【同步】高中物理魯科版(2019)必修1：第5章習(xí)題課用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決動(dòng)力學(xué)兩類(lèi)基本問(wèn)題課件

第5章習(xí)題課:用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決動(dòng)力學(xué)兩類(lèi)基本問(wèn)題學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.掌握用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決兩類(lèi)問(wèn)題。(科學(xué)思維)2.理解加速度是解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的橋梁。(物理觀念)3.掌握解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的基本思路和方法。(科學(xué)思維)重難探究·能力素養(yǎng)全提升學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)目錄索引

重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一從受力確定運(yùn)動(dòng)情況情境探究一輛汽車(chē)在筆直的公路上以72

km/h的速度行駛,司機(jī)突然發(fā)現(xiàn)前方150

m處有一大石頭,便立即剎車(chē)使車(chē)輪抱死,車(chē)向前滑動(dòng)。假設(shè)路面與車(chē)輪之間只有滑動(dòng)摩擦,動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,不考慮空氣阻力影響。(1)求出剎車(chē)2s后汽車(chē)的速度和滑行的路程。要點(diǎn)提示

設(shè)汽車(chē)的加速度為a,根據(jù)牛頓第二定律得μmg=ma,a=2

m/s2。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得汽車(chē)速度減到零用時(shí)t==10

s,2

s時(shí)的速度v=v0-at=16

m/s,s=v0t-at2=36

m。(2)本題屬于由物體的受力情況(滑動(dòng)摩擦力使汽車(chē)減速)確定其運(yùn)動(dòng)情況(求速度、位移)問(wèn)題,通過(guò)解答本題,總結(jié)解決此類(lèi)問(wèn)題的思路。要點(diǎn)提示

通過(guò)分析物體的受力情況,根據(jù)牛頓第二定律求得加速度,然后又根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求得速度、位移等。知識(shí)歸納1.從受力確定運(yùn)動(dòng)情況已知物體的受力情況,根據(jù)牛頓第二定律求出物體的加速度,再通過(guò)物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件(初、末位置和初、末速度及運(yùn)動(dòng)時(shí)間等),根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的運(yùn)動(dòng)情況。2.解題步驟(1)確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,并畫(huà)出物體的受力分析圖。(2)根據(jù)力的合成與分解,求合力(包括大小和方向)。(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求加速度。(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,求運(yùn)動(dòng)學(xué)量——任意時(shí)刻的位移和速度,以及運(yùn)動(dòng)時(shí)間等。3.流程

應(yīng)用體驗(yàn)典例1

如圖所示,一固定不動(dòng)的光滑斜面,傾角為θ,高為h。一質(zhì)量為m的物體從斜面的頂端由靜止開(kāi)始滑下,求物體從頂端滑到底端所用的時(shí)間及滑到底端時(shí)速度的大小。點(diǎn)撥

解析

物體受力如圖所示,由牛頓第二定律得mgsin

θ=ma解得a=gsin

θ規(guī)律方法

應(yīng)用牛頓第二定律解題時(shí)求合力的方法(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,若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Fx=ma,垂直于加速度方向Fy=0。針對(duì)訓(xùn)練1如圖所示,一傾角θ=37°的斜面固定在水平地面上,一可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊從斜面的底端以初速度v0=10m/s沿斜面向上運(yùn)動(dòng)且始終沒(méi)有離開(kāi)斜面,已知滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,斜面上的點(diǎn)A到底端的距離L=4m,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2。求:(1)滑塊沿斜面上滑的加速度大小;(2)滑塊經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度大小。(結(jié)果可以保留根式)解析

(1)滑塊沿斜面上滑過(guò)程中,根據(jù)牛頓第二定律可得mgsin

37°+μmgcos

37°=ma1解得a1=10

m/s2。由于mgsin

37°>μmgcos

37°,所以滑塊上滑到速度為零后會(huì)向下滑動(dòng),再一次經(jīng)過(guò)A點(diǎn)設(shè)滑塊上滑到速度為零時(shí)經(jīng)過(guò)的位移為s,滑塊下滑的加速度為a2,經(jīng)過(guò)A點(diǎn)根據(jù)牛頓第二定律有mgsin

37°-μmgcos

37°=ma2聯(lián)立解得vA2=2

m/s。探究二從運(yùn)動(dòng)情況確定受力情境探究某一旅游景區(qū),建有一山坡滑草運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。該山坡可看成傾角θ=30°的斜面,一名游客連同滑草裝置總質(zhì)量m=80

kg,他從靜止開(kāi)始勻加速下滑,在時(shí)間t=5

s內(nèi)沿斜面滑下的位移s=50

m。(不計(jì)空氣阻力,g取10

m/s2)(1)游客連同滑草裝置在下滑過(guò)程中受到的摩擦力f的大小為多大?要點(diǎn)提示

由位移公式可得s=at2沿斜面方向,由牛頓第二定律得mgsin

θ-f=ma聯(lián)立并代入數(shù)值解得f=80

N。(2)本題屬于由物體的運(yùn)動(dòng)情況(5s內(nèi)勻加速下滑50m)確定其受力情況(求摩擦力)問(wèn)題,通過(guò)解答本題,總結(jié)解決此類(lèi)問(wèn)題的思路。

