4.5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用-【新教材】人教版(2019)高中物理必修第一冊(cè)課件

4.5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用【生活實(shí)例】為了盡量縮短停車(chē)時(shí)間，旅客按照站臺(tái)上標(biāo)注的車(chē)門(mén)位置候車(chē)。列車(chē)進(jìn)站時(shí)總能準(zhǔn)確地?？吭趯?duì)應(yīng)車(chē)門(mén)的位置。這是如何做到的呢？牛頓第二定律確定了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，使我們能夠把物體的運(yùn)動(dòng)情況與受力情況聯(lián)系起來(lái)。因此，它在許多基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)中都有廣泛的應(yīng)用。中學(xué)物理中我們只研究一些簡(jiǎn)單的實(shí)例。一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力物體運(yùn)動(dòng)情況運(yùn)動(dòng)學(xué)公

式加速度a牛頓第二定律物體受力情況物體運(yùn)動(dòng)情況運(yùn)動(dòng)學(xué)公式加速度

a牛頓第二定律物體受力情況動(dòng)力學(xué)的兩類(lèi)基本問(wèn)題一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況已知物體受力情況確定運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)或求出物體的速度、位移等。物體運(yùn)動(dòng)情況運(yùn)動(dòng)學(xué)公式加速度a牛頓第二定律物體受力情況基本思路：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(yùn)動(dòng)學(xué)公式求所求量(運(yùn)動(dòng)學(xué)量)。練1.一個(gè)靜止在水平面上的物體，質(zhì)量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平面向右運(yùn)動(dòng)，物體與水平地面間的滑動(dòng)摩擦力為4.2N。求物體4s末的速度和4s內(nèi)的位移。F

按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分：勻速、變速兩種。動(dòng)摩擦因數(shù)都不變，只將水平恒力增加為(3)如果其他條件不變，假設(shè)木板上表面也粗采用整體法可以避免對(duì)整體內(nèi)部進(jìn)行繁鎖的分析，常常使問(wèn)題解答更簡(jiǎn)便、明了。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律FN＝mgcosθ一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況解：根據(jù)“傳送帶上有黑色痕跡”可知，煤塊與傳送帶之間發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，煤塊的加速度a小于傳送帶的加速度a0。（1）分析滑塊和木板的受力情況，根據(jù)牛頓第二定律分別求出滑塊和木板的加速度；25，求物體在4s末的速度和4s內(nèi)的位移。例3、如圖所示，質(zhì)量M=60kg的人通過(guò)光滑的定滑輪用繩拉著m=20kg的物體，當(dāng)物體以加速度a=5m/s2上升時(shí)，人對(duì)地面壓力為（g=10m/s2）4N的拉力F作用下沿水平地面向右運(yùn)動(dòng)。其中v0＝2m/s，t＝5s，x＝60m，則拓展二：滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30°的山坡，從剛上坡即開(kāi)始計(jì)時(shí)，至3.由v’2=2a2L得,③木板與木塊間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，且要使a木板>a木塊由以上各式得l=v02(a0-μg)/2μa0g物體不能相對(duì)傳送帶靜止，5-5所示的直角坐標(biāo)系。當(dāng)傳送帶速度物體用時(shí)最短由得：3，欲使木板能從木塊的下方抽出，對(duì)木mgsinθ－Ff＝ma得N1=1NN2=7N。2、若幾個(gè)物體加速度不相同，用隔離法,分別對(duì)每個(gè)物體分析計(jì)算.由牛頓第二定律可得:F-f=ma4s末的速度4s內(nèi)的位移解：mgFNFf如圖，物體受力分析拓展一：一個(gè)靜止在水平地面上的物體，質(zhì)量是2Kg，在6.4N的拉力F作用下沿水平地面向右運(yùn)動(dòng)。已知F與水平地面的夾角為370，物體與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25，求物體在4s末的速度和4s內(nèi)的位移。cos37=0.8，g=10m/s2。F370解：物體受力分析如圖所示4s末的速度由牛頓第二定律，可得:Fcosθ-μFN=maFNmgFfθFN+Fsinθ=mg4s內(nèi)的位移二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力

