高中物理 4.5《牛頓第二定律的應用》課件 粵教版必修1

1、物理：４．５《牛頓第二定律的應用》課件PPT）（粵教版必修1）,,牛頓第二定律的應用,一、動力學問題的分類,1、第一類：已知受力情況求運動情況即先由物體的受力情況求出合力，利用牛頓第 二 定律求出物體的加速度，再根據(jù)物體的初始條件利用運動學公式求出物體的運動情況----即任一時刻的位置、速度等2、第二類：已知運動情況求受力情況即先根據(jù)物體的運動情況，利用運動學公式求出物體的加速度，再由牛頓第二定律推斷或者求出物體的受力情況

2、 但不管哪一類問題，確定物體的加速度是解題的關鍵,,二、應用牛頓第二定律解題規(guī)律分析 題目類型及流程如下：,F合=ma,,a,,1、Vt=V0+at,,3、Vt2-V02=2as,,1、由左向右是已知力求運動狀態(tài)，可將V 、a、s、t中任何一個物理量作為未知量求解,2、由右向左是已知運動求受力情況，可將未知力F、m中任何一個物理量作為未知量求解,,,例題1：一個靜止在水平地面上的物體，質(zhì)量是2Kg，在6.4N的水平

3、拉力作用下沿水平地面向右運動，物體與水平地面間的滑動摩擦力是4.2N。求物體4s末的速度和4s內(nèi)發(fā)生的位移。,三.應用牛頓運動定律解題步驟：1、明確研究對象和研究過程； 2、分析受力情況、畫出受力示意圖； 3、分析運動情況、畫出運動過程示意圖； 4、應用F合=ma及運動學公式列方程解題。,,,例題：2．一靜止木箱質(zhì)量為m，與水平地面間的動摩擦因數(shù)為μ

4、，現(xiàn)用斜向右下方與水平方向成θ角的力F推木箱，求經(jīng)過t秒時木箱的速度。,水平 方向：F合=F1-f=Fcos -f=ma豎直方向：N=G+F2=G+Fsin f=µN Vt=V0+at=at,建立直角坐標系,X,Y,X方向：F合=F1-f=Fcos -f=maY方向：N=G+F2=G+Fsin

5、 f=µN Vt=V0+at=at,練習1、如圖，一質(zhì)量為m=5Kg的物體沿水平地面向左運動，物體與地面間的動摩擦因數(shù)為u=0.4，當物體向左的水平速度為v1=10m/s時，開始受到一個水平向右的拉力F=30N的作用。取g=10m/s2 ， 問（1）經(jīng)過多長時間物體的速度變?yōu)?m/s，向右運動？ （2）這段時間內(nèi)物體通過的位移是多大？,分析：物體水平向左運動時

6、，水平方向上受向右的滑動摩擦力和水平向右的拉力F而做勻減速直線運動，直到速度為0,由于水平向右 的拉力F＞umg=20N，物體再由靜止開始向右勻加速,直到速度達到題目中的要求為止。,解：在物體向左運動過程中，設其加速度為a1 則由牛頓第二定律a1 =（F+umg)/m=（30+0.4×5×10)/5=10m/s2 設物體向左運動速度減為0的時間為t1 則t1 = v1 / a1 =10/10s=1s物體

7、向左運動的位移為s1 s1 =v1t1 + a1t12 /2=10×1+（1/2)×（-10)×12 m=5 m 方向向左設物體向右的加速度為a2 則a2 =（F-umg)/m=（30-0.4×5×10）/5=2m/s2 設物體向右速度達到v2 =8m/s時，時間為t2 t2 = v2 /a2 =4s發(fā)生的位移為s2 =a2 t22 /2 =(1/2)×2&#

8、215;42 m=16m 方向向右所以物體速度由向左10m/s變?yōu)橄蛴?m/s，所用時間為t=t1 + t2 =1s+4s=5s在這5內(nèi)的位移是s= s1 -s2 =16m-5m=11m 方向向右,例３、一個滑雪的人，質(zhì)量m=75kg，以V0=2m/s的初速度沿山坡勻加速地滑下，山坡的傾角ß=300，在t=5s的時間內(nèi)滑下的路程s=60m，求滑雪人受到的阻力(包括滑動摩擦力和空氣阻力)。,思路：已知運動情況求受力。應