要點(diǎn)提示

通過(guò)分析物體的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求得加速度,然后根據(jù)牛頓第二定律求得力的大小、方向等。知識(shí)歸納1.從運(yùn)動(dòng)情況確定受力已知物體的運(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)牛頓第二定律求出物體所受的合外力,進(jìn)而知道物體受到其他力的情況。2.解題步驟(1)確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,畫(huà)出力的示意圖;(2)選取合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求加速度a;(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求合外力;(4)根據(jù)力的合成與分解的方法,由合外力求所需的力。3.流程

應(yīng)用體驗(yàn)典例2

民用航空客機(jī)的機(jī)艙除通常的艙門(mén)外還設(shè)有緊急出口,發(fā)生意外情況的飛機(jī)著陸后,打開(kāi)緊急出口的艙門(mén),會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)由氣囊組成的斜面,機(jī)艙中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上。若某型號(hào)的客機(jī)緊急出口離地面高度為4.0m,構(gòu)成斜面的氣囊長(zhǎng)度為5.0m。要求緊急疏散時(shí),乘客從氣囊上由靜止下滑到達(dá)地面的時(shí)間不超過(guò)2.0s(g取10m/s2),則:(1)乘客在氣囊上下滑的加速度至少為多大;(2)氣囊和下滑乘客間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過(guò)多少?解析

(1)由題意可知,h=4.0

m,l=5.0

m,t=2.0

s(2)在乘客下滑過(guò)程中,對(duì)乘客受力分析如圖所示

沿x軸方向有mgsin

θ-f=ma沿y軸方向有N-mgcos

θ=0答案

(1)2.5m/s2

(2)0.92規(guī)律方法

由運(yùn)動(dòng)情況確定受力應(yīng)注意的兩點(diǎn)問(wèn)題(1)由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求加速度,要特別注意加速度的方向,從而確定合力的方向,不能將速度的方向和加速度的方向混淆。(2)題目中所求的力可能是合力,也可能是某一特定的力,均要先求出合力的大小、方向,再根據(jù)力的合成與分解求分力。針對(duì)訓(xùn)練2高速磁浮試驗(yàn)樣車(chē)在某次試跑時(shí),從車(chē)站由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),樣車(chē)質(zhì)量為5.0×104kg,前進(jìn)4.8×103m時(shí)速度達(dá)到120m/s。(g取10m/s2)(1)求樣車(chē)加速過(guò)程中加速度的大小。(2)當(dāng)速度為100m/s時(shí),樣車(chē)所受阻力的大小為車(chē)重的,求樣車(chē)此時(shí)所受牽引力的大小。解析

(1)根據(jù)速度—位移公式v2=2as(2)根據(jù)牛頓第二定律可得F-mg=ma解得F=1.5×105

N。答案

(1)1.5m/s2

(2)1.5×105

N探究三多過(guò)程問(wèn)題分析情境探究游樂(lè)園內(nèi)有一種大型游戲機(jī)叫“跳樓機(jī)”。參加游戲的游客質(zhì)量為m,從離地面h高處由靜止釋放。忽略座椅與軌道間的摩擦力,讓人與座椅沿軌道下落t時(shí)間后,開(kāi)始受到恒定阻力而立即做勻減速運(yùn)動(dòng),下落到地面時(shí)速度剛好減小到零。如果把上述復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為兩個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程,你認(rèn)為這兩個(gè)過(guò)程分別屬于已知運(yùn)動(dòng)還是已知力的過(guò)程?你能提出哪些用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可解決的問(wèn)題?(重力加速度為g)要點(diǎn)提示

第一個(gè)過(guò)程是已知力的過(guò)程,物體只受重力作用,做自由落體運(yùn)動(dòng)。第二個(gè)過(guò)程是已知運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,已知物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)距離,可以由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度。第一個(gè)過(guò)程可以求出下落的加速度為多大和下落的高度為多少。第二個(gè)過(guò)程可以求得下落的加速度為多大和座椅給人的支持力為多大。知識(shí)歸納1.多過(guò)程問(wèn)題:當(dāng)題目給出的物理過(guò)程較復(fù)雜,由多個(gè)過(guò)程組成時(shí),要明確整個(gè)過(guò)程由幾個(gè)子過(guò)程組成,將過(guò)程合理分段,找到相鄰過(guò)程的聯(lián)系點(diǎn)并逐一分析每個(gè)過(guò)程。聯(lián)系點(diǎn):前一過(guò)程的末速度是后一過(guò)程的初速度,另外還有位移關(guān)系等。2.注意:由于不同過(guò)程中力發(fā)生了變化,所以加速度也會(huì)發(fā)生變化,所以對(duì)每一個(gè)過(guò)程都要分別進(jìn)行受力分析,分別求加速度。應(yīng)用體驗(yàn)典例3

