(2021新人教版)高中物理必修第一册4.5牛顿运动定律的应用ppt课件.pptx
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1、4.5 牛顿运动定律的应用 【生活实例生活实例】 为了尽量缩短停车时间,旅客按照 站台上标注的车门位置候车。列车进 站时总能准确地停靠在对应车门的位 置。这是如何做到的呢? 牛顿第二定律确定了运动和力的关系,使我们能够把物体的运 动情况与受力情况联系起来。因此,它在许多基础科学和工程技术 中都有广泛的应用。中学物理中我们只研究一些简单的实例。 一、一、 从受力确定运动情况从受力确定运动情况 二、从运动情况确定受力二、从运动情况确定受力 一、从受力确定运动情况一、从受力确定运动情况 已知已知物体受力情况确定运动情况,指的是在受力情况已知的条件下,物体受力情况确定运动情况,指的是在受力情况已知的条
2、件下, 要求判断出物体的运动状态或求出物体的速度、位移等要求判断出物体的运动状态或求出物体的速度、位移等。 基本基本思路:思路:先分析物体受力情况求合力,据牛顿第二定律求先分析物体受力情况求合力,据牛顿第二定律求加速度,加速度, 再再用运动学公式求所求量用运动学公式求所求量( (运动学量运动学量) )。 练练1. 1. 一一个静止在水平面上的物体,质量是个静止在水平面上的物体,质量是2kg,在,在6.4N的水平的水平 拉力作用下沿水平面向右运动,物体与水平地面间的滑动摩擦拉力作用下沿水平面向右运动,物体与水平地面间的滑动摩擦 力为力为4.2N。求物体。求物体4s4s末的速度和末的速度和4s4s
3、内的位移。内的位移。 F F 由牛顿第二定律可得由牛顿第二定律可得: : F - f= ma F - f= ma smsmatv/4 . 4/41 . 1 mmatx8 . 841 . 1 2 1 2 1 22 4s4s末的速度末的速度 4s4s内的位移内的位移 22 f6.4 4.2 /1.1 / 2 F am sm s m 解得 解:解: mgmg F FN N F F f f 如图,物体受力分析如图,物体受力分析 拓展一:拓展一:一个静止在水平地面上的物体,一个静止在水平地面上的物体,质量是质量是2Kg2Kg,在在6.46.4N N的拉力的拉力F F作作 用下沿水平地面向右运动。用下沿水
4、平地面向右运动。已知已知F F与水平地面的夹角为与水平地面的夹角为3 37 70 0,物体与地物体与地 面的动摩擦因数为面的动摩擦因数为0.20.25 5,求物体在,求物体在4 4s s末的速度和末的速度和4s4s内的位移。内的位移。 cos37=0.8cos37=0.8,g=10m/sg=10m/s2 2。 F F 3 37 70 0 解:物体受力分析如图所示解:物体受力分析如图所示 0.54 4/2.16/vatm sm s 4s4s末的速度末的速度 由牛顿第二定律,可得由牛顿第二定律,可得: : 2 cos-Fsin 0.54/ Fmg am s m () 解得: F Fcos- -F
5、FN N=ma=ma F FN N mgmg F F f f F FN N+F+Fsin=mg=mg 22 11 0.5444.32 22 xatmm 4s s内的位移内的位移 二、从运动情况确定受力二、从运动情况确定受力 已知物体运动情况确定受力情况,指的是在运动情况(知道三个运已知物体运动情况确定受力情况,指的是在运动情况(知道三个运 动学量)已知的条件下,要求得出物体所受的力或者相关物理量(如动动学量)已知的条件下,要求得出物体所受的力或者相关物理量(如动 摩擦因数等)。摩擦因数等)。 基本思路:基本思路:先分析物体的运动情况,据运动学公式求加速度,再在先分析物体的运动情况,据运动学公式
6、求加速度,再在 分析物体受力情况的基础上,用牛顿第二定律列方程求所求量分析物体受力情况的基础上,用牛顿第二定律列方程求所求量( (力力).). 例2、如图,一位滑雪者,人与装备的总质量为75 kg,以2 m/s 的初速度沿山坡匀加速直线滑下,山坡倾角为 30,在5 s的时间内滑下的路程为60 m。求滑雪者对雪面的压力及滑雪 者受到的阻力(包括摩擦和空气阻力),g取10 m/s2。 解解: :以滑雪者为研究对象。建立如图以滑雪者为研究对象。建立如图4.5-54.5-5所示所示 的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直 线运动。线运动。 根据匀变速直线运动根
