高中物理 《牛顿第二定律的应用》课件3 粤教版必修1.pptVIP

牛顿第二定律的应用 一 动力学问题的分类 1 第一类 已知受力情况求运动情况即先由物体的受力情况求出合力 利用牛顿第二定律求出物体的加速度 再根据物体的初始条件利用运动学公式求出物体的运动情况 即任一时刻的位置 速度等2 第二类 已知运动情况求受力情况即先根据物体的运动情况 利用运动学公式求出物体的加速度 再由牛顿第二定律推断或者求出物体的受力情况但不管哪一类问题 确定物体的加速度是解题的关键 二 应用牛顿第二定律解题规律分析题目类型及流程如下 f合 ma a 1 vt v0 at 3 vt2 v02 2as 1 由左向右是已知力求运动状态 可将v a s t中任何一个物理量作为未知量求解 2 由右向左是已知运动求受力情况 可将未知力f m中任何一个物理量作为未知量求解 例题1 一个静止在水平地面上的物体 质量是2kg 在6 4n的水平拉力作用下沿水平地面向右运动 物体与水平地面间的滑动摩擦力是4 2n 求物体4s末的速度和4s内发生的位移 三 应用牛顿运动定律解题步骤 1 明确研究对象和研究过程 2 分析受力情况 画出受力示意图 3 分析运动情况 画出运动过程示意图 4 应用f合 ma及运动学公式列方程解题 例题 2 一静止木箱质量为m 与水平地面间的动摩擦因数为 现用斜向右下方与水平方向成 角的力f推木箱 求经过t秒时木箱的速度 水平方向 f合 f1 f fcos f ma竖直方向 n g f2 g fsinf nvt v0 at at 建立直角坐标系 x y x方向 f合 f1 f fcos f may方向 n g f2 g fsinf nvt v0 at at 练习1 如图 一质量为m 5kg的物体沿水平地面向左运动 物体与地面间的动摩擦因数为u 0 4 当物体向左的水平速度为v1 10m s时 开始受到一个水平向右的拉力f 30n的作用 取g 10m s2 问 1 经过多长时间物体的速度变为8m s 向右运动 2 这段时间内物体通过的位移是多大 分析 物体水平向左运动时 水平方向上受向右的滑动摩擦力和水平向右的拉力f而做匀减速直线运动 直到速度为0 由于水平向右的拉力f umg 20n 物体再由静止开始向右匀加速 直到速度达到题目中的要求为止 解 在物体向左运动过程中 设其加速度为a1则由牛顿第二定律a1 f umg m 30 0 4 5 10 5 10m s2设物体向左运动速度减为0的时间为t1则t1 v1 a1 10 10s 1s物体向左运动的位移为s1s1 v1t1 a1t12 2 10 1 1 2 10 12m 5m方向向左设物体向右的加速度为a2则a2 f umg m 30 0 4 5 10 5 2m s2设物体向右速度达到v2 8m s时 时间为t2t2 v2 a2 4s发生的位移为s2 a2t22 2 1 2 2 42m 16m方向向右所以物体速度由向左10m s变为向右8m s 所用时间为t t1 t2 1s 4s 5s在这5内的位移是s s1 s2 16m 5m 11m方向向右 例 一个滑雪的人 质量m 75kg 以v0 2m s的初速度沿山坡匀加速地滑下 山坡的倾角 300 在t 5s的时间内滑下的路程s 60m 求滑雪人受到的阻力 包括滑动摩擦力和空气阻力 思路 已知运动情况求受力 应先求出加速度a 再利用牛顿第二定律f合 ma求滑雪人受到的阻力 解 第一步求a因为v0 2m s s 60m t 5s据公式求得a 4m s2 第二步求f合阻力要对人进行受力分析画受力图 如下 因为是匀加速滑下 所以加速度向下 速度向下 x y gy gx 练习2 质量为5kg的物体在与水平面成370角斜向右上方的拉力f的作用下 沿水平桌面向右做直线运动 经过5m的距离 速度由4m s变为6m s 已知物体跟桌面间的动摩擦因数u 0 1 求作用力f的大小 g 10m s2sin370 3 5cos370 4 5 分析 此题的物理情景是物体在拉力f的作用下做匀加速直线运动 运动5m的路程 速度由4m s增加到6m s 是一个已知物体的运动状态 求物体受力的问题 解题步骤 1 确定研究对象 分析物体运动状态此题的研究对象为物块 运动状态为匀加速直线运动2 由运动学公式求出物体的加速度由v2t v20 2as得a v2t v20 2s 62 42 2 5 2m s23 由牛顿第二定律求物体所受的合外力f合 ma 5 2n 10n4 分析物体受力情况 