【同步】高中物理魯科版(2019)必修1：第5章習(xí)題課用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)兩類基本問題課件

第5章習(xí)題課:用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)兩類基本問題學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.掌握用牛頓運(yùn)動定律解決兩類問題。(科學(xué)思維)2.理解加速度是解決動力學(xué)問題的橋梁。(物理觀念)3.掌握解決動力學(xué)問題的基本思路和方法。(科學(xué)思維)重難探究·能力素養(yǎng)全提升學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)目錄索引

重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一從受力確定運(yùn)動情況情境探究一輛汽車在筆直的公路上以72

km/h的速度行駛,司機(jī)突然發(fā)現(xiàn)前方150

m處有一大石頭,便立即剎車使車輪抱死,車向前滑動。假設(shè)路面與車輪之間只有滑動摩擦,動摩擦因數(shù)為0.2,不考慮空氣阻力影響。(1)求出剎車2s后汽車的速度和滑行的路程。要點(diǎn)提示

設(shè)汽車的加速度為a,根據(jù)牛頓第二定律得μmg=ma,a=2

m/s2。根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式得汽車速度減到零用時t==10

s,2

s時的速度v=v0-at=16

m/s,s=v0t-at2=36

m。(2)本題屬于由物體的受力情況(滑動摩擦力使汽車減速)確定其運(yùn)動情況(求速度、位移)問題,通過解答本題,總結(jié)解決此類問題的思路。要點(diǎn)提示

通過分析物體的受力情況,根據(jù)牛頓第二定律求得加速度,然后又根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式求得速度、位移等。知識歸納1.從受力確定運(yùn)動情況已知物體的受力情況,根據(jù)牛頓第二定律求出物體的加速度,再通過物體的運(yùn)動學(xué)條件(初、末位置和初、末速度及運(yùn)動時間等),根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式求出物體的運(yùn)動情況。2.解題步驟(1)確定研究對象,對研究對象進(jìn)行受力分析,并畫出物體的受力分析圖。(2)根據(jù)力的合成與分解,求合力(包括大小和方向)。(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求加速度。(4)結(jié)合物體運(yùn)動的初始條件,選擇運(yùn)動學(xué)公式,求運(yùn)動學(xué)量——任意時刻的位移和速度,以及運(yùn)動時間等。3.流程

應(yīng)用體驗典例1

如圖所示,一固定不動的光滑斜面,傾角為θ,高為h。一質(zhì)量為m的物體從斜面的頂端由靜止開始滑下,求物體從頂端滑到底端所用的時間及滑到底端時速度的大小。點(diǎn)撥

解析

物體受力如圖所示,由牛頓第二定律得mgsin

θ=ma解得a=gsin

θ規(guī)律方法

應(yīng)用牛頓第二定律解題時求合力的方法(1)合成法:物體只受兩個力的作用產(chǎn)生加速度時,合力的方向就是加速度的方向,解題時要求準(zhǔn)確作出力的平行四邊形,然后運(yùn)用幾何知識求合力F合。反之,若知道加速度方向就知道合力方向。(2)正交分解法:當(dāng)物體受到兩個以上的力作用而產(chǎn)生加速度時,通常用正交分解法解答,一般把力正交分解為加速度方向和垂直于加速度方向的兩個分量。即沿加速度方向Fx=ma,垂直于加速度方向Fy=0。針對訓(xùn)練1如圖所示,一傾角θ=37°的斜面固定在水平地面上,一可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊從斜面的底端以初速度v0=10m/s沿斜面向上運(yùn)動且始終沒有離開斜面,已知滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,斜面上的點(diǎn)A到底端的距離L=4m,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2。求:(1)滑塊沿斜面上滑的加速度大小;(2)滑塊經(jīng)過A點(diǎn)的速度大小。(結(jié)果可以保留根式)解析

(1)滑塊沿斜面上滑過程中,根據(jù)牛頓第二定律可得mgsin

37°+μmgcos

37°=ma1解得a1=10

m/s2。由于mgsin

37°>μmgcos

37°,所以滑塊上滑到速度為零后會向下滑動,再一次經(jīng)過A點(diǎn)設(shè)滑塊上滑到速度為零時經(jīng)過的位移為s,滑塊下滑的加速度為a2,經(jīng)過A點(diǎn)根據(jù)牛頓第二定律有mgsin

