人教版高中物理必修第一冊(cè)第4章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用課件

第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系5.牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)合作探究·釋疑解惑課堂小結(jié)隨

堂

練

習(xí)課標(biāo)定位1.知道動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題及其特點(diǎn)。2.掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的基本思路和方法。素養(yǎng)闡釋通過應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決動(dòng)力學(xué)兩類基本問題,培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維。

自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)牛頓第二定律確定了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系,使我們能夠把物體的運(yùn)動(dòng)情況與受力情況聯(lián)系起來。兩類基本問題1.根據(jù)受力情況確定運(yùn)動(dòng)情況如果已知物體的受力情況,可以由牛頓第二定律求出物體的加速度,再通過運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律確定物體的運(yùn)動(dòng)情況。2.根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況確定受力情況如果已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求出物體的加速度,結(jié)合受力分析,再根據(jù)牛頓第二定律求出力。【思考討論】

1.判斷下列說法的正誤。(1)牛頓第二定律是運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)聯(lián)系的橋梁。(

)(2)由運(yùn)動(dòng)情況能確定受力情況,說明運(yùn)動(dòng)決定受力。(

)(3)同一個(gè)物體,其所受合外力越大,加速度越大,速度越大。(

)(4)物體的受力情況決定了物體如何運(yùn)動(dòng)。(

)提示:(1)√

(2)×

(3)×

(4)√2.某滑梯的傾角為θ,長(zhǎng)度為l。一個(gè)兒童從滑梯頂端由靜止開始下滑,已知兒童與滑梯間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,怎樣求兒童滑到底端的速度和需要的時(shí)間?提示:首先分析兒童的受力,利用牛頓第二定律求出其下滑到底端的速度和需要的時(shí)間。

3.一小球用細(xì)線吊于光滑斜面的頂點(diǎn),保持與斜面相對(duì)靜止。若斜面向右加速運(yùn)動(dòng),小球可能受幾個(gè)力?斜面向左加速運(yùn)動(dòng)呢?提示:斜面向右加速運(yùn)動(dòng),小球可能受三個(gè)力,也可能受兩個(gè)力。斜面向左加速運(yùn)動(dòng),小球可能受兩個(gè)力,也可能受三個(gè)力。

合作探究·釋疑解惑知識(shí)點(diǎn)一已知物體的受力情況,確定物體的運(yùn)動(dòng)情況問題引領(lǐng)如果高速公路上的汽車發(fā)生故障,要停車檢修,應(yīng)在離車150m遠(yuǎn)的地方豎一警示牌。這150m距離的依據(jù)參考了哪些因素?提示:由x=知,只要知道限速v和剎車時(shí)的加速度a即可,而a可通過汽車的受力情況和它的質(zhì)量求解。歸納提升1.解題思路求得運(yùn)動(dòng)情況:如x、v0、v、t等

2.解題步驟(1)確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,并畫出物體的受力圖。(2)根據(jù)力的合成與分解,求出物體所受的合力(包括大小和方向)。(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求出物體運(yùn)動(dòng)的加速度。(4)結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)的初始條件,選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)量——任意時(shí)刻的位移和速度,以及運(yùn)動(dòng)軌跡等。典型例題【例題1】

如圖所示,ABC為一簡(jiǎn)化的雪道模型,AB段為長(zhǎng)l=100m、傾角θ=26°的山坡雪道,BC段為水平雪道,AB與BC平滑相連。一位質(zhì)量m=80kg(含裝備)的滑雪者從山坡雪道頂端A處由靜止開始自由滑下,到達(dá)底端后進(jìn)入水平雪道。已知雪橇與水平雪道和山坡雪道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.1,忽略空氣阻力,g取10m/s2,sin26°=0.44,cos26°=0.90。(1)如果滑雪者沒有任何助力動(dòng)作。求:①滑雪者在山坡雪道下滑時(shí)的加速度大小a1;②為了使滑雪者利用雪橇與雪道間的摩擦停下來,水平雪道BC的長(zhǎng)度s至少為多長(zhǎng)。(2)為了能較快地停下,滑雪者在滑到山坡雪道上的P點(diǎn)時(shí),開始通過調(diào)整身體的動(dòng)作來增加空氣阻力直到B點(diǎn),進(jìn)入水平雪道后不再增加空氣阻力。若滑雪者在山坡雪道上增加的最大空氣阻力為人對(duì)雪道壓力的,進(jìn)入水平雪道后經(jīng)x2=26m停下,求滑雪者開始調(diào)整身體動(dòng)作的位置P與B的距離x1。答案:(1)①3.5m/s2

②350m

(2)40m解析:(1)①滑雪者在山坡雪道上受力如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律平行斜面方向mgsin

θ-Ff=ma1垂直斜面方向FN-mgcos

θ=0摩擦力Ff=μFN解得a1

=3.5

m/s2。②在山坡雪道上,根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律,有

滑雪者在水平雪道受摩擦力作用根據(jù)牛頓第二定律μmg=ma2解得s=350

m。

(2)在PB段滑雪者受力如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律平行斜面方向mgsin

θ-μmgcos

θ-0.9mgcos

θ=ma3從B到停下vB'2=2a2x2聯(lián)立以上各式解得x1=40

m?！咀兪接?xùn)練1】

為了使雨滴能盡快地淌離房頂,要設(shè)計(jì)好房頂?shù)男泵鎯A角,設(shè)雨滴沿房頂下淌時(shí)做無初速度無摩擦的運(yùn)動(dòng),那么如圖所示的四種情況中符合要求的是(