已知物體運(yùn)動(dòng)情況確定受力情況，指的是在運(yùn)動(dòng)情況（知道三個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)摩擦因數(shù)等）。

基本思路：先分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，據(jù)運(yùn)動(dòng)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).物體運(yùn)動(dòng)情況運(yùn)動(dòng)學(xué)公式加速度a牛頓第二定律物體受力情況例2、如圖，一位滑雪者，人與裝備的總質(zhì)量為75kg，以2m/s的初速度沿山坡勻加速直線滑下，山坡傾角為30°，在5s的時(shí)間內(nèi)滑下的路程為60m。求滑雪者對(duì)雪面的壓力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空氣阻力），g取10m/s2。解:以滑雪者為研究對(duì)象。建立如圖4.5-5所示的直角坐標(biāo)系。滑雪者沿山坡向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律其中v0＝2m/s，t＝5s，x＝60m，則根據(jù)牛頓第二定律y方向x方向FN－mgcosθ＝0mgsinθ－Ff＝ma得FN＝mgcosθFf＝m（gsinθ－a）其中，m＝75kg，θ＝30°，則有Ff＝75N，F(xiàn)N＝650N根據(jù)牛頓第三定律，滑雪者對(duì)雪面的壓力大小等于雪面對(duì)滑雪者的支持力大小，為650N，方向垂直斜面向下?；┱呤艿降淖枇Υ笮?5N，方向沿山坡向上。拓展二：滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30°的山坡，從剛上坡即開(kāi)始計(jì)時(shí)，至3.8s末，滑雪者速度變?yōu)?。如果雪橇與人的總質(zhì)量為m=80kg，求雪橇與山坡之間的摩擦力為多少？g=10m/s2.fmgFN對(duì)滑雪者受力分析，如圖所示聯(lián)立①②，代入數(shù)據(jù)，解得解:根據(jù)牛頓第二定律，可得①②牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用——整體法與隔離法采用整體法時(shí)不僅可以把幾個(gè)物體作為整體，也可以把幾個(gè)物理過(guò)程作為一個(gè)整體。

采用整體法可以避免對(duì)整體內(nèi)部進(jìn)行繁鎖的分析，常常使問(wèn)題解答更簡(jiǎn)便、明了。一、整體法：在研究物理問(wèn)題時(shí)，把所研究的對(duì)象作為一個(gè)整體（不考慮內(nèi)力）來(lái)處理的方法稱(chēng)為整體法。二、隔離法：把所研究對(duì)象從整體中隔離出來(lái)進(jìn)行研究，最終得出結(jié)論的方法稱(chēng)為隔離法。

可以把整個(gè)物體隔離成幾個(gè)部分來(lái)處理，也可以把整個(gè)過(guò)程隔離成幾個(gè)階段來(lái)處理，還可以對(duì)同一個(gè)物體，同一過(guò)程中不同物理量的變化進(jìn)行分別處理。

采用隔離物體法能排除與研究對(duì)象無(wú)關(guān)的因素，使事物的特征明顯地顯示出來(lái)，從而進(jìn)行有效的處理。三．解題方法：1.若幾個(gè)物體相對(duì)靜止，或者加速度相同，可以用整體法計(jì)算。（1）已知外力求內(nèi)力。

先整體分析，計(jì)算加速度，然后隔離分析計(jì)算內(nèi)力。例1、如圖所示，在兩塊相同的豎直木板間，有質(zhì)量均為m的四塊相同的磚，用兩個(gè)大小均為F的水平力壓木板，使磚靜止不動(dòng)，則左邊木板對(duì)第一塊磚，第二塊磚對(duì)第三塊磚的摩擦力分別為（）A．4mg、2mg

