《2018高中物理 第四章 牛顿运动定律 4.6 用牛顿运动定律解决问题（一）2课件 新人教版必修1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018高中物理 第四章 牛顿运动定律 4.6 用牛顿运动定律解决问题（一）2课件 新人教版必修1.ppt（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6用牛顿运动定律解决问题(一)主题主题1 1 从受力确定运动情况从受力确定运动情况 研读教材研读教材自主认知自主认知已知物体的受力情况已知物体的受力情况, ,根据牛顿第二定律求出物体的根据牛顿第二定律求出物体的_,_,再通过再通过物体的运动学条件物体的运动学条件( (初、末位置和初、末速度及运动时间等初、末位置和初、末速度及运动时间等),),根据根据_求出物体的运动情况。求出物体的运动情况。加速度加速度运运动学公式动学公式合作探究合作探究核心归纳核心归纳如图所示如图所示, ,一个质量为一个质量为m m的物体从静止开始在斜向上的拉力的物体从静止开始在斜向上的拉力F F作用下作用下, ,在在动摩擦
2、因数为动摩擦因数为的粗糙水平面上加速运动。的粗糙水平面上加速运动。试结合上述情景试结合上述情景, ,讨论下列问题：讨论下列问题：(1)(1)如何确定物体运动的加速度如何确定物体运动的加速度? ?提示：提示：对物体受力分析如图对物体受力分析如图, ,根据水平方向的受力情况和牛顿第二定根据水平方向的受力情况和牛顿第二定律律F F合合=ma=ma确定物体的加速度确定物体的加速度a a。(2)(2)如何确定物体某时刻的运动情况如何确定物体某时刻的运动情况? ?提示：提示：根据运动学公式根据运动学公式, ,可确定某时刻运动的可确定某时刻运动的v v0 0,x,v,t,x,v,t等。等。(3)(3)由问题
3、由问题(1)(1)、(2)(2)得到的加速度在分析由受力情况确定运动情况的得到的加速度在分析由受力情况确定运动情况的过程中起到怎样的作用过程中起到怎样的作用? ?提示：提示：加速度是由物体受力情况确定运动情况的关键加速度是由物体受力情况确定运动情况的关键, ,起到了连接的起到了连接的桥梁作用。桥梁作用。【归纳总结】【归纳总结】从受力确定运动情况的分析流程从受力确定运动情况的分析流程过关小练过关小练即时应用即时应用1.(20151.(2015厦门高一检测厦门高一检测)A)A、B B两物体以相同的初速度滑到同一粗糙水两物体以相同的初速度滑到同一粗糙水平面上平面上, ,若两物体的质量若两物体的质量m
4、 mA AmmB B, ,两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相同同, ,则两物体能滑行的最大距离则两物体能滑行的最大距离x xA A与与x xB B相比为相比为( () )A.xA.xA A=x=xB B B.x B.xA AxxB BC.xC.xA AxxB B D. D.不能确定不能确定【解析】【解析】选选A A。由。由F Ff f=mg=ma=mg=ma得得a=g,a=g,故故A A、B B两物体的加速度相同两物体的加速度相同, ,又又据运动学公式据运动学公式v v0 02 2=2ax=2ax知知x= ,x= ,故两物体滑行的最大距离故两物体滑行的最大距离
5、x xA A=x=xB B, ,故故A A正正确。确。2.(20152.(2015宁波高一检测宁波高一检测) )如图所示如图所示, ,一个放置在水平面上的物块一个放置在水平面上的物块, ,质量质量为为2kg,2kg,受到一个斜向上的受到一个斜向上的, ,与水平方向成与水平方向成=30=30角的拉力角的拉力F=10NF=10N的作的作用用, ,从静止开始运动从静止开始运动, ,已知物块与水平面间的动摩擦因数为已知物块与水平面间的动摩擦因数为=0.1,g=0.1,g取取10m/s10m/s2 2。求：物块在。求：物块在5s5s末的速度和这末的速度和这5s5s内的位移。内的位移。【解题指南】【解题指