37°-μmgcos

37°=ma2聯(lián)立解得vA2=2

m/s。探究二從運(yùn)動情況確定受力情境探究某一旅游景區(qū),建有一山坡滑草運(yùn)動項目。該山坡可看成傾角θ=30°的斜面,一名游客連同滑草裝置總質(zhì)量m=80

kg,他從靜止開始勻加速下滑,在時間t=5

s內(nèi)沿斜面滑下的位移s=50

m。(不計空氣阻力,g取10

m/s2)(1)游客連同滑草裝置在下滑過程中受到的摩擦力f的大小為多大?要點(diǎn)提示

由位移公式可得s=at2沿斜面方向,由牛頓第二定律得mgsin

θ-f=ma聯(lián)立并代入數(shù)值解得f=80

N。(2)本題屬于由物體的運(yùn)動情況(5s內(nèi)勻加速下滑50m)確定其受力情況(求摩擦力)問題,通過解答本題,總結(jié)解決此類問題的思路。

要點(diǎn)提示

通過分析物體的運(yùn)動情況,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式求得加速度,然后根據(jù)牛頓第二定律求得力的大小、方向等。知識歸納1.從運(yùn)動情況確定受力已知物體的運(yùn)動情況,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式求出物體的加速度,再根據(jù)牛頓第二定律求出物體所受的合外力,進(jìn)而知道物體受到其他力的情況。2.解題步驟(1)確定研究對象,對研究對象進(jìn)行受力分析,畫出力的示意圖;(2)選取合適的運(yùn)動學(xué)公式,求加速度a;(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求合外力;(4)根據(jù)力的合成與分解的方法,由合外力求所需的力。3.流程

應(yīng)用體驗典例2

民用航空客機(jī)的機(jī)艙除通常的艙門外還設(shè)有緊急出口,發(fā)生意外情況的飛機(jī)著陸后,打開緊急出口的艙門,會自動生成一個由氣囊組成的斜面,機(jī)艙中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上。若某型號的客機(jī)緊急出口離地面高度為4.0m,構(gòu)成斜面的氣囊長度為5.0m。要求緊急疏散時,乘客從氣囊上由靜止下滑到達(dá)地面的時間不超過2.0s(g取10m/s2),則:(1)乘客在氣囊上下滑的加速度至少為多大;(2)氣囊和下滑乘客間的動摩擦因數(shù)不得超過多少?解析

(1)由題意可知,h=4.0

m,l=5.0

m,t=2.0

s(2)在乘客下滑過程中,對乘客受力分析如圖所示

沿x軸方向有mgsin

θ-f=ma沿y軸方向有N-mgcos

θ=0答案

(1)2.5m/s2

(2)0.92規(guī)律方法

由運(yùn)動情況確定受力應(yīng)注意的兩點(diǎn)問題(1)由運(yùn)動學(xué)規(guī)律求加速度,要特別注意加速度的方向,從而確定合力的方向,不能將速度的方向和加速度的方向混淆。(2)題目中所求的力可能是合力,也可能是某一特定的力,均要先求出合力的大小、方向,再根據(jù)力的合成與分解求分力。針對訓(xùn)練2高速磁浮試驗樣車在某次試跑時,從車站由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動,樣車質(zhì)量為5.0×104kg,前進(jìn)4.8×103m時速度達(dá)到120m/s。(g取10m/s2)(1)求樣車加速過程中加速度的大小。(2)當(dāng)速度為100m/s時,樣車所受阻力的大小為車重的,求樣車此時所受牽引力的大小。解析

(1)根據(jù)速度—位移公式v2=2as(2)根據(jù)牛頓第二定律可得F-mg=ma解得F=1.5×105

N。答案

(1)1.5m/s2

(2)1.5×105

N探究三多過程問題分析情境探究游樂園內(nèi)有一種大型游戲機(jī)叫“跳樓機(jī)”。參加游戲的游客質(zhì)量為m,從離地面h高處由靜止釋放。忽略座椅與軌道間的摩擦力,讓人與座椅沿軌道下落t時間后,開始受到恒定阻力而立即做勻減速運(yùn)動,下落到地面時速度剛好減小到零。如果把上述復(fù)雜的運(yùn)動過程分為兩個簡單的過程,你認(rèn)為這兩個過程分別屬于已知運(yùn)動還是已知力的過程?你能提出哪些用牛頓定律和運(yùn)動學(xué)公式可解決的問題?(重力加速度為g)要點(diǎn)提示

第一個過程是已知力的過程,物體只受重力作用,做自由落體運(yùn)動。第二個過程是已知運(yùn)動的過程,已知物體的運(yùn)動時間和運(yùn)動距離,可以由運(yùn)動學(xué)公式求出加速度。第一個過程可以求出下落的加速度為多大和下落的高度為多少。第二個過程可以求得下落的加速度為多大和座椅給人的支持力為多大。知識歸納1.多過程問題:當(dāng)題目給出的物理過程較復(fù)雜,由多個過程組成時,要明確整個過程由幾個子過程組成,將過程合理分段,找到相鄰過程的聯(lián)系點(diǎn)并逐一分析每個過程。聯(lián)系點(diǎn):前一過程的末速度是后一過程的初速度,另外還有位移關(guān)系等。2.注意:由于不同過程中力發(fā)生了變化,所以加速度也會發(fā)生變化,所以對每一個過程都要分別進(jìn)行受力分析,分別求加速度。應(yīng)用體驗典例3

