沪科版必修1 5.4 牛顿运动定律的案例分析 课件（28张）.ppt

5 4牛顿运动定律的案例分析 自主阅读 自我检测 一 牛顿运动定律的适用范围研究表明 通常宏观物体做低速 即远小于光速 运动时 都服从牛顿运动定律 自主阅读 自我检测 二 动力学的两类基本问题1 从受力确定运动情况求解此类题的思路 已知物体的受力情况 根据牛顿第二定律 求出物体的加速度 再由物体的初始条件 根据运动学规律求出未知量 速度 位移 时间等 从而确定物体的运动情况 2 从运动情况确定受力求解此类题的思路 根据物体的运动情况 利用运动学公式求出加速度 再根据牛顿第二定律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 力的角度等 自主阅读 自我检测 3 在高速公路上行车 如果车辆发生故障停车检修 应在离车150m远的后面竖一警示牌 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 150m的距离主要是考虑汽车运动的速度 反应时间 刹车时的加速度等因素 自主阅读 自我检测 三 解决动力学问题的关键对物体进行正确的受力分析和运动情况分析 并抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁 加速度 自主阅读 自我检测 1 正误辨析 1 很大的物体如星球 才叫宏观物体 2 低速就是速度很小时才适用于牛顿运动定律 3 在低速运动时物体的加速度由物体受的合力与物体的质量决定 4 加速度是联系力与运动的桥梁 5 物体的受力情况和运动情况有着内在的联系 答案 1 2 3 4 5 自主阅读 自我检测 2 用30n的水平外力f拉一静止在光滑的水平面上质量为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 7 5m s a 1 5m s2b v 4 5m s a 1 5m s2c v 4 5m s a 0d v 7 5m s a 0解析 前3s物体由静止开始做匀加速直线运动 由牛顿第二定律f ma 解得 3s末物体的速度为vt at 1 5 3m s 4 5m s 3s后 力f消失 由牛顿第二定律可知加速度立即变为0 物体做匀速直线运动 所以5s末的速度仍是3s末的速度 即4 5m s 加速度为a 0 故c正确 答案 c 自主阅读 自我检测 3 一辆质量为1 0 103kg的汽车 经过10s由静止加速到速度为108km h后匀速前进 1 求汽车受到的合力 2 如果关闭汽车发动机油门并刹车 设汽车受到的阻力为6 0 103n 求汽车由108km h到停下来所用的时间和所通过的路程 知识点一 知识点二 从物体的运动情况确定受力情况问题导引列车质量为m 以速度v行驶 如欲使列车在位移s内停下来 关闭发动机 关于列车所受阻力的大小情况 思考以下问题 1 分析列车的受力情况 列车受到哪些力 合力沿什么方向 2 分析列车的运动情况 求出加速度 3 用何公式求列车所受阻力的大小 要点提示 1 重力 支持力 阻力 合力方向向后 3 f ma 知识点一 知识点二 知识归纳1 解题思路从物体的运动情况入手 应用运动学公式求得物体的加速度 再应用牛顿第二定律求得所受的合力 进而求得所求力 2 解题步骤 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析和运动过程分析 并画出受力图和运动草图 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 由合力求出所需求的力 知识点一 知识点二 典例剖析 例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 g取10m s2 求 1 弹性球受到的空气阻力f的大小 2 弹性球第一次碰撞后反弹的高度h 知识点一 知识点二 解析 1 由v t图像可知 弹性球下落过程的加速度为 答案 1 0 2n 2 0 375m 知识点一 知识点二 规律方法解决此类问题的基本思路是根据物体的运动情况 确定加速度 确定合力 确定物体的受力 知识点一 知识点二 变式训练1民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口 发生意外时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 2 气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少 知识点一 知识点二 解析 1 由题意可知 h 4 0m l 5 0m t 