B．2mg、0

C．2mg、mg

D．4mg、mg【解析】設(shè)左、右木板對(duì)磚摩擦力為f1，第3塊磚對(duì)第2塊磚摩擦為f2，則對(duì)四塊磚作整體有：2f1=4mg，∴

f1=2mg。對(duì)1、2塊磚平衡有：f1+f2=2mg，∴

f2=0，故B正確。例2、如圖所示，重為8N的球靜止在與水平面成370角的光滑斜面上，并通過(guò)定滑輪與重4N的物體A相連，光滑擋板與水平而垂直，不計(jì)滑輪的摩擦，繩子的質(zhì)量，求斜面和擋板所受的壓力（sin370=0.6）?！窘馕觥糠謩e隔離物體A、球，并進(jìn)行受力分析，如圖所示：由平衡條件可得：T=4N

Tsin370+N2cos370=8

N2sin370=N1+Tcos370得N1=1N

N2=7N。（2）已知內(nèi)力求外力。

先隔離分析計(jì)算加速度，然后整體分析，計(jì)算外力。（3）傳送帶以10m／s順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)物體由A端運(yùn)動(dòng)到B端需要多少時(shí)間？滑雪者沿山坡向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)在煤塊的速度從0增加到v0的整個(gè)過(guò)程中，傳送帶和煤塊移動(dòng)的距離分別為s0和s，有s0=v02/2a+v0(t-t0)s=v02/2a按轉(zhuǎn)向分：順時(shí)針、逆時(shí)針轉(zhuǎn)兩種；Fcosθ-μFN=ma先隔離分析計(jì)算加速度，然后整體分析，計(jì)算外力。拓展二：滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30°的山坡，從剛上坡即開(kāi)始計(jì)時(shí)，至3.25，求物體在4s末的速度和4s內(nèi)的位移。5m，上表面光滑，平恒力F=20N向右拉木板，g取10m/s2，求：mgsinθ－Ff＝ma動(dòng)摩擦因數(shù)都不變，只將水平恒力增加為3．兩種位移關(guān)系：（相對(duì)滑動(dòng)的位移關(guān)系）④位移關(guān)系：x木板—x木塊=L(3)如果其他條件不變，假設(shè)木板上表面也粗(2)要使木塊能滑離木板，水平恒力F作用的最解：根據(jù)“傳送帶上有黑色痕跡”可知，煤塊與傳送帶之間發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，煤塊的加速度a小于傳送帶的加速度a0。其中，m＝75kg，θ＝30°，則有一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況可以把整個(gè)物體隔離成幾個(gè)部分來(lái)處理，也可以把整個(gè)過(guò)程隔離成幾個(gè)階段來(lái)處理，還可以對(duì)同一個(gè)物體，同一過(guò)程中不同物理量的變化進(jìn)行分別處理。上，在其最右端放一可視為質(zhì)點(diǎn)的木塊.（1）傳送帶不動(dòng)物體由A端運(yùn)動(dòng)到B端需要多少時(shí)間？一、整體法：在研究物理問(wèn)題時(shí)，把所研究的對(duì)象作為一個(gè)整體（不考慮內(nèi)力）來(lái)處理的方法稱(chēng)為整體法。30N，則木塊滑離木板需要多長(zhǎng)時(shí)間？5kg的物體，它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2、若幾個(gè)物體加速度不相同，用隔離法,分別對(duì)每個(gè)物體分析計(jì)算.例3、如圖所示，質(zhì)量M=60kg的人通過(guò)光滑的定滑輪用繩拉著m=20kg的物體，當(dāng)物體以加速度a=5m/s2上升時(shí)，人對(duì)地面壓力為（g=10m/s2）牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用——板塊模型1．模型特點(diǎn)：上、下疊放兩個(gè)物體，并且兩物體在摩擦力的相互作用下發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)．2．建模指導(dǎo)解此類(lèi)題的基本思路：（1）分析滑塊和木板的受力情況，根據(jù)牛頓第二定律分別求出滑塊和木板的加速度；（2）對(duì)滑塊和木板進(jìn)行運(yùn)動(dòng)情況分析，找出滑塊和木板之間的位移關(guān)系或速度關(guān)系，建立方程．特別注意滑塊和木板的位移都是相對(duì)地面的位移.3．兩種位移關(guān)系：（相對(duì)滑動(dòng)的位移關(guān)系）

