高中物理 第四章 第五节 牛顿第二定律的应用配套课件 粤教版必修1.ppt

第五节牛顿第二定律的应用 1 牛顿第二定律给出了加速度与力 质量之间的定量关系 因此在已知受力的情况下可以结合 解决有关物体运动状态变化的问题 也可以在已知物体运动状态发生变化的情况下 运用运动学公式求出物体的 再结合牛顿第二定律确定物体的受力情况 运动学公式 加速度 2 两类基本问题 牛顿第二定律 1 已知物体的受力情况 确定物体的运动情况 解题思路是 已知物体的受力情况 根据 求出物体的 再由物体的初始条件 根据 求出未知量 从而确定物体的运动情况 2 已知物体的运动情况 确定物体的受力情况 解题思路是 根据物体的运动情况 利用 求出 再根据 就可以确定物体所受的力 从而求得未知的力 或与力相关的某些量 如动摩擦因数 劲 度系数等 运动学公式 加速度 牛顿第二定律 加速度 运动学规律 3 用30n的水平外力f 拉一个静止放在光滑水平面上的质量为20kg的物体 力f作用3s后消失 则第5s末物体的 速度和加速度分别是 a v 4 5m s a 1 5m s2b v 7 5m s a 1 5m s2c v 4 5m s a 0d v 7 5m s a 0答案 c 4 双选 2014年广州天河区期末 如图4 5 1所示 一辆小车在水平面上沿直线运动 车内悬挂的小球相对小车静止并与 竖直方向成 角 下列说法正确的是 a 小车一定向右做匀加速直线运动b 小车的加速度大小为gtan 方向向右 图4 5 1 c 悬绳的拉力一定大于小球的重力d 小球所受的合力方向一定向左 解析 以小球为研究对象 受力分析如图d12所示 根据牛顿第二定律得知 mgtan ma 图d12 解得a gtan 方向水平向右 故b正确 一定 则加速度a一定 汽车的加速度也一定 若车向右运动 则汽车向右做匀加速运动 若车向左运动 则向左做匀减速运动 故a错 即悬绳的拉力一定大于小球的重力 故c正确 由图可知合力方向向右 故d错误 答案 bc 知识点1从受力情况确定运动情况在高速公路上行车 如果车辆发生故障 要停车检修 应在离车150m远的地方竖一警示牌 这是因为汽车在高速公路上高速行驶 司机发现情况到采取刹车 须要有一定的反应时间 对应有一段反应距离 汽车在刹车过程中受阻力f做匀减速直线运动 则可通过 计算出其刹车的加速度a 再通过运动学公式计算出刹车距离 若汽车的质量为m 初速度为v 则刹车 距离的表达式为 图4 5 2 牛顿第二定律 1 基本处理思路 2 受力分析的依据 1 力的产生条件是否存在 是受力分析的重要依据之一 2 力的作用效果与物体的运动状态之间有相互制约的关系 结合物体的运动状态分析受力情况是不可忽视的 3 由牛顿第三定律 力的相互性 出发 分析物体的受力情 况 可以化难为易 3 受力分析的基本方法 1 明确研究对象 即对谁进行受力分析 2 把要研究的物体从周围物体中隔离出来 3 按顺序分析受力情况 画出力的示意图 其顺序为 重 力 弹力 摩擦力 其他力 4 基本步骤 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析和运动分析 并画出物体的受力图 2 根据力的合成与分解的方法 求出物体所受的合外力 包 括大小和方向 3 根据牛顿第二定律列方程 求出物体的加速度 4 结合给定的物体运动的初始条件 选择运动学公式 求 出所需运动参量 例1 如图4 5 3所示 一个放置在水平台面上的木块 其质量为2kg 受到一个斜向下的 与水平方向成37 角的推力f 10n的作用 使木块从静止开始运动 4s后撤去推力 若木块与水平面间的动摩擦因数为0 1 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 撤去推力f时木块的速度为多大 2 撤去推力f到停止运动过程中木块的加速度为多大 3 木块在水平面上运动的总位移为多少 图4 5 3 解 1 撤去力f之前 对木块受力分析如图4 5 4所示 由牛顿第二定律得 水平方向 fcos37 f ma1竖直方向 fn mg fsin37 又有f fn 解得a1 2 7m s2 图4 5 4 4s末的速度为v a1t 2 7 4 10 8m s 2 撤去f后 根据牛顿第二定律 mg ma2a2 g 1m s2 所以物块运动的总位移为s s1 s2 79 92m 触类旁通 1 2014年江门一中期末 如图4 5 5所示 一个质量m 2kg的物体置于水平面上 在f 10n的水平力作用下 由静止开始沿水平面做匀加速直线运动 它们之间的动摩擦因数为0 2 物体运动的加速度是多大 4s内通过的距离是多少 第4s内通过的距离多大 图4 5 5 解 n mg 2 10n 20nf n 0 2 20n 4nf合 f f 10n 4n 6n 第4s内通过距离x 10 5m 知识点2从运动情况确定受力情况一位同学通过电视观看火箭发射时的情景 他听到现场总指挥倒计时结束发出 点火 命令后 立刻用秒表计时 假设测得火箭底部经过发射架顶端的时间是4 8s 如果他想算出对火箭的推力 还需知道发射架高度h和火箭的总质量m 根据 推算 推算出推力的大小 图4 5 6 f mg ma 出加速度的大小 然后根据 可以 1 基本处理思路 2 