高中物理 用牛顿第二定律解决问题 鲁科版必修1

用心 爱心 专心1 用牛顿定律解决问题用牛顿定律解决问题 一 动力学的两类基本问题一 动力学的两类基本问题 本节的主要内容是在对物体进行受力分析的基础上 应用牛顿运动定律和运动学的知识来分析解 决物体在几个力作用下的运动问题 1 根据物体的受力情况 已知或分析得出 确定物体的运动情况 求任意时刻的速度 位移等 其解题基本思路是 利用牛顿第二定律 F合 ma 求出物体的加速度 a 再 利用运动学的有关公式 atvvt 0 2 0 2 1 attvs asvvt2 2 0 2 等 求 出速度 vt和位移 s 等 2 根据物体的运动情况 已知 确定物体的受力情况 其解题基本思路是 分析清楚物 体的运动情况 性质 已知条件等 选用运动学公式求出物体的加速度 再利用牛 顿第二定律求力 3 无论哪类问题 正确理解题意 把握条件 分清过程是解题的前提 正确分析物体 受力情况和运动情况是解题的关键 加速度始终是联系运动和力的纽带 桥 梁 可画方框图如下 4 把动力学问题分成上述两类基本问题有其实际重要意义 已知物体受力情况根据牛 顿运动定律就可确定运动情况 从而对物体的运动做出明确预见 如指挥宇宙飞船飞 行的科技工作者可以根据飞船的受力情况确定飞船在任意时刻的速度和位置 而已知 物体运动情况确定物体受力情况则包含探索性的应用 如牛顿根据天文观测积累的月 球运动资料 发现了万有引力定律就属于这种探索 二 应用牛顿运动定律解题的一般步骤二 应用牛顿运动定律解题的一般步骤 1 确定研究对象 在解题时要明确地写出来 可根据题意选某物体 题设情景中有多个 物体时尤显必要 或某一部分物体或几个物体组成的系统为研究对象 所选研究对象应 是受力或运动情况清楚便于解题的物体 有的物体虽是涉及对象但受力或运动情况不 明不能选为研究对象 需要根据牛顿第三定律转移研究对象分析 比如求物体对地面 的压力 不能选地面为研究对象而选物体为研究对象 求得地面对物体的支持力 再 由牛顿第三定律得出物体对地面的压力与地面对物体的支持力大小相等方向相反 2 全面分析研究对象的受力情况 正确画出受力示意图 可以按力的性质 重力 弹 力 摩擦力 其他力的次序分析物体所受各个力的大小和方向 再根据力的合成知识 求得物体所受合力的大小和方向 也可以根据牛顿第二定律 F合 ma 在加速度 a 的大 小方向已知或可求时 确定合力 F合的大小和方向 牛顿运动定律研究的对象是质点 或可以看成质点的物体 因此画示意图时 可以用一方块一圆圈或一个点表示物体 各力作用点画在一个点 如方块中心或圆圈中心 上 各力方向一定要画准 力线段的 长短要能定性地看出力大小的不同 3 全面分析研究对象的运动情况 画出运动过程示意简图 含物体所在位置 速度方向 加速度方向等 特别注意 若所研究运动过程的运动性质 受力情况并非恒定不变时 运动学公式 牛顿第二定律 物体受力情 况及其分析 物体运动状 态及其变化 加 速 度 用心 爱心 专心2 则要把整个运动过程分成几个不同的运动阶段详细分析 每个阶段是一种性质的运动 要弄清楚各运动阶段之间的联系 如前一阶段的末速度就是后一阶段的初速度等 4 利用牛顿第二定律 在已知受力情况时 或运动学公式 在运动情况已知时 求出加速度 5 利用运动学公式 在受力情况已知时 或牛顿运动定律 在运动情况已知时 进一步解出所 求物理量 注意 在求解过程中 要选准公式 正确运算 简洁 规范 要先求出所 求物理量的文字表达式再代人数字进行计算 各量统一用国际单位制单位 各已知量 的单位不必一一定出 在数字后面直接写上所求量的国际单位制单位即可 6 审查结果是否合理或深入探讨所得结果的物理意义 内涵及外延等 例一 一个质量 m 10kg 的物体 在五个水平方向的共点力作用下静止在摩擦因数 u 0 4 的水 平面上 当其中 F3 100N 的力撤消后 求物体在 2s 末的速度大小 方向和这 2s 内的位移 取 g 10m s2 例二 质量为 1000 吨的列车由车站出发沿平直轨道作匀变速运动 在 l00s 内通过的路程为 1000m 已知运动阻力是车重的 0 005 倍 求机车的牵引力 例三 木块质量 m 8kg 在 F 4N 的水平拉力作用下 沿粗糙水平面从静止开始作匀加速直线运 动 经 t 5s 的位移 s 5m 取 g 10m s2 求 1 木块与粗糙平面间的动摩擦因数 2 若在 5s 后撤去 F 木块还能滑行多远 例四 长为 20 米的水平传输带以 2m s 的速度匀速运动 