質(zhì)量m=2kg的物體靜止在水平面上,物體與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,現(xiàn)在對(duì)物體施加如圖所示的力F,F=10N,θ=37°(sin37°=0.6),經(jīng)t1=10s后撤去力F,再經(jīng)一段時(shí)間,物體又靜止,g取10m/s2,則:(1)說(shuō)明物體在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)歷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中最大速度的大小是多少?(3)物體運(yùn)動(dòng)的總位移大小是多少?解析

(1)當(dāng)力F作用時(shí),物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),撤去力F時(shí)物體的速度達(dá)到最大值,撤去力F后物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。

(2)撤去力F前對(duì)物體受力分析如圖甲所示有Fsin

θ+N1=mg,Fcos

θ-f=ma1,f=μN(yùn)1,s1=,v=a1t1,聯(lián)立各式并代入數(shù)據(jù)解得s1=25

m,v=5

m/s。(3)撤去力F后對(duì)物體受力分析如圖乙所示有f'=μN(yùn)2=ma2,N2=mg,2a2s2=v2,代入數(shù)據(jù)得s2=2.5

m物體運(yùn)動(dòng)的總位移s=s1+s2=27.5

m。乙

答案

(1)見(jiàn)解析

(2)5m/s

(3)27.5m規(guī)律方法

解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí),受力分析和運(yùn)動(dòng)情況的分析很重要,特別是對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程較復(fù)雜的問(wèn)題。分析時(shí),一定要弄清楚整個(gè)過(guò)程中物體的加速度是否相同,若不同,必須分階段處理,加速度改變時(shí)的速度是前后過(guò)程聯(lián)系的橋梁。分析受力時(shí),要注意前后過(guò)程中哪些力發(fā)生了變化,哪些力沒(méi)有發(fā)生變化。針對(duì)訓(xùn)練3如圖所示,ACD是一滑雪場(chǎng)示意圖,其中AC是長(zhǎng)L=8m、傾角θ=37°的斜坡,CD段是與斜坡平滑連接的水平面。人從A點(diǎn)由靜止下滑,經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)速度大小不變,又在水平面上滑行一段距離后停下。人與接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ均為0.25,不計(jì)空氣阻力,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)求人從斜坡頂端A滑至底端C所用的時(shí)間。(2)人在離C點(diǎn)多遠(yuǎn)處停下?解析

(1)人在斜坡上下滑時(shí),受力分析如圖所示設(shè)人沿斜坡下滑的加速度為a,沿斜坡方向,由牛頓第二定律得mgsin

θ-f=maf=μN(yùn)垂直于斜坡方向有N-mgcos

θ=0由勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律得L=at2聯(lián)立以上各式得a=gsin

θ-μgcos

θ=4

m/s2t=2

s。(2)人在水平面上滑行時(shí),水平方向只受到地面的摩擦力作用。設(shè)在水平面上人減速運(yùn)動(dòng)的加速度為a',由牛頓第二定律得μmg=ma'設(shè)人到達(dá)C處的速度為v,則由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律得人在斜面上下滑的過(guò)程v2=2aL人在水平面上滑行時(shí)0-v2=-2a's聯(lián)立以上各式解得s=12.8

m。答案

(1)2s

(2)12.8m學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)123451.一個(gè)物體在水平恒力F的作用下,由靜止開(kāi)始在一個(gè)粗糙的水平面上運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)時(shí)間t,速度變?yōu)関,如果要使物體的速度變?yōu)?v,下列方法正確的是(

)A.將水平恒力增加到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,水平恒力和作用時(shí)間都增為原來(lái)的2倍D.將時(shí)間增加到原來(lái)的2倍,其他條件不變D解析

由牛頓第二定律得F-μmg=ma,a=-μg,對(duì)比A、B、C三項(xiàng),均不能滿(mǎn)足要求,故選項(xiàng)A、B、C均錯(cuò)誤。由v=at得2v=a·2t,所以D項(xiàng)正確。123452.A、B兩物體以相同的初速度在同一水平面上滑動(dòng),兩個(gè)物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,且mA=3mB,則它們所能滑行的距離sA、sB的關(guān)系為(

)A.sA=sB

B.sA=3sBC.sA=sB

D.sA=9sBA解析

根據(jù)牛頓第二定律知,兩物體加速度a=μg,且初速度相同,根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2=2as,知s=,則sA=sB。故選A。123453.將一個(gè)物體以某一速度從地面豎直向上拋出,設(shè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受空氣阻力大小不變,則物體(

)A.剛拋出時(shí)的速度最大B.在最高點(diǎn)的加速度為零C.上升時(shí)間大于下落時(shí)間D.上升時(shí)的加速度等于下落時(shí)的加速度A12345解析

物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受空氣阻力大小不變,但是受空氣阻力的方向總與物體的速度方向相反,,所