《牛顿第二定律的应用》课件3.ppt

1、第五节 牛顿第二定律的应用,1.牛顿第二定律给出了加速度与力、质量之间的定量关系： _.因此在已知受力的情况下可以结合_，解决 有关物体运动状态变化的问题；也可以在已知物体运动状态发 生变化的情况下，运用运动学公式求出物体的_，再结 合牛顿第二定律确定物体的受力情况.,运动学公式,加速度,2.两类基本问题,牛顿第二定律,(1)已知物体的受力情况，确定物体的运动情况.解题思路 是：已知物体的受力情况，根据_，求出物体的 _，再由物体的初始条件，根据_求出未 知量，从而确定物体的运动情况. (2)已知物体的运动情况，确定物体的受力情况.解题思路 是：根据物体的运动情况，利用 _求出 _，再根据_就

2、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,度系数等.,运动学公式,加速度,牛顿第二定律,加速度,运动学规律,3.用 30 N 的水平外力 F，拉一个静止放在光滑水平面上的 质量为 20 kg 的物体，力 F 作用 3 s 后消失，则第 5 s 末物体的,速度和加速度分别是(,),A.v4.5 m/s，a1.5 m/s2 B.v7.5 m/s，a1.5 m/s2 C.v4.5 m/s，a0 D.v7.5 m/s，a0 答案：C,4.(双选，2014 年广州天河区期末)如图 4-5-1 所示，一辆小 车在水平面上沿直线运动，车内悬挂的小球相对小车静止并与,竖直

3、方向成角，下列说法正确的是(,),A.小车一定向右做匀加速直线运动 B.小车的加速度大小为 gtan，方向向右,图 4-5-1,C.悬绳的拉力一定大于小球的重力 D.小球所受的合力方向一定向左,解析：以小球为研究对象，受力分析 如图 D12 所示. 根据牛顿第二定律得知,mgtan ma,图 D12,解得agtan ，方向水平向右，故B正确；一定，则加 速度 a 一定，汽车的加速度也一定，若车向右运动，则汽车向 右做匀加速运动，若车向左运动，则向左做匀减速运动.故 A 错,即悬绳的拉力一定大于小球的重力，故 C 正确；由图可知合力 方向向右，故 D 错误.,答案：BC,知识点 1 从受力情况确

4、定运动情况 在高速公路上行车，如果车辆发生故障，要停车检修，应 在离车 150 m 远的地方竖一警示牌.这是因为汽车在高速公路上 高速行驶，司机发现情况到采取刹车，须要有一定的反应时间， 对应有一段反应距离；汽车在刹车过程中受阻力 f 做匀减速直 线运动，则可通过_计算出其刹 车的加速度 a，再通过运动学公式计算出刹车 距离.若汽车的质量为 m，初速度为 v，则刹车,距离的表达式为_.,图 4-5-2,牛顿第二定律,1.基本处理思路,2.受力分析的依据,(1)力的产生条件是否存在，是受力分析的重要依据之一. (2)力的作用效果与物体的运动状态之间有相互制约的关 系，结合物体的运动状态分析受力情

5、况是不可忽视的. (3)由牛顿第三定律(力的相互性)出发，分析物体的受力情,况，可以化难为易.,3.受力分析的基本方法,(1)明确研究对象，即对谁进行受力分析. (2)把要研究的物体从周围物体中隔离出来.,(3)按顺序分析受力情况，画出力的示意图，其顺序为：重,力、弹力、摩擦力、其他力.,4.基本步骤,(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，,并画出物体的受力图.,(2)根据力的合成与分解的方法，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，求出物体的加速度.,(4)结合给定的物体运动的初始条件，选择运动学公式，求,出所需运动参量.,【例 1】 如图

