54牛顿运动定律的案例分析.ppt

5 4牛顿运动定律的案例分析 一 从受力确定运动情况 1 解题思路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 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 求出所需求的运动学量 任意时刻的位移和速度 以及运动轨迹等 1 正确的受力分析是解答本类题目的关键 2 已知量的单位应都统一成国际单位制中的单位 课本案例2 大雪过后某城市的街道出现了严重的堵车情况 有些地方甚至发生了交通事故 调查发现主要是因为大雪覆盖路面后 被车轮挤压部分融化为水 在严寒的天气下 又马上结成了冰 汽车在光滑的冰面上行驶 刹车后难以停下 据测定 汽车橡胶轮胎与普通路面间的动摩擦因数是0 7 与冰面间的动摩擦因数只有0 1 没有安装防抱死 ABS 系统的普通汽车在规定的速度下急刹车后 车轮立即停止转动 在普通的水平路面上滑行14m才能停下 那么汽车以同样速度在结了冰的水平路面上行驶 急刹车后滑行的距离是多少呢 一 牛顿运动定律的应用 已知受力求运动的问题 分析 这是一个已知受力情况求运动距离问题 以汽车为研究对象 汽车制动后沿水平方向滑行 共受到三个力作用 重力 方向竖直向下 支持力 方向竖直向上 摩擦力 方向与车行进的方向相反 汽车在水平方向做匀减速运动 遵循牛顿第二定律 在竖直方向上处于平衡状态 求出加速度 利用题目的已知条件和运动学公式就可以求出滑行距离x的表达式 运用比例法就能求出最终结果 解答 由题意可知 两种情况下刹车时只有动摩擦因数不同 所以有 解题指导 解答本题可按如下思路分析 训练1 一个静止在水平面上的物体 质量是2kg 在水平方向受到5 0N的拉力 物体跟水平面的滑动摩擦力是2 0N 1 求物体在4 0秒末的速度 2 若在4秒末撤去拉力 求物体滑行时间 分析 研究对象为物体 已知受力 可得物体所受合外力 根据牛顿第二定律可求出物体的加速度 再依据初始条件和运动学公式就可解出前一段运动的末速度 同理也可解答后一段运动的滑行时间 二 从运动情况确定受力1 解题思路 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 1 由运动学规律求加速度 要特别注意加速度的方向 从而确定合外力的方向 不能将速度的方向和加速度的方向混淆 2 题目中所求的力可能是合力 也可能是某一特定的力 嫦娥系列卫星和神舟系列飞船的成功发射 为我国进行太空探索积累了宝贵的经验 飞船的发射 变轨 返回等操作的精准度达到了国际先进水平 让我们共同来回顾嫦娥二号发射的精彩瞬间 卫星发射时在几百秒内就要把卫星的速度增加到几千米每秒 在太空运动时可达7km s 我们是如何做到精确定位并加以控制的呢 指挥系统必须借助计算机 传感装置 定位系统等多种仪器设备的辅助才能做到精准定位并加以控制 然而其中的基本原理和地面上的汽车 火车 实验室中的小车 木块是一样 因为它们的运动都遵循牛顿运动定律 让我们共同来探究其中的奥秘吧 二 牛顿运动定律的应用 已知运动求受力的问题 课本案例1 设 神舟 5号载人飞船火箭组合体的质量为500t 若点火启动后的加速度为8 6m s2 不计飞船火箭组合运动过程中的质量变化和受到的阻力 求飞船火箭组合体受到的推力 g取10m s2 分析 以 神舟 5号载人飞船火箭组合体作为研究对象 点火启动后 它受到推力F和重力G两个力的作用 由它们的合力产生加速度a 现已知加速度和质量 根据牛顿第二定律即可求得F 解答 解题步骤总结 1 确定研究对象 2 进行受力分析 3 根据运动学的知识确定加速度 结合牛顿第二定律求解有关力的问题 训练1 一辆质量为1 0 103kg的小汽车正以10m s的速度行驶 现在让它在12 5m的距离内匀减速地停下来 求所需的阻力 分析 由题意可知研究对象 汽车m 1 0 103kg 运动情况 匀减速运动至停止v 0 s 12 5m 初始条件 v0 10m s 求阻力f 1 质量为1kg的物体 受水平恒力作用 由静止开始在光滑的水平面上做加速运动 它在t秒内的位移为sm 则F的大小为 A B C D 解析 选A 由s 得 a 对物体由牛顿第二定律得 F ma 故A正确 2 A B两物体以相同的初速度滑到同一粗糙水平面上 若两物体的质量mA mB 两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相同 则两物体能滑行的最大距离sA与sB相比为 A sA sBB sA sBC sA sBD 不能确定 解析 选A 分析物体在水平面上滑行时的受力情况可以知道 物体滑动时受到的滑动摩擦力 mg为合外力 由牛顿第二定律知 mg ma得 a g 可得aA aB 物体减速到零时滑动的距离分别为sA sB 由运动学公式可得 vA2 2aAsA vB2 2aBsB 所以sA sB A正确 3 物体受10N的水平拉力作用 恰能沿水平面匀速运动 当撤去这个拉力后 物体将 A 匀速运动B 立即停止运动C 产生加速度 做匀减速运动D 产生加速度 做匀加速运动 解析 选C 由题意知物体所受阻力为10N 撤去拉力后 物体的合力等于阻力 此后产生加速度 且加速度方向与速度方向相反 故撤去拉力后 物体做匀减速直线运动 A B D错 C对 4 蹦床运动要求运动员在一张紧绷的弹性网上蹦起 腾空并在空中做动作 这就要求运动员跃起足够的高度 训练时可以在弹性网上安装压力传感器 