質(zhì)量m=2kg的物體靜止在水平面上,物體與水平面之間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,現(xiàn)在對物體施加如圖所示的力F,F=10N,θ=37°(sin37°=0.6),經(jīng)t1=10s后撤去力F,再經(jīng)一段時間,物體又靜止,g取10m/s2,則:(1)說明物體在整個運(yùn)動過程中經(jīng)歷的運(yùn)動狀態(tài)。(2)物體運(yùn)動過程中最大速度的大小是多少?(3)物體運(yùn)動的總位移大小是多少?解析

(1)當(dāng)力F作用時,物體做勻加速直線運(yùn)動,撤去力F時物體的速度達(dá)到最大值,撤去力F后物體做勻減速直線運(yùn)動。

(2)撤去力F前對物體受力分析如圖甲所示有Fsin

θ+N1=mg,Fcos

θ-f=ma1,f=μN(yùn)1,s1=,v=a1t1,聯(lián)立各式并代入數(shù)據(jù)解得s1=25

m,v=5

m/s。(3)撤去力F后對物體受力分析如圖乙所示有f'=μN(yùn)2=ma2,N2=mg,2a2s2=v2,代入數(shù)據(jù)得s2=2.5

m物體運(yùn)動的總位移s=s1+s2=27.5

m。乙

答案

(1)見解析

(2)5m/s

(3)27.5m規(guī)律方法

解決動力學(xué)問題的關(guān)鍵解決動力學(xué)問題時,受力分析和運(yùn)動情況的分析很重要,特別是對運(yùn)動過程較復(fù)雜的問題。分析時,一定要弄清楚整個過程中物體的加速度是否相同,若不同,必須分階段處理,加速度改變時的速度是前后過程聯(lián)系的橋梁。分析受力時,要注意前后過程中哪些力發(fā)生了變化,哪些力沒有發(fā)生變化。針對訓(xùn)練3如圖所示,ACD是一滑雪場示意圖,其中AC是長L=8m、傾角θ=37°的斜坡,CD段是與斜坡平滑連接的水平面。人從A點(diǎn)由靜止下滑,經(jīng)過C點(diǎn)時速度大小不變,又在水平面上滑行一段距離后停下。人與接觸面間的動摩擦因數(shù)μ均為0.25,不計空氣阻力,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)求人從斜坡頂端A滑至底端C所用的時間。(2)人在離C點(diǎn)多遠(yuǎn)處停下?解析

(1)人在斜坡上下滑時,受力分析如圖所示設(shè)人沿斜坡下滑的加速度為a,沿斜坡方向,由牛頓第二定律得mgsin

θ-f=maf=μN(yùn)垂直于斜坡方向有N-mgcos

θ=0由勻變速運(yùn)動規(guī)律得L=at2聯(lián)立以上各式得a=gsin

θ-μgcos

θ=4

m/s2t=2

s。(2)人在水平面上滑行時,水平方向只受到地面的摩擦力作用。設(shè)在水平面上人減速運(yùn)動的加速度為a',由牛頓第二定律得μmg=ma'設(shè)人到達(dá)C處的速度為v,則由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律得人在斜面上下滑的過程v2=2aL人在水平面上滑行時0-v2=-2a's聯(lián)立以上各式解得s=12.8

m。答案

(1)2s

(2)12.8m學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)123451.一個物體在水平恒力F的作用下,由靜止開始在一個粗糙的水平面上運(yùn)動,經(jīng)過時間t,速度變?yōu)関,如果要使物體的速度變?yōu)?v,下列方法正確的是(

)A.將水平恒力增加到2F,其他條件不變B.將物體質(zhì)量減小一半,其他條件不變C.物體質(zhì)量不變,水平恒力和作用時間都增為原來的2倍D.將時間增加到原來的2倍,其他條件不變D解析

由牛頓第二定律得F-μmg=ma,a=-μg,對比A、B、C三項,均不能滿足要求,故選項A、B、C均錯誤。由v=at得2v=a·2t,所以D項正確。123452.A、B兩物體以相同的初速度在同一水平面上滑動,兩個物體與水平面間的動摩擦因數(shù)相同,且mA=3mB,則它們所能滑行的距離sA、sB的關(guān)系為(

)A.sA=sB

B.sA=3sBC.sA=sB

D.sA=9sBA解析

根據(jù)牛頓第二定律知,兩物體加速度a=μg,且初速度相同,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式v2=2as,知s=,則sA=sB。故選A。123453.將一個物體以某一速度從地面豎直向上拋出,設(shè)物體在運(yùn)動過程中所受空氣阻力大小不變,則物體(

)A.剛拋出時的速度最大B.在最高點(diǎn)的加速度為零C.上升時間大于下落時間D.上升時的加速度等于下落時的加速度A12345解析

物體在運(yùn)動過程中所受空氣阻力大小不變,但是受空氣阻力的方向總與物體的速度方向相反,,所