高中物理 第六课时 用牛顿运动定律解决问题(一)课件 新人教版必修1.ppt

第六课时用牛顿运动定律解决问题 一 牛顿运动定律 飞船真听话 这是飞船从发射到回收的整个过程的示意图 科学工作者在地面上根据飞船的受力情况确定飞船在任意时刻的位置和速度 这是 牛顿在控制它的飞行路线 这是真的吗 1 知道应用牛顿第二定律解答的两类主要问题 2 掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法 知识清单 已知物体的受力情况求物体的运动情况 1 在力和运动的题目中 有两类基本问题 一类是已知物体的受力情况 确定物体的 另一类是已知物体的 确定物体的受力情况 是联系物体受力情况和运动情况的桥梁 运动情况运动情况加速度 2 已知物体受力情况确定运动情况 在受力情况已知的条件下 要求判断出物体的运动状态或求出物体的运动速度和位移 求解此类题的思路是 分析 牛顿第二定律f合 ma 求出 用 求运动未知量 确定 受力情况加速度运动学公式运动情况 综合拓展 1 受力分析的几点说明 1 在受力分析时 只分析根据力的性质命名的力 一般不需要画出 合力 或 分力 的示意图 2 每分析一个力 应该可以找出该力的施力物体和该力对物体产生的效果 否则 该力的存在就值得考虑 如不要误认为物体在运动方向上一定受到力的作用 3 为使问题简化 常忽略某些次要的力 如物体在空中下落 忽略了空气阻力 轻杆 轻绳 轻滑轮等轻质物体的重力一般情况下不用考虑 4 受力分析时 有时还需结合物体的运动状态 5 分析弹力和摩擦力时 应抓住它们必须接触的特点进行分析 绕对象一周 找出接触点 面 再根据它们的产生条件 分析研究对象受到的弹力和摩擦力 2 由物体受力情况求解运动情况的一般步骤是 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析 并画出物体受力图 2 根据力的合成与分解的方法求出合外力 大小 方向 或对力进行正交分解 物体受二个以上的力作用时一般用正交分解法 3 据牛顿第二定律列方程 并解出物体的加速度 4 分析物体的运动过程 确定始 末状态 5 选择恰当的运动学公式求解 特别提示 1 物体的速度方向与物体的合外力方向之间没有一定的关系 但加速度的方向一定与物体的合外力方向一致 2 计算时 注意统一单位 3 检验和讨论 有时需要对解题结果进行检验 判断结果是否符合物理事实 尝试应用 1 假设汽车突然紧急制动后所受的阻力的大小与汽车所受的重力的大小差不多 当汽车以20m s的速度行驶时突然制动 它还能继续滑行的距离约为 a 40mb 20mc 10md 5m b 2 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 c 知识清单 已知物体的运动情况求物体的受力情况 已知物体运动情况确定受力情况 解答这类题时 应首先分析清楚物体的 情况 根据运动学公式求出物体的 然后在分析物体受力情况的基础上 利用 列式求力 运动加速度牛顿第二定律 1 由物体的运动情况 推断或求出物体所受的未知力的步骤 1 确定研究对象 2 分析物体的运动过程 确定始末状态 3 恰当选择运动学公式求出物体的加速度 4 对研究对象进行受力分析 并画出受力图 5 根据牛顿第二定律列方程 求解2 用隔离法研究物体的受力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 在高中阶段我们只分析加速度大小与方向都相同的连接体问题 通常用到整体法和隔离法 综合拓展 1 整体法 若连接体具有相同的加速度 可以把连接体看成一个整体作为研究对象 在进行受力分析时 要注意区分内力和外力 采用整体法时只分析外力 不分析内力 如右图所示 置于光滑水平面上的两个物体m和m 用轻绳连接 绳与水平方向的夹角为 在m上施一水平力f 求两物体运动的加速度 这时 我们就可以把m和m作为整体来研究 则有 f m m a 所以a 以整体为研究对象来求解 可以不考虑物体之间的作用力 列方程简单 求解容易 2 隔离体法 把研究的物体从周围物体中隔离出来 单独进行分析 上题中若要求绳的拉力 则必须将m 或m 隔离出来 单独进行分析 例如隔离m 则有 f1cos ma 所以特别提示 为了减少矢量的分解 在建立坐标系时确定x轴的正方向一般有两种方法 1 分解力而不分解加速度 此时应规定加速度的方向为x轴的正方向 2 分解加速度而不分解力 此法一般是以某个力的方向为x轴的正方向 而其他力都落在两个坐标上而不需要再分解 加速度分解后分别列式 