物体与传输带间的摩擦系数 u 0 1 物体从放上传输带 A 端开始 直到传输到 B 端所需时间为多少 例五 图中的 AB AC AD 都是光滑的轨道 A B C D 四点在同一竖直圆周上 其中 AD 是竖 直的 一小球从 A 点由静止开始 分别沿 AB AC AD 轨道滑下 B C D 点所用的时间分别为 tl t2 t3 则 A tl t2 t3 B tl t2 t3 C tl t2tl t2 三 连结体问题三 连结体问题 在研究力和运动的关系时 经常会涉及到相互联系的物体之间的相互作用 这类问题称为 连结体问题 连结体一般是指由两个或两个以上有一定联系的物体构成的系统 F AB F AB F V B A 用心 爱心 专心3 四 解连接体问题的基本方法 整体法与隔离法四 解连接体问题的基本方法 整体法与隔离法 当物体间相对静止 具有共同的对地加速度时 就可以把它们作为一个整体 通过对整体所受 的合外力列出整体的牛顿第二定律方程 当需要计算物体之间 或一个物体各部分之间 的相互作用力时 就必须把各个物体 或一个物体 的各个部分 隔离出来 根据各个物体 或一个物体的各个部分 的受力情况 画出隔离体的受力图 列出牛顿第二定律方程 许多具体问题中 常需要交叉运用整体法和隔离法 有分有合 从而可迅速求解 例一 如图所示 置于光滑水平面上的木块 A 和 B 其质量为 mA和 mB 当水平力 F 作用 于 A 左端上时 两物体一起作加速运动 其 A B 间相互作用力大小为 N1 当水平 力 F 作用于 B 右端上时 两物体一起做加速度运动 其 A B 间相互作用力大小为 N2 则以下判断中正确的是 A 两次物体运动的加速度大小相等 B N1 N2G GB B和和 G GA A G GB B时弹簧称的示数与时弹簧称的示数与 GAGA 的关系 的关系 超重和失重现象的运动学特征 V 的方向 V 的方向a 的方向视重 F 与 G 的大小关系现象 F G F G a gF 0 八 注意八 注意 1 超重和失重的实质 物体超重和失重并不是物体的实际重力变大或变小 物体 所受重力 G mg 始终存在 且大小方向不随运动状态变化 只是因为由于物体在竖直方向有加速度 从而使物体的视重变大变小 2 物体由于处于地球上不同地理位置而使重力 G 值略有不同的现象不属于超重和 失重现象 3 判断超重和失重现象的关键 是分析物体的加速度 要灵活运用整体法和隔离 法 根据牛顿运动定律解决超重 失重的实际问题 问题 问题 1 1 手提弹簧秤突然上升一段距离的过程中 有无超重和失重现象 手提弹簧秤突然上升一段距离的过程中 有无超重和失重现象 2 2 人突然站立 下蹲的过程中有无 失重现象 人突然站立 下蹲的过程中有无 失重现象 3 3 已调平衡的天平 在竖直方向变速运动的电梯中平衡会否被破坏 已调平衡的天平 在竖直方向变速运动的电梯中平衡会否被破坏 4 4 容器中装有水 在水中有一只木球 用一根橡皮筋将木球系在容器底部 在失重的条件 容器中装有水 在水中有一只木球 用一根橡皮筋将木球系在容器底部 在失重的条件 下 木球将要上浮一些还是要下沉一些下 木球将要上浮一些还是要下沉一些 5 5 两个木块叠放在一起 竖直向上抛出以后的飞行过程中 两个木块叠放在一起 竖直向上抛出以后的飞行过程中 若不计空气阻力 它们之间若不计空气阻力 它们之间 是否存在相互作用的弹力是否存在相互作用的弹力 为什么为什么 6 6 在超重 失重和完全失重的情况下 天平 杆秤 弹簧秤 水银气压计 水银温度计能 在超重 失重和完全失重的情况下 天平 杆秤 弹簧秤 水银气压计 水银温度计能 否正常工作否正常工作 7 7 完全失重时 能否用弹簧秤测量力的大小 完全失重时 能否用弹簧秤测量力的大小 例一 一个人在地面用尽全力可以举起 80kg 的重物 当他站在一个在竖直方向做匀变速运动的 升降机上时 他最多能举起 120kg 的重物 问 该升降机可能作什么运动 例二 一台起重机的钢丝绳可承受 1 4 104kg 的拉力 现用它来吊重 1 O 102kg 的货物 若使货物以 1 0m s2加速度上升 钢丝绳是否会断裂 例三 一台升降机的地板上放着一个质量为 m 的物体 它跟地面间的动摩擦因数为 可以认 为物体受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 一根劲度系数为 k 的弹簧 水平放置 左端跟物体相连 右端固定在竖直墙上 开始时弹簧的伸长 为 x 弹簧对物体有水平向右的拉力 求 升降