9、先求出加速度a，再利用牛頓第二定律F合=ma求滑雪人受到的阻力。,解：第一步求a因為V0=2m/s，s=60m，t=5s據(jù)公式求得a = 4m/s2,第二步求F合阻力要對人進行受力分析畫受力圖，如下,因為是勻加速滑下，所以加速度向下，速度向下,,X,,Y,,GY,,GX,練習2、質(zhì)量為5Kg的物體在與水平面成370角斜向右上方的拉力F的作用下，沿水平桌面向右做直線運動，經(jīng)過5m的距離，速度由4m/s變?yōu)?m/s，已知物體跟桌面間的

10、動摩擦因數(shù)u=0.1，求作用力F的大小.(g=10m/s2 sin370=3/5 cos370 =4/5 ),分析：此題的物理情景是物體在拉力F的作用下做勻加速直線運動，運動5m的路程，速度由4m/s增加到6m/s，是一個已知物體的運動狀態(tài)，求物體受力的問題。,解題步驟：1．確定研究對象，分析物體運動狀態(tài)此題的研究對象為物塊，運動狀態(tài)為勻加速直線運動2．由運動學公式求出物體的加速度由 v2t- v20 =2as 得a=(v

11、2t- v20 )/2s=(62 -42 )/(2×5)=2m/s2 3．由牛頓第二定律求物體所受的合外力 F合 =ma=5×2N=10N4．分析物體受力情況，建立直角坐標系，由力的合 成與分解求出F X方向 Fcos 370 -f=ma= F合 Y方向 N+Fsin 370 -mg=0 又 f=uN 聯(lián)立三式可得F=

12、17.6N,練習3.質(zhì)量為m＝4 kg的小物塊在一個平行于斜面的拉力F＝40N的作用下，從靜止開始沿斜面向上滑動，如圖8所示。已知斜面的傾角α＝37°，物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，斜面足夠長，力F作用5s后立即撤去，求：（1）前5 s內(nèi)物塊的位移大小及物塊在5 s末的速率； （2）撤去外力F后4 s末物塊的速度。,解 (1)分析受力情況畫受力圖,G,,X,建立直角坐標系,,Y,,GY,,GX,,解： (2)5s末

13、撤去F，物塊由于慣性仍向上滑行一定距離和一段時間。其受力如下：,,,,G,N,f,,,V,a,建立直角坐標系,,X,,Y,,GY,,GX,請計算物塊向上滑行的時間。（時間不足4S）則4S末，物塊已經(jīng)向下滑了。,物塊向下滑時，a的大小改變。V＝V0＋at(時間t應該是4s減去物塊上滑的時間,,注意：建立直角坐系的關鍵：X軸與加速度a同向。

14、 但不必 建立時也不用建立。,應用牛頓第二定律解題可分為兩類：一類是已知物體受力情況求解物體的運動情況;另一類是已知物體的運動情況求解物體的受力情況．但無論是哪一類習題，它們的解題關鍵都是求加速度，它們的解題方法都遵循基本規(guī)律,應用牛頓定律解題 的步驟為: 1、認真分析題意，建立物理圖景。明確已知量和所求量2、選取研究對象，所選取的對象可以是一個物體，也可以是幾個物體組成的系統(tǒng)（有關這一點我們以后再講解）3、對研究對象的受

15、力進行分析。利用力的合成與分解，求合力表達式方程或分力表達式方程。4、對研究對象的狀態(tài)進行分析，運用運動學公式，求得物體加速度表達式。5、根據(jù)牛頓第二定律F=ma，聯(lián)合力的合成、分解的方程和運動學方程組成方程組。6、求解方程組，解出所求量，若有必要對所求量進行討論。,牛頓第二定律的應用,——臨界問題,,你會嗎？,牛頓定律應用,在應用牛頓定律解決動力學問題中，當物體的加速度不同時，物體可能處于不同狀態(tài)，特別是題目中出現(xiàn)“最大”.“最

