2018_2019学年高中物理第四章牛顿运动定律4.7用牛顿运动定律解决问题（二）第2课时牛顿第二定律的应用课件新人教版.pptx

第2课时牛顿第二定律的应用,主题一连接体问题1.连接体:两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同加速度的整体叫连接体。例如,几个物体叠放在一起,或并排挤放在一起,或用绳子、弹簧、细杆等连在一起。,2.处理连接体问题的方法:(1)整体法:把整个系统作为一个研究对象来分析的方法。不必考虑系统内力的影响,只考虑系统受到的外力。(2)隔离法:把系统中的各个部分(或某一部分)隔离,作为一个单独的研究对象来分析的方法。此时系统的内力就有可能成为该研究对象的外力,在分析时要特别注意。,(3)整体法与隔离法的选用:求解各部分加速度都相同的连接体问题时,要优先考虑整体法;如果还需要求物体之间的作用力,再用隔离法。求解连接体问题时,随着研究对象的转移,往往两种方法交叉运用。,3.运用隔离法解题的基本步骤:(1)明确研究对象或过程、状态,选择隔离对象。选择原则:一要包含待求量,二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少。(2)将研究对象从系统中隔离出来,或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来。,(3)对隔离出的研究对象、过程、状态分析研究,画出某状态下的受力图或某阶段的运动过程示意图。(4)寻找未知量与已知量之间的关系,选择适当的物理规律列方程求解。,【典例示范】如图所示,一辆汽车A拉着装有集装箱的拖车B,以速度v1=30m/s进入向下倾斜的直车道。车道每100m下降2m,为使汽车速度在s=200m的距离内减到v2=10m/s,驾驶员必须刹车,假定刹车时地面的,摩擦阻力是恒力,且该力的70%作用于拖车B,30%作用于汽车A,已知A的质量m1=2000kg,B的质量m2=6000kg,求汽车与拖车的连接处沿运动方向的相互作用力。(g取10m/s2),【解题指南】解答本题时应明确以下两个问题:(1)汽车与拖车的加速度相同。(2)汽车与拖车的受力情况。,【解析】汽车沿倾斜车道做匀减速运动,用a表示加速度的大小,有v22-v12=-2ax用F表示刹车时的阻力,根据牛顿第二定律有F-(m1+m2)gsin=(m1+m2)a式中sin=210-2设刹车过程中地面作用于汽车的阻力为f,根据题意f=,方向与汽车前进方向相反:用fN表示拖车作用于汽车的力,设其方向与汽车前进方向相同,以汽车为研究对象,由牛顿第二定律有f-fN-m1gsin=m1a由式得fN=(m1+m2)(a+gsin)-m1(a+gsin)由以上各式,代入有关数据得fN=880N答案:880N,【探究训练】(多选)如图所示,粗糙的水平地面上有三块材料完全相同的木块A、B、C,质量均为m,B、C之间用轻质细绳连接。现用一水平恒力F作用在C上,三者开始一起做匀加速运动,运动过程中把一块橡皮泥粘在某一木块上面,系统仍加速运动,且始终没有相对滑动。则在粘上橡皮泥并达到稳定后,下列说法正确的是(),A.无论粘在哪个木块上面,系统的加速度都将减小B.若粘在A木块上面,绳的拉力减小,A、B间摩擦力不变C.若粘在B木块上面,绳的拉力增大,A、B间摩擦力增大D.若粘在C木块上面,绳的拉力和A、B间摩擦力都减小,【解析】选A、D。因无相对滑动,所以,无论橡皮泥粘到哪个木块上,根据牛顿第二定律都有F-3mg-mg=(3m+m)a,系统加速度a减小,选项A正确;若粘在A木块上面,以C为研究对象,受到F、摩擦力mg、绳子拉力FT这三个力的作用,由牛顿第二定律得F-mg-FT=ma,a减小,F、mg不变,所以,绳子拉力FT增大,选项B错误;若粘在B木块上面,a减小,以A为研究对象,m,不变,所受摩擦力减小,选项C错误;若粘在C木块上面,a减小,A、B间的摩擦力减小,以AB整体为研究对象,有FT-2mg=2ma,FT减小,选项D正确。