高中物理 第5章 第4节 牛顿运动定律的案例分析课件 沪科版必修1.ppt

5 4牛顿运动定律的案例分析 目标导航1 知道应用牛顿运动定律解决的两类基本问题 2 掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法 重点 3 能够对物体的受力和运动情况进行分析 难点 一 牛顿运动定律的适用范围研究表明 物体做低速 即远小于光速 运动时 都服从牛顿运动定律 牛顿运动定律不仅能研究 物体的运动 也能研究人造卫星在太空中的运动 宏观 地球表面 二 动力学的两类基本问题1 已知物体的受力情况确定物体的运动情况根据牛顿第二定律 已知物体受力情况可以求出物体的 在知道物体的初始条件 初位置和初速度 根据运动学公式 就可以求出物体在任意时刻的位置和速度 也就确定了物体的 加速度 运动情况 2 已知物体的运动情况求物体的受力情况根据物体的运动情况 由运动学公式求出 再根据牛顿第二定律可确定物体所受的 从而求出某些未知力 或与力相关的某些量 如动摩擦因数 劲度系数 力的方向等 加速度 合外力 想一想高速公路上行车 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150m距离的依据是参考了哪些因素 提示 放一警示牌的目的是引起其他车辆的注意 以免发生事故 主要是考虑汽车运动的速度 反应时间 刹车时的加速度等 要点一由物体的受力情况确定运动情况 学案导引1 在对物体进行正确受力分析时应注意什么 2 已知受力确定物体运动时为何要求加速度 2 解题步骤 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析 并画出物体的受力图 要注意画出物体所受到的所有力 不能漏力或多画力 分析受力的顺序一般是先重力 再弹力 最后是摩擦力 2 根据力的合成与分解 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 求出物体运动的加速度 4 结合物体运动的初始条件 选择运动学公式 求出所需的运动学量 任意时刻的位移和速度 以及运动轨迹等 特别提醒 1 正确的受力分析是解答本类题目的关键 2 若物体受两个力作用 用合成法求加速度往往要简便一些 若物体受三个或三个以上力作用时 要正确应用正交分解法求加速度 3 物体做直线运动时 合外力的方向一定在物体运动方向的直线上 如图所示是一滑雪场示意图 其中ac是长l 8m 倾角 37 的斜坡 cd段是与斜坡平滑连接的水平面 人从a点由静止下滑 经过c点时速度大小不变 又在水平面上滑行一段距离后停下 人与接触面间的动摩擦因数均为 0 25 不计空气阻力 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 人从斜坡顶端a滑至底端c所用的时间 2 人在离c点多远处停下 思路点拨 解此类问题的关键有两点 1 选取研究对象 在不同阶段正确受力分析确定加速度 2 以加速度为桥梁结合运动学方程求时间 位移等 2 人在水平面上滑行时 水平方向只受到地面摩擦力作用 设在水平面上人减速运动的加速度为a 由牛顿第二定律得 mg ma 设人到达c处的速度为v 由匀变速运动规律得下滑过程 v2 2al水平面上 0 v2 2a s联立以上各式解得s 12 8m 答案 1 2s 2 12 8m 规律方法 1 求解此类问题的思路是根据物体的受力情况 由牛顿第二定律求出物体运动的加速度 然后根据运动学公式求物体运动的时间 位移 速度等 2 对物体受力分析时注意不要多力或漏力 若物体受力个数多于三个力时要用正交分解法求合力 互动探究上例中若斜面光滑 人和水平接触面的摩擦因数为 0 25 则人从开始下滑到停止运动所用时间是多少 解析 以人为研究对象下滑时受力分析如图所示 沿斜坡方向由牛顿第二定律知mgsin ma 要点二已知物体的运动情况确定受力情况 学案导引1 匀变速直线运动的基本公式有哪些 2 可以从哪些角度确定加速度 体现了加速度的什么作用 2012 延安高一期末综合测试 质量为2 75t的载重汽车 在2900n的牵引力作用下 由静止开上一个山坡 沿山坡每前进1m 升高0 05m 汽车前进100m时 速度达到36km h 求汽车在前进过程中所受的摩擦力 g取10m s2 由牛顿第二定律得 在x轴方向 f mgsin f ma在y轴方向 n mgcos 0由几何关系得 sin 0 05可得摩擦阻力的大小为 f f mgsin ma 2 9 103n 2 75 103 10 0 05n 2 75 103 0 5n 150n 答案 150n 借题发挥 此题是已知运动情况 求解受力情况的问题 此题除正确应用运动学公式和受力分析外 还要抓住山坡倾斜角的表示方法 研究受力情况时 不仅要研究合外力还要看清是哪一个力或哪几个力及相关的物理量 变式训练 2012 广东珠海中学高一检测 如图所示 水平恒力f 20n 把质量m 0 6kg的木块压在竖直墙上 木块离地面的高度h 6m 木块由静止开始向下做匀加速运动 经过2s到达地面 求 1 木块下滑的加速度a的大小 2 画出木块的受力示意图 3 木块与墙壁之间的动摩擦因数 g取10m s2 答案 1 3m s2 2 见解析 3 0 21 整体法隔离法在牛顿第二定律中的应用 经典案例 12分 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 体现了一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 可将过程转化 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65kg 吊椅的质量为15kg 不计定滑轮与吊椅和绳子间的摩擦 重力加速度取g 10m s2 当运动员与吊椅一起以加速度a 1m s2上升时 试求 1 运动员竖直向下拉绳的力 2 运动员对吊椅的压力 审题指导 解此题要注意抓住三点 1 将实际问题简化为物理模型 2 运动员和吊椅一起加速求绳子拉力可用整体法 3 研究运动员和吊椅间的压力要用隔离法 解题样板 1 设运动员受到绳向上的拉力为t 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t 对运动员和吊椅整体进行受力分析如图所示 则有 2t m人 m椅 g m人 m椅 a 3分 解得t 440n 2分 由牛顿第三定律 运动员竖直向下拉绳的力t 440n 1分 2 设吊椅对运动员的支持力为n 对运动员进行受力分析如图所示 则有 t n m人g m人a 3分 n 275n 2分 由牛顿第三定律 运动员对吊椅的压力也为275n 1分 答案 1 440n 2