6、4-5-3 所示，一个放置在水平台面上的木块， 其质量为2 kg，受到一个斜向下的、与水平方向成37角的推力 F10 N 的作用，使木块从静止开始运动，4 s 后撤去推力，若 木块与水平面间的动摩擦因数为 0.1.(取 g10 m/s2，sin 37 0.6，cos 370.8) (1)撤去推力 F 时木块的速度为多大？ (2)撤去推力 F 到停止运动过程中木块的 加速度为多大？,(3)木块在水平面上运动的总位移为多少？,图 4-5-3,解：(1)撤去力 F 之前，对木块受力分析如图 4-5-4 所示. 由牛顿第二定律得： 水平方向：Fcos 37fma1 竖直方向：FNmgFsin 37 又

7、有 fFN,解得 a12.7 m/s2,图 4-5-4,4 s 末的速度为 va1t2.7410.8 m/s.,(2)撤去 F 后，根据牛顿第二定律mgma2 a2g1 m/s2.,所以物块运动的总位移为 ss1s279.92 m.,【触类旁通】,1.(2014年江门一中期末)如图4-5-5 所示，一个质量 m2 kg 的物体置于水平面上，在 F10 N 的水平力作用下，由静止开 始沿水平面做匀加速直线运动，它们之间的动摩擦因数为 0.2， 物体运动的加速度是多大？4 s 内通过的距离是多少？第 4 s 内 通过的距离多大？,图 4-5-5,解：Nmg210 N20 N fN0.220 N4

8、N F 合Ff10 N4 N6 N,第 4 s 内通过距离 x10.5 m.,知识点 2 从运动情况确定受力情况 一位同学通过电视观看火箭发射时的情景.他听到现场总 指挥倒计时结束发出“点火”命令后，立刻用秒表计时.假设测 得火箭底部经过发射架顶端的时间是 4.8 s，如 果他想算出对火箭的推力，还需知道发射架高 度 h 和火箭的总质量 m.根据_推算,推算出推力的大小.,图 4-5-6,Fmgma,出加速度的大小，然后根据_可以,1.基本处理思路,2.解题的基本方法步骤,(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，,并画出物体的受力图；,(2)选择合适的运动学公式，求出物体的加速度

9、；,(3)根据牛顿第二定律列方程，求出物体所受的合外力； (4)根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力.,【例 2】 质量为 200 t 的机车从停车场出发，行驶 225 m 后，速度达到 54 km/h，此时，司机关闭发动机让机车进站，机 车又行驶了 125 m 才停在站上.设运动阻力不变，求机车关闭发 动机前所受到的牵引力.,解：机车关闭发动机前在牵引力和阻力共同作用下向前加 速；关闭发动机后，机车只在阻力作用下做减速运动.因加速阶 段的初末速度及位移均已知，故可由运动学公式求出加速阶段 的加速度，由牛顿第二定律可求出合力；在减速阶段初末速度 及位移已知，同理可以求出加速度，由牛顿第

10、二定律可求出阻 力，则由两阶段的力可求出牵引力.,a2 方向与 v1 方向相反. 由牛顿第二定律得,F 阻ma22105(0.9) N1.8105 N 由得机车的牵引力为 F 引2.8105 N.,【触类旁通】 2.(2013 北京东城期末)如图 4-5-7 所示为杂技“顶竿”表 演，一人站在地上，肩上扛一质量为 M 的竖直竹竿，竿上有一 质量为 m 的人可以看成质点，当此人沿着竖直竿以加速度 a 加,),速下滑时，竿对地面上的人的压力大小为( A.(Mm)gma B.(Mm)gma C.(Mm)g,D.(Mm)g,图 4-5-7,答案：A,解析：对竿上的人进行受力分析，受重力mg、摩擦力Ff

11、，有 mgFfma；所以 Ffm(ga)，竿对人有摩擦力，人对竿也有反作用力摩擦力，且大小相等，方向相反；对竿进行受力分析，受重力Mg、竿上的人对杆向下的摩擦力Ff、顶竿的人对竿的支持力FN，有MgFfFN，又因为竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律，得到FNMgFf(Mm)gma.故选A.,整体法和隔离法的应用,1.研究系统内部物体间的相互作用力应采用隔离法，研究,系统与外部的相互作用采用整体法更简便一些.,2.在连接体内各物体具有相同的加速度时，可先把这个连 接体当成一个整体，分析受到的外力及运动情况，利用牛顿第 二定律求出加速度，若要求连接体内各