)答案:C解析:雨滴從房頂下淌時(shí)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)受力分析可知a=

gsin

θ。設(shè)房頂?shù)男泵鎯A角為θ,底邊為l,知識(shí)點(diǎn)二已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,確定物體的受力情況問題引領(lǐng)一位同學(xué)通過電視機(jī)觀看火箭發(fā)射的直播,他聽到現(xiàn)場(chǎng)指揮倒計(jì)時(shí)結(jié)束發(fā)出“點(diǎn)火”命令后,立刻用停表計(jì)時(shí),測(cè)得從火箭點(diǎn)火到火箭底部通過發(fā)射架頂端的時(shí)間是4.8s,如果不計(jì)空氣阻力,他想算出火箭受到的推力,還要知道哪些條件?提示:根據(jù)牛頓第二定律F-mg=ma,若想求得推力F,需知火箭的質(zhì)量和加速度,火箭的加速度可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式x=at2求得,即需要知道發(fā)射架的高度x和火箭通過發(fā)射架的時(shí)間t。綜上所述除了時(shí)間t已經(jīng)測(cè)得外,只需要知道火箭的質(zhì)量和發(fā)射架的高度,就可估算出火箭受到的推力。歸納提升1.基本思路2.解題步驟(1)確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)過程分析,并畫出受力圖和運(yùn)動(dòng)草圖。(2)選擇合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出物體的加速度。(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程,求物體所受的合力。(4)根據(jù)力的合成與分解的方法,由合力求出所需的力。典型例題【例題2】

如圖甲所示,質(zhì)量為0.5kg的物體受到與水平方向成37°的恒定拉力F的作用從靜止開始做直線運(yùn)動(dòng),一段時(shí)間后撤去拉力F,其運(yùn)動(dòng)的v-t圖像如圖乙所示,已知cos37°=0.8,sin37°=0.6,g取10m/s2,求:答案:(1)2m/s2

0.2

(2)7.2m/s2

5N(3)16.56m解析:(1)設(shè)撤去F時(shí)物體速度為v,由圖像知,v=7.2

m/s,分析撤去F后物體的運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律有μmg=ma2解得μ=0.2。(2)分析在力F作用下物體的運(yùn)動(dòng),受力如圖所示,由牛頓第二定律有Fcos

37°-Ff=ma1FN+Fsin

37°=mg又Ff=μFN由以上三式解得,F=5

N。(3)由v-t圖線與時(shí)間軸圍成的面積得位移大小為動(dòng)力學(xué)兩類問題的兩個(gè)分析:【變式訓(xùn)練2】

如圖所示,質(zhì)量為m=3kg的木塊放在傾角為θ=30°的足夠長(zhǎng)的固定斜面上,木塊可以沿斜面勻速下滑。若用沿斜面向上的力F作用于木塊上,使其由靜止開始沿斜面向上加速運(yùn)動(dòng),經(jīng)過t=2s時(shí)間木塊沿斜面上升4m,g取10m/s2,則推力F的大小為(

)A.42N B.6NC.21N D.36N答案:D課堂小結(jié)隨

堂

練

習(xí)1.(從運(yùn)動(dòng)情況確定受力)某氣槍子彈的出口速度為100m/s,氣槍的槍膛長(zhǎng)0.5m,子彈的質(zhì)量為20g,若把子彈在槍膛內(nèi)的運(yùn)動(dòng)看作勻變速直線運(yùn)動(dòng),則高壓氣體對(duì)子彈的平均作用力為(

)A.1×102N B.2×102N C.2×105N D.2×104N答案:B氣體對(duì)子彈的平均作用力F=ma=20×10-3×1×104

N=2×102

N。2.(從受力確定運(yùn)動(dòng)情況)同學(xué)們小時(shí)候都喜歡玩滑梯游戲,如圖所示,已知斜面的傾角為θ,斜面長(zhǎng)度為l,兒童與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,兒童可看成質(zhì)點(diǎn),不計(jì)空氣阻力,下列有關(guān)說法正確的是(

)A.兒童下滑過程中對(duì)斜面的壓力大小為mgB.兒童下滑過程中的加速度大小為gsin

θD.下滑過程中兒童所受摩擦力的大小為μmgcos

θ答案:D解析:在下滑過程中,兒童受重力mg,支持力FN=mgcos

θ,摩擦力Ff=μFN=μmgcos

θ,對(duì)兒童由牛頓第二定律有mgsin

θ-μFN

=ma,故a=gsin

θ-μgcos

θ=(sin

θ-μcos

θ)g,到達(dá)底端時(shí)的速度3.(多選)(動(dòng)力學(xué)圖像)粗糙的水平面上一物體在水平拉力作用下做直線運(yùn)動(dòng),水平拉力F及運(yùn)動(dòng)速度v隨時(shí)間變化的圖像如圖甲、乙所示,重力加速度g取10m/s2,則(

)A.前2s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的加速度為2m/s2B.前4s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的位移大小為8mC.物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1D.物體的質(zhì)量m為2kg答案:AC4.(多過程問題)在某段平直的鐵路上,一列以324km/h的速度高速行駛的列車某時(shí)刻開始勻減速行駛,5min后恰好停在某車站,并在該站停留4min,隨后勻加速駛離車站,經(jīng)8.1km后恢復(fù)到原速度324km/h。(1)求列車減速時(shí)的加速度大小。(2)若該列車總質(zhì)量為8.0×105kg,所受阻力恒為車重的,g取10m/s2,求列車駛離車站加速過程中牽引力的大小。(3)求列車從開始減速到恢復(fù)原速度這