解题的基本方法步骤 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析和运动分析 并画出物体的受力图 2 选择合适的运动学公式 求出物体的加速度 3 根据牛顿第二定律列方程 求出物体所受的合外力 4 根据力的合成与分解的方法 由合力求出所需的力 例2 质量为200t的机车从停车场出发 行驶225m后 速度达到54km h 此时 司机关闭发动机让机车进站 机车又行驶了125m才停在站上 设运动阻力不变 求机车关闭发动机前所受到的牵引力 解 机车关闭发动机前在牵引力和阻力共同作用下向前加速 关闭发动机后 机车只在阻力作用下做减速运动 因加速阶段的初末速度及位移均已知 故可由运动学公式求出加速阶段的加速度 由牛顿第二定律可求出合力 在减速阶段初末速度及位移已知 同理可以求出加速度 由牛顿第二定律可求出阻力 则由两阶段的力可求出牵引力 a2方向与v1方向相反 由牛顿第二定律得 f阻 ma2 2 105 0 9 n 1 8 105n由 得机车的牵引力为f引 2 8 105n 触类旁通 2 2013北京东城期末 如图4 5 7所示为杂技 顶竿 表演 一人站在地上 肩上扛一质量为m的竖直竹竿 竿上有一质量为m的人可以看成质点 当此人沿着竖直竿以加速度a加 速下滑时 竿对地面上的人的压力大小为 a m m g mab m m g mac m m g d m m g 图4 5 7 答案 a 解析 对竿上的人进行受力分析 受重力mg 摩擦力ff 有mg ff ma 所以ff m g a 竿对人有摩擦力 人对竿也有反作用力 摩擦力 且大小相等 方向相反 对竿进行受力分析 受重力mg 竿上的人对杆向下的摩擦力ff 顶竿的人对竿的支持力fn 有mg ff fn 又因为竿对 底人 的压力和 底人 对竿的支持力是一对作用力与反作用力 由牛顿第三定律 得到fn mg ff m m g ma 故选a 整体法和隔离法的应用 1 研究系统内部物体间的相互作用力应采用隔离法 研究 系统与外部的相互作用采用整体法更简便一些 2 在连接体内各物体具有相同的加速度时 可先把这个连接体当成一个整体 分析受到的外力及运动情况 利用牛顿第二定律求出加速度 若要求连接体内各种物体相互作用的内力 则把物体隔离 对某个物体单独进行受力分析 再利用牛顿第二定律对该物体列式求解 3 受力分析和运动过程分析是解决动力学问题的前提 找到加速度是解题的突破口 因此 解题时应抓住 加速度 这个桥梁不放 确定过渡方向 学习中要通过具体问题的分析 熟练掌握解题思路 提高解决实际问题的能力 例3 一人在井下站在吊台上 用如图4 5 8所示的定滑轮装置拉绳把吊台和自己提升上来 图中跨过滑轮的两段绳都认为是竖直的且不计摩擦 吊台的质量m 15kg 人的质量为m 55kg 运动时吊台向上的加速度是a 0 2m s2 求这时人对吊台的压力 取g 9 8m s2 图4 5 8 解 选人和吊台组成的系统为研究对象 受力如图4 5 9所示 f为绳的拉力 由牛顿第二定律有 2f m m g m m a则拉力大小为 图4 5 9 再选人为研究对象 受力情况如图4 5 10所示 其中fn是吊台对人的支持力 由牛顿第二定律得 f fn mg ma故fn m a g f 200n由牛顿第三定律知 人对吊台的压力 f n大小为200n 方向竖直向下 图4 5 10 触类旁通 3 双选 2014年广州天河区期末 如图4 5 11所示 上表面水平的小车上放着一个物体 有一推力f作用在小车上 物体和 小车保持相对静止沿水平面运动 下列叙述中正确的是 图4 5 11a 小车加速运动时 物体与小车间存在摩擦力b 小车加速运动时 物体与小车间没有摩擦力c 小车匀速运动时 物体与小车间存在摩擦力d 小车匀速运动时 物体与小车间不存在摩擦力答案 ad 牛顿第二定律中的临界问题 1 临界问题 1 临界状态 在物体的运动状态变化的过程中 相关的一些物理量也随之发生变化 当物体的运动变化到某个特定状态时 有关的物理量将发生突变 该物理量的值叫临界值 这个特定状态称之为临界状态 临界状态是发生量变和质变的转折点 2 关键词语 在动力学问题中出现的 最大 最小 刚好 恰能 等词语 一般都暗示了临界状态的出现 隐含了相应的临界条件 3 解题关键 解决此类问题的关键是对物体运动情况的正 确描述 对临界状态的判断与分析 4 常见类型 动力学中的常见临界问题主要有两类 一是弹力发生突变时接触物体间的脱离与不脱离 绳子的绷紧与松弛问题 一是摩擦力发生突变的滑动与不滑动问题 2 解决临界值问题的两种基本方法 1 以物理定理 规律为依据 首先找出所研究问题的一般规律和一般解 然后分析和讨论其特殊规律和特殊解 2 直接分析 讨论临界状态和相应的临界值 找出相应的 物理规律和物理量 例4 质量为0 2kg的小球用细线吊在倾角为 60 的斜面体的顶端 斜面体静止时 小球紧靠在斜面上 线与斜面平行 如图4 5 12所示 不计摩擦 求在下列两种情况下 细线对小球的拉力 取g 10m s2 图4 5 12 解 小球与斜面体一起向右加速运动 当a较小时 小球与斜面体间有挤压 当a较大时 小球将飞离斜面 只受重力与绳子拉力作用 因此要先确定临界加速度a0 即小球即将飞离斜面 与斜面只接触无挤压时的加速度