6、南】解答本题可按以下思路分析：解答本题可按以下思路分析：【解析】【解析】以物块为研究对象受力分析如图以物块为研究对象受力分析如图, ,将将F F正交分解正交分解F Fx x=Fcos30,F=Fcos30,Fy y=Fsin30=Fsin30由牛顿第二定律可得由牛顿第二定律可得水平方向：水平方向：Fcos-FFcos-Ff f=ma =ma 竖直方向：竖直方向：F FN N=mg-Fsin =mg-Fsin 又又F Ff f=F=FN N 联立联立可得可得a= 3.6m/sa= 3.6m/s2 2又由又由v=atv=at可得可得v=18m/s,v=18m/s,由由x= atx= at2 2可得
7、可得x=45mx=45m。答案：答案：18m/s18m/s45m45m3.3.总质量为总质量为m=75kgm=75kg的滑雪者以初速度的滑雪者以初速度v v0 0=8m/s=8m/s沿倾角为沿倾角为=37=37的斜面的斜面向上自由滑行向上自由滑行, ,已知雪橇与斜面间的动摩擦因数已知雪橇与斜面间的动摩擦因数=0.25,=0.25,假设斜面足假设斜面足够长够长,sin37=0.6,sin37=0.6,不计空气阻力。不计空气阻力。(1)(1)求滑雪者沿斜面上滑的最大距离。求滑雪者沿斜面上滑的最大距离。(2)(2)若滑雪者滑行至最高点后掉转方向向下自由滑行若滑雪者滑行至最高点后掉转方向向下自由滑行,
8、 ,求他滑到起点时求他滑到起点时的速度大小。的速度大小。【解析】【解析】(1)(1)上滑过程中上滑过程中, ,对人进行受力分析对人进行受力分析, ,如图所示如图所示, ,滑雪者受到重滑雪者受到重力力mgmg、支持力、支持力F FN N、摩擦力、摩擦力f f的作用的作用, ,设滑雪者的加速度为设滑雪者的加速度为a a1 1, ,根据牛顿第根据牛顿第二定律有二定律有mgsin+f=mamgsin+f=ma1 1,a,a1 1的方向沿斜面向下。的方向沿斜面向下。在垂直于斜面的方向有在垂直于斜面的方向有F FN N=mgcos=mgcos又摩擦力又摩擦力f=Ff=FN N由以上各式解得由以上各式解得a
9、 a1 1=g(sin+cos)=8m/s=g(sin+cos)=8m/s2 2滑雪者沿斜面向上做匀减速直线运动滑雪者沿斜面向上做匀减速直线运动, ,速度减为零时的位移为速度减为零时的位移为x=x=4m,=4m,即滑雪者上滑的最大距离为即滑雪者上滑的最大距离为4m4m。(2)(2)滑雪者沿斜面下滑时滑雪者沿斜面下滑时, ,对人进行受力分析对人进行受力分析, ,如图所示如图所示, ,滑雪者受到斜滑雪者受到斜面的摩擦力沿斜面向上面的摩擦力沿斜面向上, ,设加速度大小为设加速度大小为a a2 2, ,根据牛顿第二定律有根据牛顿第二定律有mgsin-f=mamgsin-f=ma2 2,a,a2 2的方
10、向沿斜面向下的方向沿斜面向下, ,在垂直于斜面的方向有在垂直于斜面的方向有FFN N=mgcos=mgcos又摩擦力又摩擦力f=Ff=FN N由以上各式解得由以上各式解得a a2 2=g(sin-cos)=4m/s=g(sin-cos)=4m/s2 2滑雪者沿斜面向下做初速度为零的匀加速直线运动滑雪者沿斜面向下做初速度为零的匀加速直线运动, ,滑到出发点时的滑到出发点时的位移大小为位移大小为4m,4m,此时滑雪者的速度大小为此时滑雪者的速度大小为答案：答案：(1)4m(1)4m (2) m/s(2) m/s【补偿训练】【补偿训练】1.1.用用30N30N的水平外力的水平外力F F拉一个静止在光
