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1、5牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用素养素养目目标定位定位课前前基基础认知知课堂堂重重难突破突破随随堂堂训练素养目标定位目目 标标 素素 养养1.会分析物体的受力情况会分析物体的受力情况,能结合物体的运动情况进行受力分能结合物体的运动情况进行受力分析析,培养分析解答实际问题的能力。培养分析解答实际问题的能力。2.能运用牛顿运动定律和运动学公式解决两类动力学问题。能运用牛顿运动定律和运动学公式解决两类动力学问题。3.掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法,培养科培养科学思维能力。学思维能力。知知识识概概览览 课前基础认知一、从受力确定运动情况一
2、、从受力确定运动情况如果已知物体的受力情况如果已知物体的受力情况,可以由牛顿第二定律求出物体的可以由牛顿第二定律求出物体的加速度加速度,再通过物体的运动学条件再通过物体的运动学条件(初、末位置和初、末速初、末位置和初、末速度及运动时间等度及运动时间等),根据运动学公式求出物体的运动情况。根据运动学公式求出物体的运动情况。微思考微思考1某同学设计了以下几种坡度的屋顶某同学设计了以下几种坡度的屋顶(房屋的宽度一房屋的宽度一定定),试分析哪一种排水效果最好试分析哪一种排水效果最好(水最快淌离屋顶水最快淌离屋顶)。二、从运动情况确定受力二、从运动情况确定受力如果已知物体的运动情况如果已知物体的运动情况
3、,根据运动学规律求出物体根据运动学规律求出物体的的加速度加速度,结合受力分析结合受力分析,再根据牛顿第二定律求出物体所再根据牛顿第二定律求出物体所受的受的合外力合外力,进而知道物体受到其他力的情况。进而知道物体受到其他力的情况。微思考微思考2一位同学通过电视机观看火箭发射的情景一位同学通过电视机观看火箭发射的情景,他听到他听到现场指挥倒计时结束发出现场指挥倒计时结束发出“点火点火”命令后命令后,立刻用停表计时立刻用停表计时,测测得火箭底部到达发射架顶端的时间为得火箭底部到达发射架顶端的时间为t,他想估算出火箭受到他想估算出火箭受到的推力的推力,试分析还要知道哪些条件。试分析还要知道哪些条件。(
4、不计空气阻力不计空气阻力)提示提示:根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律F-mg=ma,若想求得推力若想求得推力F,需要知道需要知道火箭的质量和加速度火箭的质量和加速度,火箭的加速度可以根据运动学火箭的加速度可以根据运动学公式公式求得求得,即需要知道发射架的高度即需要知道发射架的高度x。课堂重难突破一一根据根据受力情况确定运受力情况确定运动情况情况重难归纳1.解题思路。解题思路。说明说明:受力分析与运动过程分析是前提受力分析与运动过程分析是前提,牛顿第二定律和运牛顿第二定律和运动学公式是工具动学公式是工具,加速度是桥梁。加速度是桥梁。2.由受力情况确定运动情况的解题步骤。由受力情况确定运动情况的解
5、题步骤。(1)确定研究对象确定研究对象,对研究对象进行受力分析对研究对象进行受力分析,并画出物体的并画出物体的受力分析图。受力分析图。(2)根据力的合成与分解根据力的合成与分解,求合力求合力(包括大小和方向包括大小和方向)。(3)根据牛顿第二定律列方程根据牛顿第二定律列方程,求加速度。求加速度。(4)结合物体运动的初始条件结合物体运动的初始条件,选择运动学公式选择运动学公式,求运动学量求运动学量任意时刻的位移和速度任意时刻的位移和速度,以及运动时间等。以及运动时间等。3.注意问题。注意问题。(1)若物体受互成角度的两个力作用若物体受互成角度的两个力作用,可用平行四边形定则求可用平行四边形定则求