滑塊由滑板的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過(guò)程中，若滑塊和滑板同向運(yùn)動(dòng)，位移之差等于板長(zhǎng)；反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移之和等于板長(zhǎng)．L例1、質(zhì)量為M＝2kg、長(zhǎng)為L(zhǎng)的木板靜止在光滑的水平面上，在木板左端放有質(zhì)量為m＝1kg的鐵塊(可視為質(zhì)點(diǎn))．現(xiàn)給鐵塊施加一水平拉力F＝4N，使鐵塊相對(duì)木板滑動(dòng)，作用t＝1s后撤去拉力，鐵塊恰好不掉下木板，求木板的長(zhǎng)度

L的值．(已知鐵塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.2，g取10m/s2)例2、如圖所示，木板靜止于水平桌面上，在其最右端放一可視為質(zhì)點(diǎn)的木塊.已知木塊的質(zhì)量m=1kg，長(zhǎng)L=2.5m，上表面光滑，下表面與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2.現(xiàn)用水平恒力F=20N向右拉木板，g取10m/s2，求：(1)木板加速度的大??；(2)要使木塊能滑離木板，水平恒力F作用的最短時(shí)間;(3)如果其他條件不變，假設(shè)木板上表面也粗糙，其上表面與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為

μ1=0.3，欲使木板能從木塊的下方抽出，對(duì)木板施加的拉力應(yīng)滿足什么條件？（4）若木板的長(zhǎng)度、木塊的質(zhì)量、木板的上表面與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)、木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都不變，只將水平恒力增加為30N，則木塊滑離木板需要多長(zhǎng)時(shí)間？分析受力和運(yùn)動(dòng)過(guò)程挖掘隱含條件解題①m不受摩擦力作用，M運(yùn)動(dòng)時(shí)，m相對(duì)地面靜止②恒力F作用一段時(shí)間后撤去，然后木塊減速運(yùn)動(dòng)至木塊與木板脫離時(shí)，木板速度恰好為零③木板與木塊間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，且要使a木板>a木塊④位移關(guān)系：x木板—x木塊=L圖圖例2、如圖所示，木板靜止于水平桌面上，在其最右端放一可視為質(zhì)點(diǎn)的木塊.已知木塊的質(zhì)量m=1kg，長(zhǎng)L=2.5m，上表面光滑，下表面與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2.現(xiàn)用水平恒力F=20N向右拉木板，g取10m/s2，求：(1)木板加速度的大??；(2)要使木塊能滑離木板，水平恒力F作用的最短時(shí)間;(3)如果其他條件不變，假設(shè)木板上表面也粗糙，其上表面與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為

μ1=0.3，欲使木板能從木塊的下方抽出，對(duì)木板施加的拉力應(yīng)滿足什么條件？（4）若木板的長(zhǎng)度、木塊的質(zhì)量、木板的上表面與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)、木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都不變，只將水平恒力增加為30N，則木塊滑離木板需要多長(zhǎng)時(shí)間？例2、如圖所示，木板靜止于水平桌面上，在其最右端放一可視為質(zhì)點(diǎn)的木塊.已知木塊的質(zhì)量m=1kg，長(zhǎng)L=2.5m，上表面光滑，下表面與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2.現(xiàn)用水平恒力F=20N向右拉木板，g取10m/s2，求：(1)木板加速度的大小；(2)要使木塊能滑離木板，水平恒力F作用的最短時(shí)間;(3)如果其他條件不變，假設(shè)木板上表面也粗糙，其上表面與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為

μ1=0.3，欲使木板能從木塊的下方抽出，對(duì)木板施加的拉力應(yīng)滿足什么條件？（4）若木板的長(zhǎng)度、木塊的質(zhì)量、木板的上表面與木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)、木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都不變，只將水平恒力增加為30N，則木塊滑離木板需要多長(zhǎng)時(shí)間？圖牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用——傳送帶一、傳送帶的分類(lèi)3.按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分：勻速、變速兩種。1.按放置方向分：水平、傾斜兩種；2.按轉(zhuǎn)向分：順時(shí)針、逆時(shí)針轉(zhuǎn)兩種；二、傳送帶模型的一般解法1.確定研究對(duì)象；2.受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，（畫(huà)出受力分析圖和運(yùn)動(dòng)情景圖），注意摩擦力突變對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響；3.分清楚研究過(guò)程，利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律或利用功能關(guān)系、動(dòng)能定理求解未知量。（一）水平放置運(yùn)行的傳送帶

