高中物理 第5章 研究力和运动的关系 5.4 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 第5章研究力和运动的关系 目标定位 1 掌握应用牛顿运动定律解决动力学问题的基本思路和方法 2 学会处理动力学的两类基本问题 内容索引 知识探究新知探究点点落实 达标检测当堂检测巩固反馈 知识探究 一 从受力确定运动情况 例1如图1所示 质量m 2kg的物体静止在水平地面上 物体与水平面间的动摩擦因数为0 25 现对物体施加一个大小f 8n 与水平方向成 37 角斜向上的拉力 已知sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求 1 画出物体的受力图 并求出物体的加速度 图1 解析对物体受力分析如图 解得 a 1 3m s2 方向水平向右 答案 解析 答案见解析图1 3m s2 方向水平向右 2 物体在拉力作用下5s末的速度大小 3 物体在拉力作用下5s内通过的位移大小 答案 解析 答案6 5m s 答案16 25m 解析vt at 1 3 5m s 6 5m s 二 从运动情况确定受力 例2民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口 发生意外情况的飞机着陆后 打开紧急出口的舱门 会自动生成一个由气囊组成的斜面 机舱中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上 若某型号的客机紧急出口离地面高度为4 0m 构成斜面的气囊长度为5 0m 要求紧急疏散时 乘客从气囊上由静止下滑到地面的时间不超过2 0s g取10m s2 则 1 乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大 答案 解析 答案2 5m s2 解析由题意可知 h 4 0m l 5 0m t 2 0s 2 气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少 答案 解析 答案0 92 解析在乘客下滑过程中 对乘客受力分析如图所示 沿x轴方向有mgsin f ma 沿y轴方向有n mgcos 0 又f n 联立方程解得 针对训练1质量为0 1kg的弹性球从空中某高度由静止开始下落 该下落过程对应的v t图像如图2所示 弹性球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰撞前的 设球受到的空气阻力大小恒为f 取g 10m s2 求 图2 1 弹性球受到的空气阻力f的大小 答案0 2n 答案 解析 解析由v t图像可知 弹性球下落过程的加速度为 根据牛顿第二定律 得mg f ma1所以弹性球受到的空气阻力f mg ma1 0 1 10 0 1 8 n 0 2n 2 弹性球第一次碰撞后反弹的高度h 答案 解析 答案0 375m 三 多过程问题分析 1 当题目给出的物理过程较复杂 由多个过程组成时 要明确整个过程由几个子过程组成 将过程合理分段 找到相邻过程的联系点并逐一分析每个过程 联系点 前一过程的末速度是后一过程的初速度 另外还有位移关系等 2 注意 由于不同过程中力发生了变化 所以加速度也会发生变化 所以对每一过程都要分别进行受力分析 分别求加速度 例3质量为m 2kg的物体静止在水平面上 物体与水平面之间的动摩擦因数 0 5 现在对物体施加如图3所示的力f f 10n 37 sin37 0 6 经t1 10s后撤去力f 再经一段时间 物体又静止 g取10m s2 则 1 说明物体在整个运动过程中经历的运动状态 图3 答案 解析 答案见解析 解析当力f作用时 物体做匀加速直线运动 撤去f的瞬间物体的速度达到最大值 撤去f后物体做匀减速直线运动直至速度为零 2 物体运动过程中最大速度是多少 答案 解析 答案5m s 解析撤去f前对物体受力分析如图甲 有 fsin n1 mg fcos f ma1f n1 vt a1t1 联立各式并代入数据解得s1 25m vt 5m s 3 物体运动的总位移是多少 答案 解析 答案27 5m 解析撤去f后对物体受力分析如图乙 有 联立各式并代入数据解得s2 2 5m物体运动的总位移 s s1 s2得s 27 5m 针对训练2冬奥会四金得主王濛于2014年1月13日亮相全国短道速滑联赛总决赛 她领衔的中国女队在混合3000米接力比赛中表现抢眼 如图4所示 acd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 图4 答案 解析 答案2s 解析人在斜坡上下滑时 受力分析如图所示 设人沿斜坡下滑的加速度为a 沿斜坡方向 由牛顿第二定律得mgsin f ma f n垂直于斜坡方向有n mgcos 0 联立以上各式代入数据解得a 4m s2 t 2s 2 人在离c点多远处停下 答案 解析 答案12 8m 解析人在水平面上滑行时 水平方向只受到地面的摩擦力作用 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 则由匀变速直线运动规律得人在斜面上下滑的过程 v2 2al人在水平面上滑行时 0 v2 2a s联立以上各式代入数据解得s 12 8m 课堂要点小结 很多动力学问题中 是先分析合力列牛顿第二定律方程 还是先分析运动情况列运动学方程 并没有严格的顺序要求 有时可以交叉进行 但不管是哪种情况 其解题的基本思路都可以概括为六个字 对象 受力 运动 即 1 明确研究对象 2 对物体进行受力分析 并进行力的运算 列牛顿第二定律方程 3 分析物体的运动情况和运动过程 列运动学方程 4 联立求解或定性讨论 达标检测 1 从受力确定运动情况 一个滑雪运动员从静止开始沿山坡滑下 山坡的倾角 30 如图5所示 滑雪板与雪地间的动摩擦因数是0 04 求5s内滑下来的路程和5s末速度的大小 运动员一直在山坡上运动 小数点后保留一位有效数字 1 2 3 解析 图5 答案 答案58 2m23 3m s 解析以滑雪运动员为研究对象 受力情况如图所示 1 2 3 研究对象的运动状态为 垂直于山坡方向 处于平衡状态 沿山坡方向 做匀加速直线运动 将重力mg沿垂直于山坡方向和平行于山坡方向分解 据牛顿第二定律列方程 n mgcos 0 mgsin f ma 又因为f n 由 可得 a g sin cos 1 2 3 2 从运动情况确定受力 一物体沿斜面向上以12m s的初速度开始滑动 它沿斜面向上以及沿斜面向下滑动的v t图像如图6所示 求斜面的倾角 以及物体与斜面间的动摩擦因数 g取10m s2 1 2 3 解析 图6 答案 1 2 3 上滑过程和下滑过程对物体受力分析如图 下滑过程a下 gsin gcos 1 2 3 3 多过程问题 一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动 4s内通过8m的距离 此后关闭发动机 汽车又运动了2s停止 已知汽车的质量m 2 103kg 汽车运动过程中所受阻力大小不变 求 1 关闭发动机时汽车的速度大小 答案 解析 答案4m s 1 2