16、小”.“剛好”.“恰好”等詞語時，往往出現(xiàn)臨界現(xiàn)象——臨界問題1 解題關鍵：找出臨界狀態(tài)，確定臨界條件。2 常用方法：（1）假設法 （2）極限法,習題精選,例1 如圖所示，傾角為α的光滑斜面體上有一個小球m被平行于斜面 的細繩系于斜面上，斜面體放在水平面上。 1要使小球?qū)π泵鏌o壓力，求斜面體運動的加速度范圍，并說明其方向。 2要使小球?qū)K無拉力，且小球相對斜面靜止，求

17、斜面體運動的加速度范圍，并說明其方向。 3若已知α=60°，m=2kg,當斜面體以a=10m/s2向右做勻加速運動時，繩對小球的拉力多大？（g=10m/s2),,,,,,,m,α,,,,,,,,,,,,解（1）假設小球?qū)π泵鎰偤脹]壓力時，受力如圖甲， Tsinα-mg=0 Tcosα=ma0 a0=g.cotα 所以

18、斜面向右運動的加速度a≥gcotα時，小球?qū)π泵鏌o壓力 （2）假設小球?qū)K剛好無拉力時，受力如圖乙 a0=gtanα 方向水平向左 所以斜面向左運動的加速度 a=gtanα小球?qū)π泵鏇]壓力。,,,,,,,m,α,,,,,,,,,,,,,χ,y,mg 甲,T,,,,,,,,,,,,,,N,mg,,α,,（3）當小球?qū)π泵鎰偤脹]壓力時a0=gcotα= 而a=10m/s2＞a0

19、，此時小球以飄離斜面 如圖所示， Tsin β=ma Tcos β=mg解得T=20 β=45O,,,,,,α,,m,,,,,,,,mg,T,y,x,,β,跟蹤練習——,1 如下圖所示，一輛卡車后面用輕繩拖著質(zhì)量為m的物體A,A與地面之間的摩擦不計。 (1)當卡車以加速度a1=加速運動時，繩的拉力為則A對地面的壓力多大？ （2）當卡車的加速度a=g時，繩的拉力多大？,

20、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,解析:(1)對A受力分析如圖,T= ＜mg,N≠0Tcos α=ma1 cos α= α=530 N=mg－Tsinα= mg,,,,,,,,,,mg,T,α,N,(2)當車的加速度較大時，A將飄離地面，當車剛好離開地面時受力如a0=gcotα=0.75ga2=g＞a0，此時A已飄離地面 T= (mg)2+(ma2)2 T= 2

21、 mg,,,,,,,,,mg,T,α,,,,,,,例 2 一大木箱放在平板車的后面，到駕駛室的距離L=1.6m，木箱與車板間的動摩擦因數(shù)為µ=0.484，平板車一速度v0=22.0m/s勻速行駛，駕駛員突然剎車，使車均勻減速。為不讓木箱撞擊駕駛室，從開始剎車到完全停下，至少要經(jīng)過多少時間？（g=10m/s 2 提示: 剎車加速度過大時，木箱會在木板上向前滑動，這時車和木箱的加速度大小滿足a車＞a箱，因而，當車停下時，木箱還

22、向前滑動，兩者的v-t圖像如圖所示。,,,0,v,t,車,箱,平板車的加速度不能超過多大?,能否求出平板車剎車時最大制動力?,勻 速,加 速,加 速,減 速,減 速,,a車>am,,靜止,,,,,a車>a箱,靜止,,靜止,止,,,,V=22m/s,V1,解析:設車的加速度為a s車=v2/2a 木箱的加速度a木=μg s木

23、=v2/2 μg當木箱與車剛好不相撞時 s木= s車+L a車=5m/s2 t=v/ a車=4.4s,跟蹤練習2 小木箱abcd的質(zhì)量M=180g，高l=0.2m，其頂部離擋板E的豎直距離h=0.8m，在木箱內(nèi)放有一個質(zhì)量m=20g的小物體P（可視為質(zhì)點），通過輕細繩拉靜止木箱能向上運動，木箱與擋板E碰撞后，物體P不會和木箱頂ad相碰,求拉力FT的取值范圍(取g=10m/s2).