,主题二临界问题1.临界问题:在物体的运动状态发生变化的过程中,往往达到某一个特定状态时,有关的物理量将发生突变,此状态即为临界状态,相应的物理量的值为临界值。临界状态一般比较隐蔽,它在一定条件下才会出现。若题目中出现“最大”“最小”“刚好”等词语,常有临界问题。,2.动力学中的典型临界问题:(1)两物体分离的临界条件:两物体由相接触到将分离的临界条件是弹力FN=0且二者的加速度、速度均相同。(2)相对静止或相对滑动的临界条件:两物体相接触且处于相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对静止或相对滑动的临界条件:静摩擦力达到最大值或为零。,(3)绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能够承受的张力是有限的,绳子断与不断的临界条件是张力等于它所能承受的最大张力。绳子松弛的临界条件是FT=0。,3.解决临界问题的方法:(1)极限法:把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界现象(或状态)显露,达到尽快求解的目的。,(2)假设法: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临界问题,也可能不出现临界问题,解答这类题目一般用假设法。(3)数学方法:将物理过程转化为数学公式,根据数学表达式求解得出临界条件。,4.加速度最大与速度最大的临界条件:(1)当物体在变化的外力作用下运动时,其加速度和速度都会不断变化,当所受合外力最大时,具有最大加速度;合外力最小时,具有最小加速度。(2)当出现加速度为零时,物体处于临界状态,所对应的速度便会出现最大值或最小值。,【典例示范】一弹簧一端固定在倾角为37的光滑斜面的底端,另一端拴住质量为m1=4kg的物块P,Q为一重物,已知Q的质量为m2=8kg,弹簧的质量不计,劲度系数k=600N/m,系统处于静止,如图所示,现给Q施加一个,方向沿斜面向上的力F,使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动,已知在前0.2s时间内,F为变力,0.2s以后,F为恒力,求:力F的最大值与最小值。(sin37=0.6,g取10m/s2),【解题指南】解答本题时要抓住两个关键点:(1)0.2s时两物块P、Q恰好分离。(2)两物体分离的临界条件,v相同a相同FN=0,【解析】从受力角度看,两物体分离的条件是两物体间的正压力恰好为0,从运动学角度看,一起运动的两物体恰好分离时,两物体在沿斜面方向上的加速度和速度仍相等。设刚开始时弹簧压缩量为x。则(m1+m2)gsin=kx0,因为在前0.2s时间内,F为变力,0.2s以后,F为恒力,所以在0.2s时,P对Q的作用力恰好为0,由牛顿第二定律知kx1-m1gsin=m1aF-m2gsin=m2a前0.2s时间内P、Q向上运动的距离为x0-x1=at2,式联立解得a=3m/s2。当P、Q刚开始运动时拉力最小,此时有Fmin=(m1+m2)a=36N;当P与Q分离时拉力最大,此时有Fmax=m2(a+gsin)=72N答案:72N36N,【探究训练】如图所示,两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上,另一端系于一物体上,物体的质量为2kg。当AB、AC均伸直时,AB、AC的夹角=60,在物体上另施加一个方向也与水平线成=60的拉力F,若要使绳都伸直,求拉力F的大小范围。(g取10m/s2),【解析】采用极限分析法直接分析力F过大或过小可能出现的物理情景。力F过大时,会把小球拉得向上运动,导致绳AB弯曲,因此F最大时的临界状态就是FAB=0,此时小球的受力如图甲所示,由平衡条件可得Fmax=。