11、滑水平面上的质量为拉一个静止在光滑水平面上的质量为20kg20kg的物体的物体, ,力力F F作用作用3s3s后消失。则第后消失。则第5s5s末物体的速度和加速度分别是末物体的速度和加速度分别是( () )A.v=4.5m/s,a=1.5m/sA.v=4.5m/s,a=1.5m/s2 2 B.v=7.5m/s,a=1.5m/s B.v=7.5m/s,a=1.5m/s2 2C.v=4.5m/s,a=0 D.v=7.5m/s,a=0C.v=4.5m/s,a=0 D.v=7.5m/s,a=0【解析】【解析】选选C C。由牛顿第二定律得加速度。由牛顿第二定律得加速度a= =1.5m/sa= =1.5m
12、/s2 2, ,力力F F作用作用3s3s时速度大小为时速度大小为v=at=1.53m/s=4.5m/s,v=at=1.53m/s=4.5m/s,而力而力F F消失后消失后, ,其速度其速度不再变化不再变化, ,物体加速度为零物体加速度为零, ,故故C C正确。正确。2.2.如图所示如图所示, ,静止在水平地面上的玩具小鸭质量静止在水平地面上的玩具小鸭质量m=0.5kg,m=0.5kg,受到与水平面夹角为受到与水平面夹角为5353的恒定拉力的恒定拉力F F后后, ,玩具开始沿水平地面运动。若拉力玩具开始沿水平地面运动。若拉力F=4.0N,F=4.0N,经经过时间过时间t=2.0s,t=2.0s
13、,玩具移动距离为玩具移动距离为x=4.8m,x=4.8m,撤去拉力撤去拉力F F后后, ,玩具又向前滑行玩具又向前滑行一段距离一段距离, ,求：求：(sin53=0.8,cos53=0.6,g(sin53=0.8,cos53=0.6,g取取10m/s10m/s2 2) )(1)(1)运动过程中运动过程中, ,玩具的最大速度。玩具的最大速度。(2)(2)撤去拉力后撤去拉力后, ,玩具继续前进的距离。玩具继续前进的距离。【解析】【解析】(1)(1)由由x= ax= a1 1t t2 2, ,得得a a1 1= =代入数值得代入数值得a a1 1=2.4m/s=2.4m/s2 2运动过程中运动过程中
14、, ,玩具的最大速度为玩具的最大速度为v vmaxmax=a=a1 1t=4.8m/st=4.8m/s。(2)(2)施加拉力施加拉力F F时时, ,水平方向由牛顿第二定律知水平方向由牛顿第二定律知Fcos53-FFcos53-FN N=ma=ma1 1竖直方向竖直方向Fsin53+FFsin53+FN N=mg,=mg,联立解得联立解得=0.67=0.67撤去拉力后玩具的加速度撤去拉力后玩具的加速度a a2 2=g=6.7m/s=g=6.7m/s2 2滑行距离滑行距离x x2 2= =1.7m= =1.7m。答案：答案：(1)4.8m/s(1)4.8m/s(2)1.7m(2)1.7m【通法悟道
15、】【通法悟道】根据物体的受力情况确定运动情况问题的解题步骤根据物体的受力情况确定运动情况问题的解题步骤(1)(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分析对研究对象进行受力分析和运动分析, ,并画出物体并画出物体的受力示意图。的受力示意图。(2)(2)根据力的合成与分解的方法根据力的合成与分解的方法, ,求出物体所受的合外力求出物体所受的合外力( (包括大小和包括大小和方向方向) )。(3)(3)根据牛顿第二定律列方程根据牛顿第二定律列方程, ,求出物体的加速度。求出物体的加速度。(4)(4)结合给定的物体的运动的初始条件结合给定的物体的运动的初始条件, ,选择运动学公式