建立直角坐标系 由力的合成与分解求出fx方向fcos370 f ma f合y方向n fsin370 mg 0又f un联立三式可得f 17 6n 练习3 质量为m 4kg的小物块在一个平行于斜面的拉力f 40n的作用下 从静止开始沿斜面向上滑动 如图8所示 已知斜面的倾角 37 物块与斜面间的动摩擦因数 0 2 斜面足够长 力f作用5s后立即撤去 求 1 前5s内物块的位移大小及物块在5s末的速率 2 撤去外力f后4s末物块的速度 解 1 分析受力情况画受力图 g x 建立直角坐标系 y gy gx 解 2 5s末撤去f 物块由于惯性仍向上滑行一定距离和一段时间 其受力如下 g n f v a 建立直角坐标系 x y gy gx 请计算物块向上滑行的时间 时间不足4s 则4s末 物块已经向下滑了 物块向下滑时 a的大小改变 v v0 at 时间t应该是4s减去物块上滑的时间 注意 建立直角坐系的关键 x轴与加速度a同向 但不必建立时也不用建立 应用牛顿第二定律解题可分为两类 一类是已知物体受力情况求解物体的运动情况 另一类是已知物体的运动情况求解物体的受力情况 但无论是哪一类习题 它们的解题关键都是求加速度 它们的解题方法都遵循基本规律 应用牛顿定律解题的步骤为 1 认真分析题意 建立物理图景 明确已知量和所求量2 选取研究对象 所选取的对象可以是一个物体 也可以是几个物体组成的系统 有关这一点我们以后再讲解 3 对研究对象的受力进行分析 利用力的合成与分解 求合力表达式方程或分力表达式方程 4 对研究对象的状态进行分析 运用运动学公式 求得物体加速度表达式 5 根据牛顿第二定律f ma 联合力的合成 分解的方程和运动学方程组成方程组 6 求解方程组 解出所求量 若有必要对所求量进行讨论 牛顿第二定律的应用 临界问题 你会吗 牛顿定律应用 在应用牛顿定律解决动力学问题中 当物体的加速度不同时 物体可能处于不同状态 特别是题目中出现 最大 最小 刚好 恰好 等词语时 往往出现临界现象 临界问题1解题关键 找出临界状态 确定临界条件 2常用方法 1 假设法 2 极限法 习题精选 例1如图所示 倾角为 的光滑斜面体上有一个小球m被平行于斜面的细绳系于斜面上 斜面体放在水平面上 1要使小球对斜面无压力 求斜面体运动的加速度范围 并说明其方向 2要使小球对绳无拉力 且小球相对斜面静止 求斜面体运动的加速度范围 并说明其方向 3若已知 60 m 2kg 当斜面体以a 10m s2向右做匀加速运动时 绳对小球的拉力多大 g 10m s2 m 解 1 假设小球对斜面刚好没压力时 受力如图甲 tsin mg 0tcos ma0a0 g cot 所以斜面向右运动的加速度a gcot 时 小球对斜面无压力 2 假设小球对绳刚好无拉力时 受力如图乙a0 gtan 方向水平向左所以斜面向左运动的加速度a gtan 小球对斜面没压力 m y mg甲 t n mg 3 当小球对斜面刚好没压力时a0 gcot 而a 10m s2 a0 此时小球以飘离斜面如图所示 tsin matcos mg解得t 20 45o m mg t y x 跟踪练习 1如下图所示 一辆卡车后面用轻绳拖着质量为m的物体a a与地面之间的摩擦不计 1 当卡车以加速度a1 加速运动时 绳的拉力为则a对地面的压力多大 2 当卡车的加速度a g时 绳的拉力多大 解析 1 对a受力分析如图 t mg n 0tcos ma1cos 530n mg tsin mg mg t n 2 当车的加速度较大时 a将飘离地面 当车刚好离开地面时受力如a0 gcot 0 75ga2 g a0 此时a已飘离地面t mg 2 ma2 2t 2mg mg t 例2一大木箱放在平板车的后面 到驾驶室的距离l 1 6m 木箱与车板间的动摩擦因数为 0 484 平板车一速度v0 22 0m s匀速行驶 驾驶员突然刹车 使车均匀减速 为不让木箱撞击驾驶室 从开始刹车到完全停下 至少要经过多少时间 g 10m s2提示 刹车加速度过大时 木箱会在木板上向前滑动 这时车和木箱的加速度大小满足a車 a箱 因而 当车停下时 木箱还向前滑动 两者的v t图像如图所示 0 v t 车 箱 平板车的加速度不能超过多大 能否求出平板车刹车时最大制动力 匀速 加速 加速 减速 减速 a车 am 静止 a车 a箱 静止 静止 止 v 22m s v1 解析 设车的加速度为as车 v2 2a木箱的加速度a木 gs木 v2 2 g当木箱与车刚好不相撞时s木