7、据匀变速直线运动规律规律 其中其中 v v0 0 2 m/s 2 m/s,t t5s5s,x x60 m60 m,则则 根据根据牛顿第二定律牛顿第二定律 y y方向方向 x x方向方向 F FN Nmgmgcos cos 0 0 mgsinmgsinF Ff f mama 2 0 2 1 attvx 2 2 0 /4 )(2 sm t tvx a 得得F FN N mgmgcoscos F Ff f m m(gsingsina a) 其中,其中,m m 75 kg 75 kg, 30 30,则有,则有 F Ff f75 N75 N,F FN N650 N650 N 根据牛顿第三定律,滑雪者对雪
8、面的压力大小等于雪面对滑雪根据牛顿第三定律,滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪 者的支持力大小,为者的支持力大小,为 650 N 650 N,方向垂直斜面向下。滑雪者受到,方向垂直斜面向下。滑雪者受到 的阻力大小为的阻力大小为 75 N 75 N,方向沿山坡向上。,方向沿山坡向上。 拓展二:拓展二:滑雪者以滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直线冲上一倾角的初速度沿直线冲上一倾角 为为30的山坡,从刚上坡即开始计时,至的山坡,从刚上坡即开始计时,至3.8s末,滑雪末,滑雪 者速度变为者速度变为0。如果雪橇与人的总质量为。如果雪橇与人的总质量为m=80kg,求,求 雪橇与山坡之间的摩擦力为多少?
9、雪橇与山坡之间的摩擦力为多少?g=10m/s2 . f f mgmg F FN N 对滑雪者受力分析,如图所示对滑雪者受力分析,如图所示 t0 2 0 v =v +at 5.26/ t vv am s t 由运动学公式,得 联立,代入数据,解得联立,代入数据,解得Nf8 .20 解解: : 根据牛顿第二定律,可得根据牛顿第二定律,可得 0 fsin30mamg 牛顿运动定律牛顿运动定律的应用的应用 整体法与隔离法整体法与隔离法 采用整体法时不仅可以把几个物体作为整体,也可以把几个物理过 程作为一个整体。 采用整体法可以避免对整体内部进行繁锁的分析,常常使问题解 答更简便、明了。 一、整体法:在
10、研究物理问题时,把所研究的对象作为一个整体(不考一、整体法:在研究物理问题时,把所研究的对象作为一个整体(不考 虑内力)来处理的方法称为整体法。虑内力)来处理的方法称为整体法。 二、隔离法:把所研究对象从整体中隔离出来进行研究,最二、隔离法:把所研究对象从整体中隔离出来进行研究,最 终得出结论的方法称为隔离法。终得出结论的方法称为隔离法。 可以可以把整个物体隔离成几个部分来处理,也可以把整个过程把整个物体隔离成几个部分来处理,也可以把整个过程 隔离成几个阶段来处理,还可以对同一个物体,同一过程中不同隔离成几个阶段来处理,还可以对同一个物体,同一过程中不同 物理量的变化进行分别处理。物理量的变化
11、进行分别处理。 采用采用隔离物体法能排除与研究对象无关的因素,使事物的特隔离物体法能排除与研究对象无关的因素,使事物的特 征明显地显示出来,从而进行有效的处理。征明显地显示出来,从而进行有效的处理。 三三 解题方法:解题方法: 1 1. .若几个物体相对静止,或者加速度相同,可以用整体法计算。若几个物体相对静止,或者加速度相同,可以用整体法计算。 (1 1)已知外力求内力。)已知外力求内力。 先先整体分析,计算加速度,然后隔离分析计算内力。整体分析,计算加速度,然后隔离分析计算内力。 例例1 1、如、如图所示,在两块相同的竖直木板间,有质量均为图所示,在两块相同的竖直木板间,有质量均为m m
12、的四块相同的砖,用两个大小均为的四块相同的砖,用两个大小均为F F的水平力压木板,使砖静的水平力压木板,使砖静 止不动,则左边木板对第一块砖,第二块砖对第三块砖的摩止不动,则左边木板对第一块砖,第二块砖对第三块砖的摩 擦力分别擦力分别为(为( ) A A4mg4mg、2mg2mg B B2mg2mg、0 0 C C2mg2mg、mgmg D D4mg4mg、mgmg 【解析】设左、右木板对砖摩擦力为【解析】设左、右木板对砖摩擦力为f1f1,第,第 3 3块砖对第块砖对第2 2块砖块砖 摩擦为摩擦为f2f2,则对四块砖作整体有:,则对四块砖作整体有:2f1=4mg2f1=4mg, f1=2mgf