16、选择运动学公式, ,求出所需的求出所需的运动参量。运动参量。主题主题2 2 从运动情况确定受力从运动情况确定受力 研读教材研读教材自主认知自主认知已知物体的运动情况已知物体的运动情况, ,根据运动学公式求出物体的根据运动学公式求出物体的_,_,再根据牛再根据牛顿第二定律求出物体所受的顿第二定律求出物体所受的_,_,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。加速度加速度合外力合外力合作探究合作探究核心归纳核心归纳如图所示如图所示, ,一辆质量为一辆质量为m m的汽车在马路上以的汽车在马路上以v v0 0的速度正常行驶的速度正常行驶, ,突然发突然发现前方现前方x x处的红灯亮了
17、处的红灯亮了, ,司机应紧急刹车司机应紧急刹车, ,以防闯红灯。以防闯红灯。试结合上述情景试结合上述情景, ,讨论下列问题：讨论下列问题：(1)(1)如何确定汽车刹车的加速度如何确定汽车刹车的加速度? ?提示：提示：刹车过程末速度为刹车过程末速度为0,0,可根据运动学公式可根据运动学公式v v2 2-v-v0 02 2=2ax,=2ax,求得加速度求得加速度a a。(2)(2)如何确定汽车刹车过程中的受力情况如何确定汽车刹车过程中的受力情况? ?提示：提示：根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律F F合合=ma,=ma,可求得汽车刹车过程中所受合力的大可求得汽车刹车过程中所受合力的大小。小。(3)(
18、3)由问题由问题(1)(1)、(2)(2)得到的加速度在由运动情况确定受力情况过程中得到的加速度在由运动情况确定受力情况过程中起到怎样的作用起到怎样的作用? ?提示：提示：加速度是由运动情况确定受力情况的关键加速度是由运动情况确定受力情况的关键, ,起到了连接的桥梁起到了连接的桥梁作用。作用。【归纳总结】【归纳总结】1.1.分析由运动情况确定受力问题的思维程序：分析由运动情况确定受力问题的思维程序：2.2.加速度加速度a a是联系力和运动的桥梁：是联系力和运动的桥梁：(1)(1)牛顿第二定律公式牛顿第二定律公式(F=ma)(F=ma)和运动学公式和运动学公式( (匀变速直线运动公式匀变速直线运
19、动公式v=vv=v0 0+at,x=v+at,x=v0 0t+ att+ at2 2,v,v2 2-v-v0 02 2=2ax=2ax等等) )中中, ,均有一个共同的物理量均有一个共同的物理量加加速度速度a a。(2)(2)由物体的受力情况由物体的受力情况, ,用牛顿第二定律可求加速度用牛顿第二定律可求加速度, ,再由运动学公式再由运动学公式便可确定物体的运动状态及其变化便可确定物体的运动状态及其变化; ;反过来反过来, ,由物体的运动状态及其变由物体的运动状态及其变化化, ,用运动学公式可求加速度用运动学公式可求加速度, ,再由牛顿第二定律便可确定物体的受力再由牛顿第二定律便可确定物体的受
20、力情况。情况。3.3.动力学两类基本问题的思维程序图：动力学两类基本问题的思维程序图：【拓展延伸】【拓展延伸】解决由运动情况确定受力问题时应注意的关键点解决由运动情况确定受力问题时应注意的关键点(1)(1)已知运动求受力已知运动求受力, ,关键仍然是对研究对象进行正确的受力分析关键仍然是对研究对象进行正确的受力分析, ,只只不过是先根据运动学公式求出加速度不过是先根据运动学公式求出加速度, ,再根据牛顿第二定律求力罢了。再根据牛顿第二定律求力罢了。(2)(2)由运动学公式求加速度由运动学公式求加速度, ,要特别注意加速度的方向要特别注意加速度的方向, ,因为要根据加因为要根据加速度的方向确定合
