第4章 第5節(jié)　牛頓第二定律的應(yīng)用

1、.第五節(jié)牛頓第二定律的應(yīng)用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.理解動(dòng)力學(xué)的兩類(lèi)根本問(wèn)題2會(huì)應(yīng)用牛頓第二定律解決從受力確定運(yùn)動(dòng)情況類(lèi)問(wèn)題難點(diǎn)、重點(diǎn)3會(huì)應(yīng)用牛頓第二定律解決從運(yùn)動(dòng)情況確定受力類(lèi)問(wèn)題重點(diǎn)、難點(diǎn)從 受 力 確 定 運(yùn) 動(dòng) 情 況1牛頓第二定律確定了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，使我們可以把物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況聯(lián)絡(luò)起來(lái)2假如物體的受力情況，可以由牛頓第二定律求出物體的加速度，再通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律確定物體的運(yùn)動(dòng)情況1根據(jù)物體加速度的方向可以判斷物體所受合外力的方向2根據(jù)物體加速度的方向可以判斷物體受到的每個(gè)力的方向×3加速度是聯(lián)絡(luò)運(yùn)動(dòng)和力的橋梁為什么加速度可以把受力和運(yùn)動(dòng)聯(lián)絡(luò)起來(lái)？【提示】因?yàn)樵谂?/p>

2、頓第二定律中有加速度與力的關(guān)系，而在運(yùn)動(dòng)學(xué)公式中有加速度與運(yùn)動(dòng)參量的關(guān)系，所以加速度作為“橋梁，把物體的受力與運(yùn)動(dòng)聯(lián)絡(luò)起來(lái)討論：玩滑梯是小孩非常喜歡的活動(dòng)，在歡樂(lè)的笑聲中，培養(yǎng)了他們英勇的品質(zhì)，假如滑梯的傾角為，一個(gè)小孩從靜止開(kāi)場(chǎng)下滑，小孩與滑梯間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，滑梯長(zhǎng)度為L(zhǎng)，怎樣求小孩滑到底端的速度和需要的時(shí)間？圖4­5­1【提示】首先分析小孩的受力，利用牛頓定律求出其下滑的加速度，然后根據(jù)公式v2v2as，sv0tat 2即可求得小孩滑到底端的速度和需要的時(shí)間1解題思路2解題步驟1確定研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)展受力分析，并畫(huà)出物體的受力圖2根據(jù)力的合成與分解，求出物體所受

3、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(yùn)動(dòng)的加速度4結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)的初始條件，選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，求出所需求的運(yùn)動(dòng)學(xué)量任意時(shí)刻的位移和速度，以及運(yùn)動(dòng)軌跡等1一個(gè)物體在程度恒力F的作用下，由靜止開(kāi)場(chǎng)在一個(gè)粗糙的程度面上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，速度變?yōu)関，假如要使物體的速度變?yōu)?v，以下方法正確的選項(xiàng)是 A將程度恒力增加到2F，其他條件不變B將物體質(zhì)量減小一半，其他條件不變C物體質(zhì)量不變，程度恒力和作用時(shí)間都增為原來(lái)的兩倍D將時(shí)間增加到原來(lái)的2倍，其他條件不變【解析】由牛頓第二定律得Fmgma，所以ag，那么vatt，應(yīng)選項(xiàng)A、B、C均錯(cuò)，D對(duì)【答案】D2多項(xiàng)選擇在程度地面上，A、B兩物體疊

4、放如圖4­5­2所示，在程度力F的作用下一起勻速運(yùn)動(dòng)，假設(shè)將程度力F作用在A上，兩物體可能發(fā)生的情況是圖4­5­2AA、B一起勻速運(yùn)動(dòng)BA加速運(yùn)動(dòng)，B勻速運(yùn)動(dòng)CA加速運(yùn)動(dòng)，B靜止DA與B一起加速運(yùn)動(dòng)【解析】假設(shè)A、B間的最大靜摩擦力大于F，那么A、B仍一起做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故A正確；假設(shè)A、B間的最大靜摩擦力小于F，那么A在拉力F的作用下做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，而B(niǎo)受到A的滑動(dòng)摩擦力小于B與地面間的滑動(dòng)摩擦力由題意可知此力大小與F相等，故B保持靜止，故C正確【答案】AC3如圖4­5­3所示，在傾角37°的足夠長(zhǎng)的固定的斜面底端有一質(zhì)

5、量m1.0 kg的物體物體與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)0.25，現(xiàn)用輕細(xì)繩將物體由靜止沿斜面向上拉動(dòng)拉力F10 N，方向平行斜面向上經(jīng)時(shí)間t4.0 s繩子突然斷了，求：圖4­5­31繩斷時(shí)物體的速度大小2從繩子斷了開(kāi)場(chǎng)到物體再返回到斜面底端的運(yùn)動(dòng)時(shí)間sin 37°0.60，cos 37°0.80，g取10 m/s2【解析】1物體受拉力向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受拉力F、斜面支持力FN、重力mg和摩擦力f，設(shè)物體向上運(yùn)動(dòng)的加速度為a1，根據(jù)牛頓第二定律有：Fmgsin fma1又fFN，F(xiàn)Nmgcos 解得：a12.0 m/s2t4.0 s時(shí)物體的速度大小v1a1t8.0 m