13、1=2mg。 对对1 1、2 2块砖平衡有:块砖平衡有:f1+f2=2mgf1+f2=2mg, f2=0f2=0,故,故B B正确。正确。 例例2 2、如、如图所示,重为图所示,重为8N8N的球静止在与水平面成的球静止在与水平面成37370 0角的光滑斜面上,角的光滑斜面上, 并通过定滑轮与重并通过定滑轮与重4N4N的物体的物体A A相连,光滑挡板与水平而垂直,不计滑轮相连,光滑挡板与水平而垂直,不计滑轮 的摩擦,绳子的质量,求斜面和挡板所受的压力(的摩擦,绳子的质量,求斜面和挡板所受的压力(sin37sin370 0=0.6=0.6)。)。 【解析】分别隔离物体【解析】分别隔离物体A A、球
14、,并进行受力分、球,并进行受力分 析,如图所示:析,如图所示: 由由平衡条件可得:平衡条件可得: T=4NT=4N Tsin37Tsin370 0+N+N2 2cos37cos370 0=8=8 N N2 2sin37sin370 0=N=N1 1+Tcos37+Tcos370 0 得得 N N1 1=1N=1N N N2 2=7N=7N。 (2 2)已知内力求外力。)已知内力求外力。 先先隔离分析计算加速度,然后整体分析,计算外力。隔离分析计算加速度,然后整体分析,计算外力。 2 2、若、若几个物体加速度不相同,用隔离法几个物体加速度不相同,用隔离法, ,分别对每个物体分析计算分别对每个物体
15、分析计算. . 例例3 3、如、如图所示,质量图所示,质量M=60kgM=60kg的人通过光滑的定滑轮用绳拉着的人通过光滑的定滑轮用绳拉着m= 20kgm= 20kg 的物体,当物体以加速度的物体,当物体以加速度a=5 m/sa=5 m/s2 2上升时,人对地面压力为上升时,人对地面压力为 (g=10m/sg=10m/s2 2) 牛顿运动定律牛顿运动定律的应用的应用 板块模型板块模型 1 1模型特点:模型特点: 上、下叠放两个物体,并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动上、下叠放两个物体,并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动 2 2建模指导建模指导 解此类题的基本思路:解此类题的基本
16、思路: (1 1)分析滑块和木板的受力情况,根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板)分析滑块和木板的受力情况,根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板 的加速度;的加速度; (2 2)对滑块和木板进行运动情况分析,找出滑块和木板之间的位移关系或)对滑块和木板进行运动情况分析,找出滑块和木板之间的位移关系或 速度关系,建立方程特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移速度关系,建立方程特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移. . 3 3两种位移关系:两种位移关系:(相对滑动的位移关系)(相对滑动的位移关系) 滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中,若滑块和滑板同向运滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中,
17、若滑块和滑板同向运 动,位移之差等于板长;反向运动时,位移之和等于板长动,位移之差等于板长;反向运动时,位移之和等于板长 L L 例1、质量质量为为M M2 kg2 kg、长为、长为L L的木板静止在光滑的水平面上,的木板静止在光滑的水平面上, 在木板左端放有质量为在木板左端放有质量为m m1 kg1 kg的铁块的铁块( (可视为质点可视为质点) )现给铁块施现给铁块施 加一水平拉力加一水平拉力F F4 N4 N,使铁块相对木板滑动,作用,使铁块相对木板滑动,作用t t1 s1 s后撤去后撤去 拉力,铁块恰好不掉下木板,求木板的长度拉力,铁块恰好不掉下木板,求木板的长度 L L的值的值( (已
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