21、外力的方向速度的方向确定合外力的方向, ,求解时不能将速度方向和加速度方向求解时不能将速度方向和加速度方向弄混淆。弄混淆。(3)(3)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, ,均要先求出均要先求出合力的大小、方向合力的大小、方向, ,再根据力的合成与分解求未知力。再根据力的合成与分解求未知力。过关小练过关小练即时应用即时应用1.(20151.(2015通州高一检测通州高一检测) )在空气阻力大小恒定的条件下在空气阻力大小恒定的条件下, ,小球从空中小球从空中下落下落, ,与水平地面相碰与水平地面相碰( (碰撞时间极短碰撞时间极短) )后
22、弹到空中某一高度。以向下后弹到空中某一高度。以向下为正方向为正方向, ,其速度随时间变化的关系如图所示其速度随时间变化的关系如图所示,g,g取取10m/s10m/s2 2, ,则以下结论则以下结论正确的是正确的是( () )A.A.小球弹起的最大高度为小球弹起的最大高度为1.0m1.0mB.B.小球弹起的最大高度为小球弹起的最大高度为0.45m0.45mC.C.小球弹起到最大高度的时刻小球弹起到最大高度的时刻t t2 2=0.80s=0.80sD.D.空气阻力与重力的比值为空气阻力与重力的比值为1515【解析】【解析】选选D D。小球下落过程中有。小球下落过程中有a a1 1= m/s= m/
23、s2 2= g,mg-f=ma= g,mg-f=ma1 1, ,解解得得f=mg-maf=mg-ma1 1= mg,= mg,故故 , ,故故D D正确正确; ;在小球弹起过程中有在小球弹起过程中有mg+f=mamg+f=ma2 2, ,解得解得a a2 2=12m/s=12m/s2 2, ,故小球上升的时间故小球上升的时间t= s= s=0.25s,t= s= s=0.25s,故故t t2 2=t=t1 1+t=0.75s,+t=0.75s,故故C C错误错误; ;根据图像可知小球弹起的最大高度根据图像可知小球弹起的最大高度h=30.25 m=0.375m,Ah=30.25 m=0.375m
24、,A、B B错误。错误。2.(20152.(2015南平高一检测南平高一检测) )物体静止在水平地面上物体静止在水平地面上, ,若给物体施一水平若给物体施一水平推力推力F,F,使其做匀加速直线运动使其做匀加速直线运动, ,物体与地面间的动摩擦因数为物体与地面间的动摩擦因数为0.4,0.4,物物体的质量为体的质量为10kg,10kg,在开始运动后的第在开始运动后的第6s6s内发生的位移为内发生的位移为11m,g11m,g取取10m/s10m/s2 2, ,求所施加的力求所施加的力F F的大小。的大小。【解析】【解析】设物体运动的加速度为设物体运动的加速度为a,a,则物体在第则物体在第6s6s内的
25、位移内的位移a= =2m/sa= =2m/s2 2, ,设物体受到的摩擦力为设物体受到的摩擦力为F Ff f, ,则则F Ff f=mg,F-F=mg,F-Ff f=ma,=ma,F=ma+mg=60NF=ma+mg=60N。答案：答案：60N60N3.3.如图所示如图所示, ,质量为质量为80kg80kg的物体放在安装在小车上的水平磅秤上的物体放在安装在小车上的水平磅秤上, ,小车小车沿斜面无摩擦地向下运动沿斜面无摩擦地向下运动, ,现观察到磅秤的读数只有现观察到磅秤的读数只有600N,600N,求：求：(1)(1)斜面的倾角斜面的倾角为多少为多少? ?(2)(2)物体对磅秤的静摩擦力为多少
26、物体对磅秤的静摩擦力为多少?(g?(g取取10m/s10m/s2 2) )【解题指南】【解题指南】本题可按以下思路进行分析：本题可按以下思路进行分析：【解析】【解析】(1)(1)对物体、磅秤和小车组成的整体应用牛顿第二定律得对物体、磅秤和小车组成的整体应用牛顿第二定律得(M+m)gsin=(M+m)a,(M+m)gsin=(M+m)a,解得解得a=gsin,a=gsin,隔离隔离M,M,对对M M在竖直方向上应用牛在竖直方向上应用牛顿第二定律顿第二定律, ,有有Mg-FMg-FN N=Masin,=Masin,即即Mg-FMg-FN N=Mgsin=Mgsin2 2代入数据解得代入数据解得si
