高考物理月刊專版-專題3-牛頓定律及其應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用課件

牛頓定律的應(yīng)用1.一、應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的一般步驟1、審題、明確題意，清楚物理過程；2、選擇研究對(duì)象，可以是一個(gè)物體，也可以是幾個(gè)物體組成的物體組；3、運(yùn)用隔離法對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，畫出受力的示意圖；4、建立坐標(biāo)系，一般情況下可選擇物體的初速度方向或加速度方向?yàn)檎较颉?、根據(jù)牛頓定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、題目給定的條件列方程；6、解方程，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析、檢驗(yàn)或討論。2.二、簡單連接體問題的處理方法在連接體問題中，如果不要求知道各個(gè)運(yùn)動(dòng)物體之間的相互作用力，并且各個(gè)物體具有大小和方向都相同的加速度，就可以把它們看成一個(gè)整體（當(dāng)成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)），分析受到的外力和運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度（或其他未知量）；如果需知道物體之間的相互作用力，就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來將內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力，分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，并分別應(yīng)用牛頓第二定律列出方程，隔離法和整體法是互相依存，互相補(bǔ)充的，兩種方法互相配合交替應(yīng)用，常能更有效地解決有關(guān)連接體的問題。3.三、牛頓第二定律的“五性”，A、“瞬時(shí)性”：牛頓第二定律表明了物體的加速度與物體所受合外力的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，a為某一瞬時(shí)的加速度，F(xiàn)即為該時(shí)刻物體所受的合力。B、“矢量性”：公式F=ma

是矢量式，任一瞬時(shí)，a的方向均與合外力方向相同，當(dāng)合外力方向變化時(shí)，a的方向同時(shí)變化，且任意時(shí)刻兩者方向均保持一致。C、“同一性”：牛頓第二定律的“同一性”有兩層意思:一是指加速度a相對(duì)于同一個(gè)慣性系，一般以大地參考系；二是指式中F、m、a三量必須對(duì)應(yīng)同一個(gè)物體或同一個(gè)系統(tǒng)。D、“同時(shí)性”：牛頓第二定律中F、a只有因果關(guān)系而沒有先后之分,F發(fā)生變化,a同時(shí)變化,包括大小和方向。E、“獨(dú)立性”：作用于物體上的每一個(gè)力各自產(chǎn)生的加速度都遵從牛頓第二定律，而物體的實(shí)際加速度則是每個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢量和。4.四、牛頓第二定律的適用范圍1、適用于慣性參考系[相對(duì)地面靜止或勻速運(yùn)動(dòng)(即加速度為零)的參考系]。2、適用于宏觀物體（相對(duì)分子、原子）低速運(yùn)動(dòng)（遠(yuǎn)小于光速）的情況。5.例1．（13分）如圖甲所示，一質(zhì)量為m的物體，靜止于動(dòng)摩擦因數(shù)為μ的水平地面上，現(xiàn)用與水平面成θ角的力F拉物體，為使物體能沿水平地面做勻加速運(yùn)動(dòng)，求F的取值范圍．有一同學(xué)解答如下：設(shè)物體運(yùn)動(dòng)的加速度為a，由圖乙知Fcosθ-μN(yùn)=ma⑴