6、/s.2繩斷時(shí)物體距斜面底端的位移為s1a1t 216 m繩斷后物體沿斜面向上做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a2，那么根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程有：mgsin fma2解得a28.0 m/s2物體勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t21.0 s減速運(yùn)動(dòng)的位移為s2v1t24.0 m此后物體沿斜面勻加速下滑，設(shè)物體下滑的加速度為a3，根據(jù)牛頓第二定律可得mgsin fma3，得a34.0 m/s2設(shè)物體由最高點(diǎn)下滑的時(shí)間為t3，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得s1s2a3t，t3 s3.2 s，所以物體返回斜面底端的時(shí)間為tt2t34.2 s【答案】18.0 m/s24.2 s應(yīng)用牛頓第二定律解題時(shí)求

7、合力的方法1合成法物體只受兩個(gè)力的作用產(chǎn)生加速度時(shí)，合力的方向就是加速度的方向，解題時(shí)要求準(zhǔn)確作出力的平行四邊形，然后運(yùn)用幾何知識(shí)求合力F合反之，假設(shè)知道加速度方向就知道合力方向2正交分解法當(dāng)物體受到兩個(gè)以上的力作用而產(chǎn)生加速度時(shí)，通常用正交分解法解答，一般把力正交分解為加速度方向和垂直于加速度方向的兩個(gè)分量即沿加速度方向：Fxma，垂直于加速度方向：Fy0.從 運(yùn) 動(dòng) 情 況 確 定 受 力假如物體的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的加速度，再根據(jù)牛頓第二定律就可以確定物體所受的力1物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況是由它的受力決定的2物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況是由它對(duì)其他物體的施力情況決定的×3

8、物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況決定了它的受力情況×1常用的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有哪些？【提示】勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度v隨時(shí)間變化的規(guī)律是vtv0at，位移隨時(shí)間變化的規(guī)律是sv0tat 2，速度位移關(guān)系式是vv2as.2由牛頓第二定律只能確定物體受到的合力嗎？【提示】不是由牛頓第二定律可以先求出物體所受的合力，然后根據(jù)力的合成與分解還可以確定物體所受的實(shí)際作用力討論：李偉同學(xué)在觀看2019年3月30日4時(shí)11分我國(guó)發(fā)射第22顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的電視直播時(shí)，當(dāng)聽(tīng)到現(xiàn)場(chǎng)指揮倒計(jì)時(shí)完畢發(fā)出“點(diǎn)火命令后，立即用秒表計(jì)時(shí)，測(cè)得火箭底部通過(guò)發(fā)射架的時(shí)間是4.8 s，他想算出火箭受到的推力，試分析還要知道哪些條件？不計(jì)空氣

9、阻力，火箭質(zhì)量認(rèn)為不變【提示】根據(jù)牛頓第二定律Fmgma，假設(shè)想求得推力F，需知火箭的質(zhì)量和加速度，火箭的加速度可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式sat 2求得，即需要知道發(fā)射架的高度x和火箭通過(guò)發(fā)射架的時(shí)間t，綜上所述除了時(shí)間t已經(jīng)測(cè)得外，只要再知道火箭質(zhì)量m和發(fā)射架的高度s，就可由公式sat 2和Fmgma求出火箭受到的推力圖4­5­41根本思路本類(lèi)型問(wèn)題是解決第一類(lèi)問(wèn)題的逆過(guò)程，其思路如下：2解題步驟1確定研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)展受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，并畫(huà)出受力圖和運(yùn)動(dòng)草圖2選擇適宜的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，求出物體的加速度3根據(jù)牛頓第二定律列方程，求物體所受的合外力4根據(jù)力的合成與分解的方法

10、，由合力求出所需的力4納米技術(shù)1納米109 m是在納米尺度109 m107 m范圍內(nèi)通過(guò)直接操縱分子、原子或分子團(tuán)使其重新排列從而形成新物質(zhì)的技術(shù)用納米材料研制出一種新型涂料噴涂在船體上能使船體在水中航行形成空氣膜，從而使水的阻力減小一半設(shè)一貨輪的牽引力不變，噴涂納米材料后航行加速度比原來(lái)大了一倍，那么牽引力與噴涂納米材料后的阻力f之間大小關(guān)系是AFfBFfC2f DF3f【解析】噴涂納米材料前，由牛頓第二定律，那么有Ffma噴涂納米材料后，那么有Ffm·2a聯(lián)立兩式，解得：Ff，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤【答案】B5如圖4­5­5所示，截面為直角三角形的木塊置于粗

11、糙的程度地面上，其傾角30°.現(xiàn)木塊上有一質(zhì)量m1.0 kg的滑塊從斜面下滑，測(cè)得滑塊在0.40 s內(nèi)速度增加了1.4 m/s，且知滑塊滑行過(guò)程中木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力加速度g取10 m/s2，求：圖4­5­51滑塊滑行過(guò)程中受到的摩擦力大?。?滑塊滑行過(guò)程中木塊受到地面的摩擦力大小及方向【解析】1由題意可知，滑塊滑行的加速度a m/s23.5 m/s2.對(duì)滑塊受力分析，如圖甲所示，根據(jù)牛頓第二定律得mgsin fma，解得f1.5 N.甲乙2根據(jù)1問(wèn)中的滑塊受力示意圖可得FNmgcos .對(duì)木塊受力分析，如圖乙所示，根據(jù)牛頓第三定律有FNFN，根據(jù)程度方向上的平衡條件可得f地fcos FNsin ，解得f地3.03