6、合力合力;若物体受三个或三个以上力的作用若物体受三个或三个以上力的作用,常用正交分解法求常用正交分解法求合力。合力。(2)用正交分解法求合力时用正交分解法求合力时,通常以加速度通常以加速度a的方向为的方向为x轴正方轴正方向向,建立直角坐标系建立直角坐标系,将物体所受的各力分解在将物体所受的各力分解在x轴和轴和y轴上轴上,根根据力的独立作用原理据力的独立作用原理,两个方向上的合力分别产生各自的加两个方向上的合力分别产生各自的加速度速度,解方程组解方程组Fx=ma,Fy=0。汽车在公路上行驶汽车在公路上行驶,试结合下述现象讨论试结合下述现象讨论,由物体的受力情由物体的受力情况确定其运动情况的思路是
7、怎样的况确定其运动情况的思路是怎样的?(1)汽车做匀加速运动汽车做匀加速运动;(2)汽车关闭油门滑行。汽车关闭油门滑行。提示提示:通过分析物体的受力情况通过分析物体的受力情况,根据牛顿第二定律求得加根据牛顿第二定律求得加速度速度,然后由运动学公式求出物体运动的位移、速度及时间然后由运动学公式求出物体运动的位移、速度及时间等。等。典例剖析【例【例1】在海滨游乐场里有一种滑沙的游乐活动。如图所在海滨游乐场里有一种滑沙的游乐活动。如图所示示,人坐在滑板上从斜坡的高处人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始滑下点由静止开始滑下,滑到斜滑到斜坡底端坡底端B点后沿水平的滑道再滑行一段距离到点后沿水平的滑道再
8、滑行一段距离到C点停下来。点停下来。若某人和滑板的总质量若某人和滑板的总质量m=60.0kg,滑板与斜坡滑道和水平滑滑板与斜坡滑道和水平滑道的动摩擦因数均为道的动摩擦因数均为=0.50,斜坡斜坡AB的长度的长度l=36m,斜坡的倾斜坡的倾角角=37 (sin37=0.6,cos37=0.8),斜坡与水平滑道间是平滑斜坡与水平滑道间是平滑连接的连接的,整个运动过程中空气阻力忽略不计整个运动过程中空气阻力忽略不计,重力加速度重力加速度g取取10m/s2。(1)人从斜坡顶端滑到底端的时间为多少人从斜坡顶端滑到底端的时间为多少?(2)人滑到水平面上后还能滑行多远人滑到水平面上后还能滑行多远?答案答案:
9、(1)6s(2)14.4m解析解析:(1)人在斜坡上下滑时人在斜坡上下滑时,受力如图所示。设人沿斜坡下受力如图所示。设人沿斜坡下滑的加速度为滑的加速度为a由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得mgsin-Ff=ma又又Ff=FN垂直于斜坡方向有垂直于斜坡方向有FN-mgcos=0解得解得a=2m/s2(2)设人滑到水平面时的速度为设人滑到水平面时的速度为v,则有则有v=at解得解得v=12m/s在水平面上滑行时在水平面上滑行时,设加速度为设加速度为a,根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律,有有mg=ma,解得解得a=5m/s2设还能滑行的距离为设还能滑行的距离为x,则则v2=2ax解得解得x=14.4m
10、。方法规律方法规律解决解决动力学问题做好两个动力学问题做好两个分析分析(1)受力分析受力分析:明确每个阶段的受力情况明确每个阶段的受力情况,力变化则加速度变化力变化则加速度变化,此时是运动的转折点此时是运动的转折点;明确加速度方向与合外力方向的对应明确加速度方向与合外力方向的对应关系。关系。(2)运动过程分析运动过程分析:明确整个过程中物体的加速度是否相同明确整个过程中物体的加速度是否相同,如如果不同果不同,则应该分段研究则应该分段研究,注意加速度改变时的瞬时速度既是注意加速度改变时的瞬时速度既是前一阶段的末速度前一阶段的末速度,也是后一阶段的初速度。也是后一阶段的初速度。学以致用1.如如图所
11、示图所示,质量质量m=2kg的物体静止在水平地面上的物体静止在水平地面上,物体与水物体与水平地面间的滑动摩擦力大小等于它们间弹力的平地面间的滑动摩擦力大小等于它们间弹力的,现对物体施现对物体施加一个大小加一个大小F=8N、与水平方向成、与水平方向成=37角斜向上的拉力角斜向上的拉力,已已知知sin37=0.6,cos37=0.8,g取取10m/s2。(1)画出物体的受力图画出物体的受力图,并求出物体的加速度。并求出物体的加速度。(2)求出物体在拉力作用下求出物体在拉力作用下5s末的速度大小。末的速度大小。(3)求出物体在拉力作用下求出物体在拉力作用下5s内通过的位移大小。内通过的位移大小。答案