12、种物体相互作用的内力， 则把物体隔离，对某个物体单独进行受力分析，再利用牛顿第 二定律对该物体列式求解.,3.受力分析和运动过程分析是解决动力学问题的前提.找到 加速度是解题的突破口，因此，解题时应抓住“加速度”这个 桥梁不放，确定过渡方向，学习中要通过具体问题的分析，熟 练掌握解题思路，提高解决实际问题的能力.,【例 3】 一人在井下站在吊台上，用如图 4-5-8 所示的定 滑轮装置拉绳把吊台和自己提升上来.图中跨过滑轮的两段绳 都认为是竖直的且不计摩擦.吊台的质量 m15 kg，人的质量为 M55 kg，运动时吊台向上的加速度是 a0.2 m/s2，求这时人 对吊台的压力.(取 g9.8

13、m/s2),图 4-5-8,解：选人和吊台组成的系统为研究对象，受力如图 4-5-9 所示，F 为绳的拉力，由牛顿第二定律有： 2F(mM)g(Mm)a 则拉力大小为：,图 4-5-9,再选人为研究对象，受力情况如图 4-5-10 所示，其中 FN 是吊台对人的支持力.由牛顿第二定律得： FFNMgMa 故 FNM(ag)F200 N 由牛顿第三定律知，人对吊台的压力,FN 大小为 200 N，方向竖直向下.,图 4-5-10,【触类旁通】 3.(双选，2014年广州天河区期末)如图 4-5-11 所示，上表面 水平的小车上放着一个物体，有一推力 F 作用在小车上，物体和,),小车保持相对静止

14、沿水平面运动，下列叙述中正确的是( 图 4-5-11 A.小车加速运动时，物体与小车间存在摩擦力 B.小车加速运动时，物体与小车间没有摩擦力 C.小车匀速运动时，物体与小车间存在摩擦力 D.小车匀速运动时，物体与小车间不存在摩擦力 答案：AD,牛顿第二定律中的临界问题,1.临界问题,(1)临界状态：在物体的运动状态变化的过程中，相关的一 些物理量也随之发生变化.当物体的运动变化到某个特定状态 时，有关的物理量将发生突变，该物理量的值叫临界值，这个 特定状态称之为临界状态.临界状态是发生量变和质变的转折 点.,(2)关键词语：在动力学问题中出现的“最大”、“最小”、 “刚好”、“恰能”等词语，一

15、般都暗示了临界状态的出现， 隐含了相应的临界条件.,(3)解题关键：解决此类问题的关键是对物体运动情况的正,确描述，对临界状态的判断与分析.,(4)常见类型：动力学中的常见临界问题主要有两类：一是 弹力发生突变时接触物体间的脱离与不脱离、绳子的绷紧与松 弛问题；一是摩擦力发生突变的滑动与不滑动问题.,2.解决临界值问题的两种基本方法,(1)以物理定理、规律为依据，首先找出所研究问题的一般 规律和一般解，然后分析和讨论其特殊规律和特殊解. (2)直接分析、讨论临界状态和相应的临界值，找出相应的,物理规律和物理量.,【例 4】 质量为 0.2 kg 的小球用细线吊在倾角为60 的斜面体的顶端，斜面体静止时，小球紧靠在斜面上，线与斜 面平行，如图 4-5-12 所示，不计摩擦，求在下列两种情况下， 细线对小球的拉力(取 g10 m/s2)： 图 4-5-12,解：小球与斜面体一起向右加速运动，当 a 较小时，小球 与斜面体间有挤压；当 a 较大时，小球将飞离斜面，只受重力 与绳子拉力作用.因此要先确定临界加速度 a0(即小球即将飞离 斜面，与斜面只接触无挤压时的加速度)，此时小球受