利用传感器记录弹性网所受到的压力 并在计算机上作出压力 时间图线 假如在运动员的一次训练中作出的图线如图所示 假设在空中运动时可以将运动员视为质点 这位运动员跃起的最大高度为 g取10m s2 A 1 8mB 3 6mC 5 0mD 7 2m 解析 选C 从题图中可以知道运动员不接触网的时间间隔为2s 即腾空时间为2s 故上升或下降的时间为1s 所以上升的最大高度为h 5 0m 故C正确 A B D错误 5 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 木块从静止开始向下做匀加速运动 经过2s到达地面 取g 10m s2 求 1 木块下滑的加速度a的大小 2 木块与墙壁之间的动摩擦因数 解析 1 由H 得a 3m s2 2 木块受力分析如图所示 根据牛顿第二定律有mg f ma N F又f N 解得 0 21答案 1 3m s2 2 0 21 一 选择题 本题包括5小题 每小题5分 共25分 每小题至少一个选项正确 1 2011 淄博高一检测 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3秒后消失 则第5秒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 选C 前3秒物体由静止开始做匀加速直线运动 由牛顿第二定律得 F ma 解得 a 1 5m s2 3秒末物体的速度为 v at 1 5 3m s 4 5m s 3秒后 力F消失 由牛顿第二定律可知加速度立即为0 物体做匀速直线运动 所以5秒末的速度仍是3秒末的速度 即4 5m s 加速度为a 0 故C正确 2 水平面上一质量为m的物体 在水平恒力F作用下 从静止开始做匀加速直线运动 经时间t后撤去外力 又经时间3t物体停下 则物体受到的阻力为 A B C D 解析 选B 对物体由牛顿第二定律得 力F作用时 F f ma1v a1t撤去力F后 f ma2v a2 3t解以上四式得 f 故B正确 3 行车过程中 如果车距不够 刹车不及时 汽车将发生碰撞 车里的人可能受到伤害 为了尽可能地减轻碰撞引起的伤害 人们设计了安全带 假定乘客质量为70kg 汽车车速为90km h 从踩下刹车到完全停止需要的时间为5s 安全带对乘客的作用力大小约为 不计人与座椅间的摩擦 A 450NB 400NC 350ND 300N 解析 选C 汽车的速度v0 90km h 25m s 设汽车匀减速的加速度大小为a 则a 5m s2 对乘客应用牛顿第二定律得 F ma 70 5N 350N 所以C正确 4 2011 连云港高一检测 物体在与其初速度始终共线的合外力F的作用下运动 取v0方向为正时 合外力F随时间t的变化情况如图所示 则在0 t1这段时间内 A 物体的加速度先减小后增大 速度也是先减小后增大B 物体的加速度先增大后减小 速度也是先增大后减小C 物体的加速度先减小后增大 速度一直在增大D 物体的加速度先减小后增大 速度一直在减小 解析 选C 由F ma结合图像 物体的加速度先减小后增大 但方向不变 故物体一直加速 速度不断增大 只有C正确 5 两个物体A和B 质量分别为m1和m2 互相接触放在光滑的水平面上 如图所示 对物体A施以水平的推力F 则物体A对B的作用力等于 A B C FD 解析 选B 将m1 m2看做一个整体 其合力为F 由牛顿第二定律知 F m1 m2 a 再以m2为研究对象 受力分析如图所示 由牛顿第二定律可得 F2 m2a 以上两式联立可得 F2 故B正确 方法技巧 连接体问题的处理方法几个物体间彼此有力的相互作用且相对静止 这几个物体组成的系统常称为连接体 处理这类问题常用以下方法 1 整体法 把几个相对静止的物体作为一个整体来处理 分析整体受力 应用牛顿第二定律求解加速度或力 2 隔离法 取整个系统中的一个或几个物体作为研究对象 应用牛顿第二定律或平衡条件 分析物体间的相互作用力或加速度 3 整体法 隔离法联合运用 但采用整体法分析受力时只分析外力 不分析系统内物体间作用力 二 非选择题 本题包括3小题 共25分 要有必要的文字叙述 6 7分 某质量为1100kg的汽车在平直路面试车 当达到100km h的速度时关闭发动机 经过70s停下来 汽车受到的阻力是多大 重新起步加速时牵引力为2000N 产生的加速度应为多大 假定试车过程中汽车受到的阻力不变 解析 在试车阶段关闭发动机后做匀减速直线运动 v0 100km h 27 8m s 由运动学公式vt v0 at得a 0 397m s2负号表示加速度的方向与速度的方向相反 汽车受到的阻力 f ma 1100 0 397N 437N 在重新起步并加速时 汽车受力如图所示 根据牛顿第二定律得F f ma故a 1 42m s2答案 437N1 42m s2 7 8分 2011 太原高一检测 将质量为0 5kg的小球以14m s的初速度竖直上抛 运动中球受到的空气阻力大小恒为2 1N 则球能上升的最大高度是多少 g取9 8m s2 解析 小球受力如图所示 根据牛顿第二定律得mg f ma a 14m s2 上升至最大高度时末速度为0 由运动学公式得02 v02 2as得最大高度s 7m 答案 7m 8 挑战能力 10分 在宇航员训练程序中 一位80kg的宇航员被绑在一个质量为220kg的火箭运载器内 这个运载器被安全放在一条无摩擦的长轨道上 开动火箭发动机使之很快地加速运载器 然后用马达制动运载器 v t图像如图所示 设