力F过小时,小球就会向下运动,导致绳AC弯曲,因此F最小时的临界状态就是FAC=0,此时小球的受力如图乙所示,由平衡条件得Fmincos=FABcos,Fminsin+,FABsin=mg,解得Fmin=因此,拉力F的大小范围为,答案:,主题三滑块-木板模型1.滑块-木板模型:滑块可视作质点,木板有一定长度,滑块与木板一起运动或相对滑行,滑块滑离木板或与木板获得共同速度。,2.解决滑块-木板模型类问题的关键:判断滑块与木板间是否存在相对滑动是解决这类问题的关键。应用整体法、隔离法、假设法等,解题时可以先假设滑块与木板相对静止,然后根据牛顿第二定律求出滑块与木板之间的静摩擦力,再讨论滑块与木板之间的静摩擦力是不是大于最大静摩擦力,从而判断二者是否出现相对滑动。,3.分析滑块-木板模型中的几个条件和关系:(1)运动学条件:若两物体的速度或加速度不相等,则会发生相对滑动。(2)动力学条件:假设两物体间无相对滑动,先用整体法算出一起运动的加速度,再用隔离法算出其中一个物体“所需要”的摩擦力Ff,比较Ff与最大静摩擦力Fmax的关系。若FfFmax,则发生相对滑动。,(3)滑块滑离木板的临界条件:当木板的长度一定时,滑块可能从木板滑下,则滑块恰好滑到木板的边缘与木板达到共同速度是滑块滑离木板的临界条件。,(4)位移、速度、加速度:通常所说物体运动的位移、速度、加速度都是对地而言的。在相对运动的过程中,相互作用的物体之间加速度、速度、位移一定存在关联。它是我们解决力和运动的突破口,所以对此类问题的分析,必须清楚加速度、速度、位移等的关系。,加速度关系:如果物体之间没有发生相对运动,则可以用整体法求出它们一起运动的加速度;如果物体之间发生相对运动,则应采用隔离法求出每一个物体运动的加速度。应注意找出物体是否发生相对运动等隐含的条件。,速度关系:物体之间发生相对运动时,要认清物体的速度关系,从而确定物体受到的摩擦力。应注意当物体的速度相同时,摩擦力会发生突变的情况。位移关系:物体叠放在一起运动时,应仔细分析各个物体的运动过程,认清物体对地的位移和物体之间的相对位移之间的关系。,【典例示范】(多选)(2014江苏高考)如图所示,A、B两物块的质量分别为2m和m,静止叠放在水平地面上。A、B间的动摩擦因数为,B与地面间的动摩擦因数为。最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。现对A施加一水平拉力F,则(),A.当F3mg时,A相对B滑动D.无论F为何值,B的加速度不会超过g,【解析】选B、C、D。A、B之间的最大静摩擦力为2mg,B物块与地面间的最大静摩擦力为mg,当mg3mg时,A相对B滑动,C项正确。,【探究训练】(2017万州区高一检测)如图所示,物块A、木板B的质量均为m=1kg,不计A的大小,B板长L=3m。开始时A、B均静止。若t=0开始,A以水平初速度v0=2m/s从B的最左端开始向右运动,同时给B施加一水平向右的恒力F=2N,在t=2.5s时撤去恒力F。已知A与B之间的动摩擦因数为1=0.05、B与水平面之间的动摩擦因数为2=0.1,g取10m/s2。,(1)刚对B施加水平恒力F时A、B各自的加速度。(2)刚撤去恒力F时A、B各自的速度。(3)最终A能从B上掉下来吗?若能,请计算说明;若不能,则A距B左端多远?,【解析】(1)由牛顿第二定律得,A的加速度aA=1g=0.5m/s2,水平向左B的加速度aB=0.5m/s2,水平向右(2)设F作用时间t1时A和B速度相等为v,则v=v0-aAt1=aBt1解得v=1m/s,t1=2s物块和木板速度相等之后,因F=2(2mg),故A和B一起以v=1m/s匀速运动0.5s,(3)有拉力F时A相对B向右滑动距离x1=(3-1)m=2m撤去拉力F后,假设A和B可以相对静止,以整体为研究对象,有:加速度a=2g=1m/s2,隔离A,此时受到静摩擦力fA=ma=1N大于最大静摩擦力fmax=1mg=0.5N,aA=1g=0.5m/s2,方向向左,减速运动对B加速度aB=1.5m/s2,方向向左,