12、答案:(1)见解析图见解析图1.3m/s2,方向水平向右方向水平向右(2)6.5m/s (3)16.25m解析解析:(1)对物体受力分析对物体受力分析,如图所示如图所示由牛顿第二定律可得由牛顿第二定律可得Fcos-Ff=maFsin+FN=mgFf=FN解得解得a=1.3m/s2,方向水平向右。方向水平向右。(2)v=at=1.35m/s=6.5m/s。二二根据根据运运动情况确定受力情况情况确定受力情况重难归纳1.解题思路。解题思路。2.解题步骤。解题步骤。(1)确定研究对象确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动过程分析对研究对象进行受力分析和运动过程分析,并画出受力图和运动草图。并画出受
13、力图和运动草图。(2)选择合适的运动学公式选择合适的运动学公式,求出物体的加速度。求出物体的加速度。(3)根据牛顿第二定律列方程根据牛顿第二定律列方程,求物体所受的合外力。求物体所受的合外力。(4)根据力的合成与分解的方法根据力的合成与分解的方法,由合力求出所需的力。由合力求出所需的力。右图是一运动员滑雪时的照片右图是一运动员滑雪时的照片,试结合下述现象讨论试结合下述现象讨论:由物由物体的运动情况确定其受力情况的思路是怎样的体的运动情况确定其受力情况的思路是怎样的?(1)知道在下滑过程中的运动时间知道在下滑过程中的运动时间;(2)知道在下滑过程中的运动位移。知道在下滑过程中的运动位移。提示提示
14、:先根据运动学公式先根据运动学公式,求得物体运动的加速度求得物体运动的加速度,比如比如v=v0+at,等等,再由牛顿第二定律求物体再由牛顿第二定律求物体的受力。的受力。典例剖析【例例2】一一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动运动,4s内通过内通过8m的距离的距离,此后关闭发动机此后关闭发动机,汽车又运动了汽车又运动了2s停止停止,已知汽车的质量已知汽车的质量m=2103kg,汽车运动过程中所受的阻汽车运动过程中所受的阻力大小不变力大小不变,求求:(1)关闭发动机时汽车的速度大小关闭发动机时汽车的速度大小;(2)汽车运动过程中所受到的阻力大小汽车
15、运动过程中所受到的阻力大小;(3)汽车牵引力的大小。汽车牵引力的大小。答案答案:(1)4m/s (2)4103N (3)6103N规律总结规律总结由由运动情况确定受力应注意的两点运动情况确定受力应注意的两点问题问题(1)由运动学规律求加速度由运动学规律求加速度,要特别注意加速度的方向要特别注意加速度的方向,从而确从而确定合力的方向定合力的方向,不能将速度的方向和加速度的方向混淆。不能将速度的方向和加速度的方向混淆。(2)题目中所求的力可能是合力题目中所求的力可能是合力,也可能是某一特定的力也可能是某一特定的力,均要均要先求出合力的大小、方向先求出合力的大小、方向,再根据力的合成与分解求分力。再
16、根据力的合成与分解求分力。学以致用2.如如图所示图所示,质量为质量为m=3kg的木块放在倾角为的木块放在倾角为=30的足够的足够长的固定斜面上长的固定斜面上,木块可以沿斜面匀速下滑。若用沿斜面向木块可以沿斜面匀速下滑。若用沿斜面向上的力上的力F作用于木块上作用于木块上,使其由静止开始沿斜面向上加速运动使其由静止开始沿斜面向上加速运动,经过经过t=2s时间时间,木块沿斜面上升木块沿斜面上升4m的距离的距离,则推力则推力F的大小为的大小为(g取取10m/s2)()A.42NB.6NC.21ND.36N答案答案:D解析解析:因木块能沿斜面匀速下滑因木块能沿斜面匀速下滑,由平衡条件知由平衡条件知mgsin=mgcos,所以所以=tan;当在推力作用下加速上滑时当在推力作用下加速上滑时,由运动学由运动学公式公式得得a=2m/s2,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F-mgsin-mgcos=ma,得得F=36N,选项选项D正确。正确。随堂训练1.假设汽车突然紧急制动后所受到的阻力的大小与汽车所受假设汽车突然紧急制动后所受到的阻力的大小与汽车所受的重力的大小差不多的重力的大小差不多,当汽车以当汽车以
