2019_20学年高中物理第四章习题课用牛顿运动定律解决几类典型问题课件新人教版必修.pptx

习题课:用牛顿运动定律解决几类典型问题,探究一,探究二,探究三,随堂检测,瞬时加速度问题 情景导引 如图所示,用手向下压弹簧玩偶的头部,若人向下压的力为F,弹簧玩偶的头部质量为m,人手实然撤离时,弹簧玩偶头部的加速度为多大?,要点提示人手向下压时,弹簧玩偶的头部受三个力作用:手向下的压力F、重力mg和弹簧的弹力FN,三力作用下弹簧玩偶头部处于平衡状态,所以FN=mg+F,当人手离开的瞬间,弹力和重力不变,所以弹簧玩偶头部的加速度为a= 。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,知识归纳 两类模型 根据牛顿第二定律,加速度a与合外力F存在着瞬时对应关系。所以分析物体在某一时刻的瞬时加速度,关键是分析该时刻物体的受力情况及运动状态,再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。应注意两类基本模型的区别: (1)刚性绳(或接触面)模型:这种不发生明显形变就能产生弹力的物体,剪断(或脱离)后,弹力立即改变或消失,形变恢复几乎不需要时间。 (2)弹簧(或橡皮绳)模型:此种物体的特点是形变量大,形变恢复需要较长时间,在瞬时问题中,其弹力的大小往往可以看成是不变的。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,典例剖析 例1如图中小球质量为m,处于静止状态,弹簧与竖直方向的夹角为。则: (1)绳OB和弹簧的拉力各是多少? (2)若烧断绳OB瞬间,物体受几个力作用?这些力的大小是多少? (3)烧断绳OB瞬间,求小球m的加速度的大小和方向。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,解析(1)对小球受力分析如图甲所示 其中弹簧弹力与重力的合力F与绳的拉力F等大反向,甲,探究一,探究二,探究三,随堂检测,(3)烧断绳OB瞬间,重力和弹簧弹力的合力方向水平向右,与烧断绳OB前OB绳的拉力大小相等,方向相反,(如图乙所示)即F合=mgtan , 由牛顿第二定律得小球的加速度a= =gtan ,方向水平向右。,乙,探究一,探究二,探究三,随堂检测,规律方法受力条件变化时瞬时加速度的求解思路 (1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况,求出各力大小(若物体处于平衡状态,则利用平衡条件;若处于加速状态则利用牛顿运动定律)。 (2)分析当状态变化时(烧断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等),哪些力变化,哪些力不变,哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力,发生在被撤去物接触面上的弹力都立即消失)。 (3)求物体在状态变化后所受的合外力,利用牛顿第二定律,求出瞬时加速度。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,变式训练1(多选)质量均为m的A、B两球之间连有一轻弹簧,放在光滑的水平台面上,A球紧靠墙壁,如图所示。今用力F将B球向左推压弹簧,静止后,突然将力F撤去的瞬间( ),探究一,探究二,探究三,随堂检测,解析撤去F之前,水平方向受到推力F和弹簧的弹力作用,处于静止状态,有:F=F弹。 A球受到弹簧向左的弹力和墙壁向右的支持力处于静止状态。F撤去瞬间,弹簧弹力不变,所以A球受力不变,合力仍然为零,加速度为零,A错误,B正确;对于B球,此时水平方向只受到弹簧向右的弹力,所以加速度a= ,C错误,D正确,故选B、D。 答案BD,探究一,探究二,探究三,随堂检测,动力学中的临界和极值问题 情景导引 许多生意火爆的餐厅要求服务员服务更多的顾客,服务员需要用最短的时间将菜肴送至顾客处。假定某服务员用手托托盘方式(如图)给顾客上菜,要求全程托盘水平。托盘和手之间的动摩擦因数为0.2,g取10 m/s2,可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。服务员运动的最大加速度是多少? 要点提示托盘受摩擦力而加速,它的最大加速度为2 m/s2,为了手与托盘间不打滑,服务员的加速度最大不能超过2 m/s2。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,知识归纳 1.临界、极值问题 在物体的运动状态发生变化的过程中,有时会出现某一个特定状态,某个(或某些)物理量发生突变,取特定的极大或极小值,此状态即为临界状态,相应的物理量的值为临界值。含有临界状态的问题即临界问题。 2.解决临界问题的方法 解决问题的关键是寻找临界状态、确定临界值。若题目中出现“最大”“最小”“刚好”等词语时,一般都有临界状态出现。 (1)极限法:把物理问题(或过程)推向极端,分析在极端情况下可能出现的状态和满足的条件,从而找到临界状态及其条件。 (2)有些物理过程没有明显出现临界问题的线索,但在变化过程中可能出现也可能不出现临界问题,可用假设法来判断是否出现临界状态。 (3)根据对物理过程的分析列出相应的数学表达式,结合物理量应满足的条件,得出临界状态及条件。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,3.常见的临界条件 (1)相互接触的两个物体将要分离的临界条件是相互作用的弹力为零。 (2)绳子松弛的临界条件是绳子的拉力为零。 (3)存在静摩擦的系统,相对滑动和相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值。 (4)静摩擦力为零是其方向改变的临界条件。 (5)运动物体的速度达到极值的临界条件是加速度(或合力)为零。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,典例剖析 例2如图所示,在倾角为的光滑斜面上端固定一劲度系数为k的轻弹簧,弹簧下端连有一质量为m的小球,小球被一垂直于斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变。若手持挡板A以加速度a(agsin )沿斜面匀加速下滑,求: (1)从挡板开始运动到小球与挡板分离所经历的时间。 (2)从挡板开始运动到小球的速度达到最大,小球经过的最小路程。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,探究一,探究二,探究三,随堂检测,变式训练2如图所示,细线的一端固定在倾角为45的光滑楔形滑块A的顶端P处,细线的另一端拴一质量为m的小球。 (1)当滑块至少以多大的加速度a向左运动时,小球对滑块的压力等于零? (2)当滑块以a=2g的加速度向左运动时,线中拉力为多大?,探究一,探究二,探究三,随堂检测,解析(1)假设滑块具有向左的加速度a,小球受重力mg、线的拉力F和斜面的支持力FN作用,如图甲所示。 由牛顿第二定律得 水平方向:Fcos 45-FNcos 45=ma, 竖直方向:Fsin 45+FNsin 45-mg=0。,甲,由此两式可以看出,当加速度a增大时,球所受的支持力FN减小,线的拉力F增大。 当a=g时,FN=0,此时小球虽与斜面接触但无压力,处于临界状态,这时绳的拉力为F= mg,所以滑块至少以a=g的加速度向左运动时小球对滑块的压力等于零。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,(2)滑块加速度ag,小球将“飘”离斜面而只受线的拉力和重力的作用,如图乙所示,此时细线与水平方向间的夹角45。由牛顿第二定律得Fcos =ma,Fsin =mg,解得F=m mg。 答案(1)g (2) mg,乙,探究一,探究二,探究三,随堂检测,连接体问题 情景导引 如图,用力F把水迅速提起来,如何知道桶中的水对桶底的压力呢? 要点提示水桶和水有相同的加速度和速度,即运动状态相同,可先把水桶和水看作一个整体,由牛顿第二定律求出共同的加速度。再隔离水分析,由牛顿第二定律求出压力大小。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,知识归纳 1.连接体及其特点 多个相互关联的物体连接(叠放,并排或由绳子、细杆联系)在一起的物体组称为连接体。连接体一般具有相同的运动情况(速度、加速度)。 2.处理连接体问题的常用方法 (1)整体法:若连接物具有相同的加速度,可以把连接体看成一个整体作为研究对象,只分析外力,不分析内力。 (2)隔离法:把研究的物体从周围物体中隔离出来,单独进行分析,从而求解物体之间的相互作用力。 画龙点睛整体法和隔离法不是对立的,往往二者配合使用。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,典例剖析 例3北京残奥会开幕式上,运动员手拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬,体现了残疾运动员坚韧不拔的意志和自强不息的精神。为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用,可将过程简化。一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的运动员拉住,如图所示。设运动员的质量为65 kg,吊椅的质量为15 kg,不计定滑轮与绳子间的摩擦。重力加速度g取10 m/s2。当运动员与吊椅一起正以加速度a=1 m/s2上升时,试求: (1)运动员竖直向下拉绳的力的大小。 (2)运动员对吊椅的压力大小。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,点拨先将运动员和座椅作为一个整体,根据牛顿第二定律可求得运动员对绳子的拉力;然后再隔离运动员进行分析,可以求得运动员对吊椅的压力。,解析(1)设运动员受到绳向上的拉力为F,由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等,吊椅受到绳的拉力也是F。对运动员和吊椅整体进行受力分析如图所示,则有 2F-(m人+m椅)g=(m人+m椅)a F=440 N 由牛顿第三定律,运动员竖直 向下拉绳的力的大小 F=440 N。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,(2)设吊椅对运动员的支持力为FN,对 运动员进行受力分析如图所示,则有 F+FN-m人g=m人a FN=275 N 由牛顿第三定律,运动员对吊椅的压力 也为275 N。 答案(1)440 N (2)275 N,探究一,探究二,探究三,随堂检测,规律方法整体法和隔离法在动力学问题中的应用技巧 (1)隔离法的选取原则:若连接体或关联体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内两物体之间的作用力时,就需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解。 (2)整体法的选取原则:若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求物体之间的作用力,可以把它们看成一个整体来分析整体受到的外力,应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量)。 (3)整体法、隔离法交替运用原则:若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求物体之间的作用力时,可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力。即“先整体求加速度,后隔离求内力”。,探究一,探究二,探究三,随堂检测,变式训练3(多选)如图所示,在光滑地面上,水平外力F拉动小车和木块一起做无相对滑动的加速运动,小车质量是m0,木块质量是m,力大小是F,加速度大小是a,木块和小车之间动摩擦因数是,则在这个过程中,木块受到的摩擦力大小是( ) A.mg B. C.(m0+m)g D.ma,解析因为小车和木块在力F的作用下一起做无相对滑动的加速运动,所以取小车和木块为一整体,由牛顿第二定律可知F=(m0+m)a,设木块受的摩擦力向右,大小为Ff,由牛顿第二定律得Ff=ma,以上两式联立可得Ff= ,B、D正确。 答案BD,探究一,探究二,探究三,随堂检测,1.如图所示,轻弹簧上端与一质量为m的木块1相连,下端与另一质量为m0的木块2相连,整个系统置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。现将木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,木块1、2的加速度大小分别为a1、a2。重力加速度大小为g。则有( ) A.a1=0,a2=g B.a1=g,a2=g,解析在抽出木板后的瞬间,弹簧对木块1的支持力和对木块2的压力并未改变。木块1受重力和支持力,mg=FN,a1=0,木块2受重力和压力,根据牛顿第二定律a2= g,故选C。 答案C,探究一,探究二,探究三,随堂检测,2.如图甲所示,物体A质量为m0放在光滑水平桌面上,桌面一端附有轻质光滑定滑轮,若用一根跨过滑轮的轻绳系住A,另一端挂一质量为m的物体B,A的加速度为a1,若另一端改为施加一竖直向下F=mg的恒力,如图乙所示,A的加速度为a2,则( ) A.a