜止開始運動.10

10、 s后拉力大小減為 F,該物 體的v-t圖象如圖所示.求: (1) 物體受到的水平拉力F的大?。?(2) 物體與地面間的動摩擦因數(shù).（g取10 m/s2） 【解析】前10 s物體運動的加速度a1=1 m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有F-mg=ma1，在1030 s內(nèi)物體做勻減速直線運動， 加速度a2=0.5m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有mg- F=ma2， 解得F=9N，=0.125. 【答案】 (1) 9 N (2) 0.125 三、整體法和隔離法 若干個物體通過一定的方式連接在一起，就構(gòu)成了連接體，其連接方式一般是通過細繩、桿等物體來實現(xiàn)的.連接,14,體常會處于某種相同的運動狀態(tài)，如處于平衡狀

11、態(tài)或以相同的加速度運動.求解連接體的加速度或內(nèi)部物體間的相互作用力，是力學(xué)中能力考查的重要內(nèi)容，解決問題的有效方法是綜合運用整體法與隔離法. 1. 整體法 整體分析法就是把若干個運動情況相同的物體看做一個整體，只要分析外部的物體對這一整體的作用力，而不出現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部物體之間的作用力(這是內(nèi)力)，由此可以很方便地求出整體的加速度或是相關(guān)的外力，使解題十分簡捷. 運用整體法時應(yīng)注意:取作系統(tǒng)(整體)的各物體要具有相同的運動狀態(tài)，即有相同的加速度.當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)物體的加速度各不相同時，合外力等于各物體的質(zhì)量與加速度乘積的矢量和，即F合=m1a1+m2a2+mnan. 2. 隔離法 假設(shè)把某個物體(或某些物體

12、,也可以是物體的一部分)從連,15,接體中隔離出來作為研究對象，只分析這個研究對象受到的外力，由此就可以建立相關(guān)的動力學(xué)方程. 在應(yīng)用隔離法時要注意: (1)隔離對象的選擇是否恰當(dāng)十分重要，這關(guān)系到解題的繁簡.應(yīng)以問題便于求解為原則，既可以單個隔離，也可以整體隔離，并不是隔離得越多越好. (2)隔離法的優(yōu)勢在于把連接體內(nèi)各部分相互 作用的內(nèi)力，轉(zhuǎn)化為物體所受的外力，以便 應(yīng)用牛頓第二定律求解. 例3(2009安徽)在2008年北京殘奧會開幕式 上,運動員手拉繩索向上攀登,最終點燃了主 火炬,體現(xiàn)了殘疾運動員堅韌不拔的意志和自 強不息的精神.為了探求上升過程中運動員與 繩索和吊椅間的作用,可將過

13、程簡化.一根不可 伸縮的輕繩跨過輕質(zhì)的定滑輪,一端掛一吊椅,16,另一端被坐在吊椅上的運動員拉住,如圖所示.設(shè)運動員的質(zhì)量為65 kg,吊椅的質(zhì)量為15 kg,不計定滑輪與繩子間的摩擦,重力加速度取g=10 m/s2.當(dāng)運動員與吊椅一起正以加速度a=1 m/s2上升時,試求: (1)運動員豎直向下拉繩的力; (2)運動員對吊椅的壓力. 【點撥】不同的問題需靈活選用整體法或隔離法.視條件與所求問題而定. 【解析】(1)先把運動員和吊椅看做一個整體,用整體法分析,設(shè)每股繩對系統(tǒng)的拉力為F,據(jù)牛頓第二定律應(yīng)有: 2F-(M+m)g=(m+M)a,即F= (m+M)(g+a)=440 N. (2)以運

14、動員為研究對象,他受繩的拉力F、吊椅的支持力FN、重力Mg三個力作用,由牛頓第二定律可得:F+FN-Mg=Ma,FN,17,M(g+a)-F=275 N.由牛頓第三定律可知運動員對吊椅的壓力也是275 N,3. (創(chuàng)新題)為了測定小木板和斜面間的動摩擦因數(shù),某同學(xué)設(shè)計了如下的實驗:在小木板上固定一個彈簧測力計(質(zhì)量不計),彈簧測力計下端吊一個光滑小球,將木板連同小球一起放在斜面上,如圖所示.用手固定住木板時,彈簧測力計的示數(shù)為F1,放手后木板沿斜面下滑,穩(wěn)定時彈簧測力計的示數(shù)為F2,測得斜面傾角為,由測得的數(shù)據(jù)可求出木板與斜面間的動摩擦因數(shù)是多少,18,解析】用手固定住木板時,對小球有F1=m

15、gsin , 木板沿斜面下滑時,對小球有mgsin -F2=ma, 木板與小球一起下滑有共同的加速度,對整體有: (M+m)gsin -Ff=(M+m)a,Ff=(M+m)gcos . 由以上各式得= tan,對物體在運動過程中所受的力分析不清楚，特別是在運動的過程中某個力突然消失或突然增加某個力作用于物體之上，或當(dāng)某個力的大小不變，而方向在運動過程中變化時，不能根據(jù)實際情況正確地分析受力，是應(yīng)用牛頓第二定律解題時常出現(xiàn)的錯誤. 【例】以初速度v0豎直上拋一個質(zhì)量為m的物體，設(shè)物體,19,在運動過程中所受的阻力大小不變，物體經(jīng)過時間t到達最高點O，求: (1) 物體由最高點落回原地所用的時間； (2) 物體落回原地時的速度大小. 【錯解】由題意知物體在運動過程中受到重力和空氣阻 力的作用，由牛頓第二定律知mg+f=ma，所以a=g+ . 物體由拋出到返回原地，由x=v0t+ at2及v=v0+at得， t1=0,t2= ,v=-v0. 由運動的對稱性知，其上升和下降階段所用時間相等， 故由最高點落回原地所用的時間為t=,20,剖析】該題出錯的主要原