27、n= ,sin= ,故故=30=30(2)(2)对对M M在水平方向上应用牛顿第二定律在水平方向上应用牛顿第二定律, ,有有f=Macos=Mgsincos=200 Nf=Macos=Mgsincos=200 N由牛顿第三定律知物体对磅秤的静摩擦力为由牛顿第三定律知物体对磅秤的静摩擦力为200 N200 N答案：答案：(1)30(1)30(2)200 N(2)200 N【补偿训练】【补偿训练】1.1.一个物体在水平恒力一个物体在水平恒力F F的作用下的作用下, ,由静止开始在一个粗糙的水平面上由静止开始在一个粗糙的水平面上运动运动, ,经过时间经过时间t t后速度变为后速度变为v v。如果要使
28、物体的速度变为。如果要使物体的速度变为2v,2v,下列方法下列方法正确的是正确的是( () )A.A.将水平恒力增加到将水平恒力增加到2F,2F,其他条件不变其他条件不变B.B.将物体的质量减小一半将物体的质量减小一半, ,其他条件不变其他条件不变C.C.物体的质量不变物体的质量不变, ,水平恒力和作用时间都增加到原来的水平恒力和作用时间都增加到原来的2 2倍倍D.D.将时间增加到原来的将时间增加到原来的2 2倍倍, ,其他条件不变其他条件不变【解析】【解析】选选D D。由牛顿第二定律得。由牛顿第二定律得F-mg=ma,F-mg=ma,所以所以a= -g,a= -g,对比对比A A、B B、C
29、 C三项三项, ,均不能满足要求均不能满足要求, ,故均错。由故均错。由v=atv=at得得2v=a2v=a2t,2t,所以所以D D项正确。项正确。2.2.如图所示如图所示, ,质量为质量为30kg30kg的雪橇和货物在与水平面成的雪橇和货物在与水平面成3030角的拉力作角的拉力作用下用下, ,沿水平面向右做直线运动。经沿水平面向右做直线运动。经0.5m,0.5m,速度由速度由0.6m/s,0.6m/s,均匀地减至均匀地减至0.4m/s0.4m/s。已知雪橇与地面间的动摩擦因数。已知雪橇与地面间的动摩擦因数=0.2,=0.2,求作用力求作用力F F的大小。的大小。【解析】【解析】规定水平向右
30、为正方向规定水平向右为正方向, ,由题意可知由题意可知v v0 0=0.6m/s,v=0.6m/s,vt t=0.4m/s,=0.4m/s,由由v vt t2 2-v-v0 02 2=2ax=2ax得雪橇做匀减速运动的加速度得雪橇做匀减速运动的加速度a= m/sa= m/s2 2=-0.2m/s=-0.2m/s2 2, ,负号表示加速度方向水平向左。负号表示加速度方向水平向左。对雪橇受力分析如图所示对雪橇受力分析如图所示, ,由牛顿第二定律知由牛顿第二定律知, ,水平方向上有水平方向上有Fcos-f=ma Fcos-f=ma 竖直方向上有竖直方向上有F FN N+Fsin-mg=0 +Fsin
31、-mg=0 f=Ff=FN N 联立联立式并整理后可得式并整理后可得答案：答案：54.66N54.66N【通法悟道】【通法悟道】根据物体的运动情况确定其受力情况问题的解题步骤根据物体的运动情况确定其受力情况问题的解题步骤(1)(1)确定研究对象。确定研究对象。(2)(2)分析物体的运动情况分析物体的运动情况, ,应用运动学公式求出物体的加速度。应用运动学公式求出物体的加速度。(3)(3)根据牛顿第二定律列方程根据牛顿第二定律列方程, ,求出物体所受的合外力。求出物体所受的合外力。(4)(4)分析物体的受力情况分析物体的受力情况, ,画出受力示意图。画出受力示意图。(5)(5)根据力的合成与分解根据力的合成与分解, ,由合力求出所要求的力。由合力求出所要求的力。