Fsinθ+N=mg⑵要使物體做勻加速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)滿足a>0⑶你認(rèn)為這樣的解答是否完整？若認(rèn)為不完整，請(qǐng)作出完整的解答．由以上三式得mF甲F乙Nfθmgθ6.解答：此解答不完整，還缺少限制性條件由：Fsinθ+N=mg①得：N=mg–Fsinθ②因?yàn)椋篘≥0③所以：F≤mg/sinθ④還有Fcosθ-μN(yùn)=ma⑤即力F的取值范圍應(yīng)為FNfmgθ7.例2．如圖所示，一輛汽車A拉著裝有集裝箱的拖車B，以速度v1=30m/s進(jìn)入向下傾斜的直車道。車道每100m下降2m。為使汽車速度在s=200m的距離內(nèi)減到v2=10m/s,駕駛員必須剎車。假定剎車時(shí)地面的摩擦阻力是恒力,且該力的70％作用于拖車B，30％作用于汽車A。已知A的質(zhì)量m1=2000kg，B的質(zhì)量m2=6000kg。求汽車與拖車的連接處沿運(yùn)動(dòng)方向的相互作用力。取重力加速度g=10m/s2。AB8.解：汽車沿斜面作勻減速運(yùn)動(dòng),用a表示加速度的大小，有①用F表示剎車時(shí)的阻力，根據(jù)牛頓第二定律有②式中③設(shè)剎車過程中地面作用于汽車的阻力為f,根據(jù)題意④方向與汽車前進(jìn)方向相反；9.用fN表示拖車作用于汽車的力，設(shè)其方向與汽車前進(jìn)方向相同。以汽車為研究對(duì)象，由牛頓第二定律有⑤由②④⑤式得⑥由①③⑥式，代入數(shù)據(jù)得⑦題目10.例3．如圖所示，質(zhì)量為0.78kg的金屬塊放在水平桌面上，在與水平成37°角斜向上、大小為3.0N的拉力F作用下，以4.0m/s的速度向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)．已知sin37°=0.60，cos37°＝0.80，g取10m/s2．（1）求金屬塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)．（2）如果從某時(shí)刻起撤去拉力，則撤去拉力后金屬塊在桌面上還能滑行多遠(yuǎn)？Fm370解：取物體的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎?，由平衡條件有11.（2）由牛頓第二定律有或：設(shè)金屬塊撤去拉力后，在桌面上還能滑行的距離為s，則根據(jù)動(dòng)能定理有12.例4.放在水平地面上的一物塊，受到方向不變的水平推力F的作用，力F的大小與時(shí)間t的關(guān)系和物塊速度v與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示.取重力加速度g=10m/s2.試?yán)脙蓤D線求：（1）物塊在運(yùn)動(dòng)過程中受到滑動(dòng)摩擦力大小；（2）物塊在3~6s的加速度大??；（3）物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù).02

6t/sF/N936403

6t/sv/(ms-1

)936（1）由v-t圖象可知，物塊在6~9s內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng)，由F-t圖象知，6~9s的推力F3=4N故Ff=F3=4N①解:13.（2）由v-t圖象可知，3~6s內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng)，得a=2m/s2③（3）在3~6s內(nèi)，由牛頓第二定律有：F2–Ff

=ma④且Ff=μN(yùn)=μmg⑤由以上各式求得：m=1kg

μ=0.4⑥14.例5．曉晗同學(xué)覺得去新疆玩，最刺激的莫過于滑沙運(yùn)動(dòng)。當(dāng)曉晗蹲在滑沙板上從沙坡斜面的頂端由靜止沿直線下滑到達(dá)斜面底端時(shí)，速度為2v0。（1）若曉晗在斜面頂端被其他人推了一把，沿斜面以v0的初速度下滑，則曉晗到達(dá)斜面底端的速度多大?（2）曉晗估測到沙坡長L，約為坡高的2倍（即斜面傾角約30°),已知曉晗質(zhì)量為m，則曉晗沿沙坡下滑時(shí)所受的平均阻力約多大？15.

解：（1）設(shè)曉晗沿斜面做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a，斜面長為s，曉晗被人推一把后，到達(dá)斜面底端的速度為vt，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式得：①②③解得：（2）將L代入①式得畫出受力圖如圖示mgNfG1G2α根據(jù)牛頓第二定律得：F合＝G1－f＝ma而G1＝mgsinα解得：16.例6．（11分）如圖所示，長L=1.6m，質(zhì)量M=3kg的木板靜放在光滑水平面上，質(zhì)量m=1kg的小物塊放在木板的右端，木板和物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1.現(xiàn)對(duì)木板施加一水平向右的拉力F，取g=10m/s2，求：（1）使物塊不掉下去的最大拉力F；（2）如果拉力F=10N恒定不變，小物塊所能獲得的最大動(dòng)能.FMm17.解：（1）F最大的時(shí)物塊不掉下，必是物塊與木板具有共同的最大加速度a1，對(duì)物塊，最大加速度，對(duì)整體F=（M+m）a1=(3+1)×1

=4N

（2）木板的加速度由得物塊滑過木板所用時(shí)間物塊離開木板時(shí)的速度小物塊所能獲得的最大動(dòng)能18.例7.如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度。該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝了一個(gè)壓力傳感器a和b。用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量m=2.0kg的滑塊,滑塊可無摩擦滑動(dòng);兩彈簧的另一端分別壓在a、b上,其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出。當(dāng)彈簧作用在傳感器上的力為壓力時(shí),示數(shù)為正；當(dāng)彈簧作用在傳感器上的力為拉力時(shí),示數(shù)為負(fù).現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車上.汽車靜止時(shí),a、b的示數(shù)均為10N（取g=10m/s2