AB例1、水平傳送帶長(zhǎng)4.5m,以3m/s的速度作勻速運(yùn)動(dòng)。質(zhì)量m=1kg的物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.15,則該物體從靜止放到傳送帶的一端開(kāi)始,到達(dá)另一端所需時(shí)間為多少?(g取10m/s2)。解：物體在摩擦力作用下先勻加速運(yùn)動(dòng),后做勻速運(yùn)動(dòng),a=μg=1.5m/s2t1=v/a=2sx1=

1/2at12=3m

t2=(L-x1)/v=0.5s∴t=t1+t2=2.5sfmgFN[分析]例2、一水平的淺色長(zhǎng)傳送帶上放置一煤塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），煤塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。初始時(shí)，傳送帶與煤塊都是靜止的。現(xiàn)讓傳送帶以恒定的加速度a0開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其速度達(dá)到v0后，便以此速度做勻速運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，煤塊在傳送帶上留下了一段黑色痕跡后，煤塊相對(duì)于傳送帶不再滑動(dòng)。求此黑色痕跡的長(zhǎng)度。解：根據(jù)“傳送帶上有黑色痕跡”可知，煤塊與傳送帶之間發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，煤塊的加速度a小于傳送帶的加速度a0。根據(jù)牛頓定律，可得a=μg設(shè)經(jīng)歷時(shí)間t0，傳送帶由靜止開(kāi)始加速到速度等于v0，煤塊則由靜止加速到v，有v0=a0t0v=at0由于a<a0，故v<v0，煤塊繼續(xù)受到滑動(dòng)摩擦力的作用。設(shè)經(jīng)歷時(shí)間t，煤塊由靜止開(kāi)始加速到速度等于v0，有v0=at此后，煤塊與傳送帶運(yùn)動(dòng)速度相同，相對(duì)于傳送帶不再滑動(dòng)，不再產(chǎn)生新的痕跡。設(shè)在煤塊的速度從0增加到v0的整個(gè)過(guò)程中，傳送帶和煤塊移動(dòng)的距離分別為s0和s，有s0=v02/2a+v0(t-t0)s=v02/2a傳送帶上留下的黑色痕跡的長(zhǎng)度l=s0－s由以上各式得l=v02(a0-μg)/2μa0g另解：黑色痕跡的長(zhǎng)度即為圖中陰影部分面積l=?v0(t-t0)又因?yàn)関0=a0t0v0=ata=μg由以上各式得:l=v02(a0-μg)/2μa0g（二）傾斜放置運(yùn)行的傳送帶ABθm例3、如圖所示，傳送帶與水平面間的夾角θ=37°，從A端到B端的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=16m，在傳送帶上端A處無(wú)初速地放上質(zhì)量為0.5kg的物體，它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5，求：（1）傳送帶不動(dòng)物體由A端運(yùn)動(dòng)到B端需要多少時(shí)間？ABθm（2）傳送帶以10m／s逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)物體由A端運(yùn)動(dòng)到B端需要多少時(shí)間？ABθmgsinθμmgcosθ解:(1)當(dāng)摩擦力向上時(shí),加速度大小為a1，a1=gsinθ-μgcosθ=2m/s2由得：

t=4s（2）t=4s

ABθmgsinθμmgcosθ(3)起始時(shí)刻摩擦力向下,加速度大小為a2，物體以a2先向下加速,用時(shí)t1.

a2=gsinθ+μgcosθ=10m/s2mgsinθμmgcosθ由v=a2t1

得:t1=1sABθv時(shí)間t1內(nèi)位移,s=vt1/2=5m當(dāng)位移為5m時(shí),物體速度與傳