fx max fy may 1 电视机的显像管中有一电子枪 用于发射电子束 假设电子枪中的某电子从静止加速到2 107m s时 行驶了0 01m的距离 估计电子枪对电子的作用力大小为 电子质量me 9 1 10 31kg 尝试应用 1 82 10 14n 2 以15m s的速度行驶的无轨电车 在关闭电动机后 经过10s停了下来 电车的质量是4 0 103kg 求电车所受的阻力 答案 6 0 103n方向与初速度方向相反 已知物体的受力情况求物体的运动情况 如右下图所示 小物块以4m s的初速度从倾角为30 的斜面底端向上滑 物块与斜面间的动摩擦因数为 5 g取10m s2 斜面足够长 则 1 上滑多长时间 速度减小一半 2 物块上滑的最大距离是多少 解析 对物块受力分析 如右图所示 由牛顿第二定律得 mgsin30 f ma fn mgcos30 0摩擦力f fn mgcos30 加速度a gsin30 gcos30 8m s2物块沿斜面向上做匀减速直线运动 以初速度方向为正方向 则a 8m s2 名师点睛 一个加速度把物体的受力情况和运动情况联系起来 动力学原理解决了运动学没有完成的问题 回答了物体为什么做某运动的原因 在解该类题时受力分析和运动分析是最重要的两步 学生往往在这些地方出现问题 要特别加以注意 变式应用 1 1999年11月20日我国成功发射和回收了 神舟 号实验飞船 标志着我国的运载火箭技术水平已跻身于世界先进行列 下图中a为某火箭发射场 b为山区 c为城市 发射场正在进行某型号火箭的发射试验 试验火箭起飞时质量为2 02 105kg 起飞推力为2 75 106n 火箭发射塔高100m 则该火箭起飞时的加速度大小为 m s2 在火箭推力不变的情况下 若不考虑空气阻力及火箭质量的变化 火箭起飞后 经 s飞离火箭发射塔 参考公式及常数 f合 ma vt v0 at s v0t at2 g 9 8m s2 答案 3 817 25 已知物体的运动情况求受力情况 质量为100t的机车从停车场出发 经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 设所受阻力不变 求机车关闭发动机前所受到的牵引力 解析 在加速阶段 初速度v0 0 末速度v1 54km h 15m s 位移x1 225m 由v2t v20 2ax得 由牛顿第二定律得 f阻 ma2 105 0 9 n 9 104n 由 得机车的牵引力为 f引 1 4 105n 答案 1 4 105n名师点睛 解题前应对问题先作定性的分析 弄清物理情景 找出解题的关键 以养成良好的思维品质和解题习惯 在求解加速度过程中要注意加速度和速度方向的关系 在求a2时也可不考虑方向 直接求其大小a2 0 9m s2 然后根据阻力向后得出f阻 ma2 9 104n的结果 变式应用 2 在临沂市某一旅游景区 建有一山坡滑草运动项目 该山坡可看成倾角 30 的斜面 一名游客连同滑草装置总质量m 80kg 他从静止开始匀加速下滑 在时间t 5s内沿斜面滑下的位移x 50m 不计空气阻力 取g 10m s2 结果保留2位有效数字 问 1 游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力f为多大 2 滑草装置与草皮之间的动摩擦因数 为多大 答案 1 80n 2 0 12 与牛顿第二定律结合的图象问题 质量为60kg的消防队员 从一根竖起的长直轻绳上由静止滑下 经2 5s落地 轻绳上端有一力传感器 它记录的轻绳受到的拉力变化情况如下图甲所示 取g 10m s2 消防队员下滑过程中 1 最大速度和落地速度各是多少 2 在上图乙中画出v t图象 2 vt图象如下图所示 答案 1 4m s1m s 2 如上图 名师点睛 利用图象分析问题时 必须首先确认图象横 纵坐标代表的物理量及其单位 然后要明确图象中截距 交点 斜率 折点 面积的物理意义 再将题目中的物理情景与图象形状结合起来 选择相应的物理规律和公式求解 变式应用 3 在消防演习中 消防队员从一根树枝的长直轻绳上由静止滑下 经一段时间落地 为了获得演习中的一些数据 以提高训练质量 研究人员在轻绳上端安装一个力传感器并与数据处理系统相连接 用来记录消防队员下滑过程中轻绳受到的拉力与消防队员重力的比值随时间变化的情况 已知某队员在一次演习中的数据如图所示 问 该消防队员在下滑过程中的最大速度和落地速度各是多少 g取10m s2 答案 4m s 1m s 水平测试 1 如果力f在时间t内能使质量为m原来静止的物体产生位移s 那么 a 相