）。⑴若傳感器b的示數(shù)為14N，a的示數(shù)應(yīng)該是多少？⑵當(dāng)汽車以什么樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器b的示數(shù)為零？⑶若傳感器b的示數(shù)為-5N，車的加速度大小和方向如何？bamv19.⑴由題意知：Fa0=Fb0=kx0=10N，F(xiàn)b=k（x0+Δx）=14N解之得：ΔFb=kΔx=4N代入得：Fa=k（x0-Δx）=10N-4N=6N⑵傳感器b的示數(shù)為零時(shí)，ΔFb′=10N則Fa′=Fa0+ΔFb′=10N+10N=20N對(duì)m應(yīng)用牛頓第二定律得Fa′=ma得a=F/m=20/2.0m/s2=10m/s2加速度的方向向左。解：20.⑶若當(dāng)Fb′=-5N時(shí)，ΔFb″=15N則Fa″=Fa0+ΔFb″=10N+15N=25Nm受到的合力大小為此時(shí)m的加速度為：

a′=F/m=30/2m/s2=15m/s2方向向左。題目21.例8．如圖所示，物體從光滑斜面上的A點(diǎn)由靜止開始下滑，經(jīng)過B點(diǎn)后進(jìn)入水平面（設(shè)經(jīng)過B點(diǎn)前后速度大小不變），最后停在C點(diǎn)。每隔0.2秒鐘通過速度傳感器測量物體的瞬時(shí)速度，下表給出了部分測量數(shù)據(jù)。（重力加速度g＝10m/s2

）t(s)0.00.20.4…1.21.4…v(m/s)0.01.02.0…1.10.7…ABCα求:（1）斜面的傾角；（2）物體與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)；（3）t＝0.6s時(shí)的瞬時(shí)速度v。22.解：（1）由前三列數(shù)據(jù)可知物體在斜面上勻加速下滑時(shí)的加速度為由mgsin＝ma1，可得：＝30，（2）由后二列數(shù)據(jù)可知物體在水平面上勻減速滑行時(shí)的加速度大小為由mg＝ma2，可得：＝0.2，（3）設(shè)物體從0.4s起再經(jīng)過t到達(dá)斜面底端，由2＋5t＝1.1＋2（0.8－t），解得t＝0.1s，即物體在斜面上下滑的時(shí)間為0.5s，則t＝0.6s時(shí)物體在水平面上，其速度為v＝v1.2＋a2t＝2.3m/s。23.例9、質(zhì)量為M的平板長為L＝0.88m，在光滑的水平面上以速度v0向右勻速運(yùn)動(dòng)，在平板上方存在厚度d=2cm的“相互作用區(qū)域”(如圖中虛線部分所示),“相互作用區(qū)域”上方高h(yuǎn)=20cm處有一質(zhì)量為m的靜止物塊P.當(dāng)平板M的右端A經(jīng)過物塊P正下方的瞬時(shí),P無初速度釋放．物塊P以速度v1進(jìn)入相互作用區(qū)時(shí)，除重力之外，P立即受到一個(gè)豎直向上的恒力F．已知F=11mg，取重力加速度g=10m/s2，不計(jì)空氣阻力．試求:（1）物塊P下落至與平板剛接觸時(shí)的速度v2多大？（2）欲使物塊P不落到平板M上，平板速度v0應(yīng)不小于多少？v0相互作用區(qū)PmMdBhA第3頁24.解法一：（1）P先做自由落體運(yùn)動(dòng)，有：v12

=2gh①之后進(jìn)入相互作用區(qū)域，受向上的恒力F和重力作用，由牛頓第二定律得：F－mg＝ma，即：11mg－mg＝ma②

P物體做勻減速運(yùn)動(dòng)，有：v22

-v12

=－2a

d

③由①、②、③解得v2

=0第4頁25.(2)P先做自由落體運(yùn)動(dòng)過程，有進(jìn)入相互作用區(qū)做勻減速運(yùn)動(dòng)的末速為零，故有且a=10g⑥由式④、⑤、⑥解得t1

=0.2s

t2

=0.02s所以，P釋放后到與平板接觸經(jīng)歷的時(shí)間為t

=

t1+t2

=0.2s+0.02s

=0.22s欲使物塊P不落到平板M上，應(yīng)滿足v0t＞L，于是得：v0＞L/t＝0.88m/0.22s=4m/s.題目26.解法二：（1）對(duì)物塊P開始下落到