2 0s 答案 1 2 5m s2 2 0 92 知识点一 知识点二 由物体的受力情况确定运动情况问题导引如图所示 一个静止在水平面上的物体 质量为m 在恒定水平拉力f作用下沿水平面向右运动 物体与水平地面间的动摩擦因数为 思考以下问题 1 f多大时 物体向右匀速运动 2 在f作用下物体向右加速运动 t时间内速度增加多少 3 在f作用下物体由静止开始匀加速 t时间内的位移是多少 知识点一 知识点二 知识归纳1 基本思路首先对研究对象进行受力情况和运动情况分析 把题中所给的情况弄清楚 然后由牛顿第二定律结合运动学公式进行求解 2 一般步骤 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和运动草图 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 以加速度的方向为正方向 列牛顿第二定律的方程 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 5 解方程时 f m a都用国际单位制单位 知识点一 知识点二 典例剖析 例2 右图是一滑雪场示意图 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 g取10n kg 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 人停下时离c点的距离 知识点一 知识点二 解析 1 人在斜坡上下滑时 受力如图所示 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垂直于斜坡方向有n mgcos 0f n由匀变速运动规律得联立以上各式得a gsin gcos 4m s2t 2s 2 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 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 知识点一 知识点二 规律方法 1 物体的运动情况是由受力情况和初始状态共同决定的 如果无法确定物体的初始状态 也就不能正确判断物体的运动情况 2 分析动力学问题时 要注意区分加速度方向和速度方向 3 运动和受力紧密联系 受力变 运动情况也变 反之亦如此 知识点一 知识点二 变式训练2汽车上的abs系统是一种能防止车轮被抱死而导致车身失去控制的安全装置 全称防抱死刹车系统 它既能保持足够的制动力 又能维持车轮缓慢转动 已经广泛应用于各类汽车上 有一汽车没有安装abs系统 急刹车后 车轮抱死 在路面上滑动 1 若车轮与干燥路面间的动摩擦因数是0 7 汽车以14m s的速度行驶 急刹车后 滑行多远才停下 2 若车轮与湿滑路面间的动摩擦因数为0 1 汽车急刹车后的滑行距离不超过18m 刹车前的最大速度是多少 g取10m s2 知识点一 知识点二 1 2 3 4 1 粗糙水平面上的物体在水平拉力f作用下做匀加速直线运动 现使f不断减小 则在滑动过程中 a 物体的加速度不断减小 速度不断增大b 物体的加速度不断增大 速度不断减小c 物体的加速度先变大再变小 速度先变小再变大d 物体的加速度先变小再变大 速度先变大再变小解析 合力决定加速度的大小 滑动过程中物体所受合力是拉力和地面摩擦力的合力 因为f逐渐减小 所以合力先减小后反向增大 而速度是增大还是减小与加速度的大小无关 而是要看加速度与速度的方向是否相同 前一阶段加速度与速度方向同向 所以速度增大 后一阶段加速度与速度方向相反 所以速度减小 因此d正确 答案 d 1 2 3 4 2 质量为5kg的木箱以大小为2m s2的加速度水平向右做匀减速运动 在箱内有一轻弹簧 其一端被固定在箱子的右侧壁 另一端拴接一个质量为3kg的滑块 木箱与滑块相对静止 如图所示 若不计滑块与木箱之间的摩擦 下列判断正确的是 a 弹簧被压缩 弹簧的弹力大小为10nb 弹簧被压缩 弹簧的弹力大小为6nc 弹簧被拉伸 弹簧的弹力大小为10nd 弹簧被拉伸 弹簧的弹力大小为6n解析 因木箱向右减速运动 加速度向左 故滑块受弹力向左 说明弹簧被压缩 f ma 3 2n 6n 答案 b 1 2 3 4 3 雨滴从空中由静止落下 若雨滴下落时空气对其阻力随雨滴下落速度的增大而增大 如下图所示的图像能正确反映雨滴下落运动情况的是 解析 对雨滴受力分析 由牛顿第二定律得mg f ma 雨滴加速下落 速度增大 阻力增大 故加速度减小 在v t图像中其斜率变小 故选项c正确 答案 c 1 2 3 4 4 一个滑雪运动员从静止开始沿山坡滑下 山坡的倾角 30 如图所示 滑雪板与雪地间的动