人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用教课课件ppt

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基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、从受力确定运动情况 根据牛顿第二定律求加速度的关键如果已知物体的受力情况,可以根据牛顿第二定律求出物体的　　　　　,再通过　　　　的规律确定物体的运动情况。二、从运动情况确定受力 根据运动学规律求加速度的关键 如果已知物体的运动情况,根据运动学规律求出物体的　　　　,结合　　　　分析再根据牛顿第二定律求出力。 说明: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。三、解决动力学问题的关键对物体进行正确的受力分析和运动情况分析,并抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁——　　　　。 
情境链接 一位同学通过电视观看火箭发射,假设他测得火箭从点火到火箭底部经过发射架顶端的时间,如果他想算出对火箭的推力,那么(1)需要假设哪些条件?(2)还需要知道哪些数据?
提示 (1)由于要运用牛顿第二定律及运动学基本公式求解,所以要假设火箭及卫星总质量不变,假设运动是匀加速运动;(2)设火箭及卫星总质量为m,发射架高度为h,由牛顿第二定律有F-mg=ma, h= at2,解得F=mg+ ,则需要知道火箭的总质量和发射架的高度。
易错辨析(1)根据物体加速度的方向可以判断物体所受合力的方向。(　　)(2)根据物体加速度的方向可以判断物体受到的每个力的方向。(　　)(3)物体运动状态的变化情况与它的受力有关。(　　)
加速度的方向与合外力的方向相同,与每一个力的方向无关。
探究点一　从受力确定运动情况
玩滑梯是小孩非常喜欢的活动,如果滑梯的倾角为θ,一个小孩从静止开始下滑,小孩与滑梯间的动摩擦因数为μ,滑梯长度为L,怎样求小孩滑到底端的速度大小和需要的时间?
要点提示 首先分析小孩的受力,利用牛顿第二定律求出其下滑的加速度,然后根据公式v2=2ax和x= at2即可求得小孩滑到底端的速度大小和需要的时间。
1.解题步骤(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力分析图。(2)根据合成法或正交分解法,求合力(包括大小和方向)。(3)根据牛顿第二定律列方程,求加速度。(4)结合物体运动的初始条件,选择运动学公式,求运动学量——任意时刻的位移和速度,以及运动时间等。2.流程
【例1】 如图所示,固定在地面上的斜面足够长,其倾角为30°,一质量为1 kg的物块放在斜面底端,在平行于斜面向上F=10 N的力的作用下沿斜面向上运动,物块与斜面之间的动摩擦因数为 ,g取10 m/s2。(1)求2 s时物块的速度大小。(2)若2 s时撤去力F,求2 s后物块沿斜面向上运动的最远距离。 
解析 (1)物块受力分析如图甲所示,选沿斜面向上为x轴正方向,建立图示坐标系根据牛顿第二定律,沿x轴方向,有F-mgsin 30°-Ff1=ma1沿y轴方向,有FN-mgcs 30°=0又Ff1=μFN联立解得a1=2.5 m/s2物块沿斜面向上做匀加速直线运动,有v1=a1t=5 m/s。
(2)2 s时撤去力F,物块受力分析如图乙所示根据牛顿第二定律,沿x轴方向,有-mgsin 30°-Ff2=ma2沿y轴方向,有FN-mgcs 30°=0又Ff2=μFN联立解得a2=-7.5 m/s2物块沿斜面向上做匀减速直线运动,速度减为零时运动距离最远有 =2a2s,解得s=1.67 m。答案 (1)5 m/s　(2)1.67 m
方法技巧　应用牛顿第二定律解题时的两种方法(1)合成法:物体只受两个力的作用产生加速度时,合力的方向就是加速度的方向,解题时要求准确作出力的平行四边形,然后运用几何知识求合力 F合。反之,若知道加速度方向就知道合力方向。(2)正交分解法:当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时,通常用正交分解法解答。①分解力:把力正交分解为沿加速度方向和垂直于加速度方向的两个分量,即沿加速度方向Fx=ma,垂直于加速度方向Fy=0。②分解加速度:当物体所受力多数在两个相互垂直方向(如x、y方向)上,而加速度方向又在另一个方向上时,可以分解加速度,然后列方程Fx=max,Fy=may。
对点演练1.(2023湖北高一期末)如图所示,将小玻璃珠从A处沿着玻璃斜面以大小为1 m/s的速度向上弹出,经过1 s到达斜面底端B处,速度大小为2 m/s。若不计摩擦和空气阻力,规定沿斜面向上为正方向,关于玻璃珠的这段运动,下列等式正确的是(　　)A.末速度vB=2 m/sB.平均速度v= m/sC.速度变化量Δv=1 m/sD.沿斜面向上运动的最大位移x= m
解析 由题知,规定沿斜面向上为正方向,故末速度vB=-2 m/s,A错误;设斜面的倾角为θ,因不计摩擦和空气阻力,则玻璃珠受重力和支持力作用,根据牛顿第二定律有-mgsin θ=ma,解得a=-gsin θ,说明玻璃珠从A到B的过程中加速度保持不变,则可视为做匀变速直线运动,根据匀变速直线运动的推论,可得平均速度为 m/s=-0.5 m/s,故B错误;速度变化量Δv=-2 m/s-1 m/s =-3 m/s,故C错误;根据加速度的定义式,则加速度为 =-3 m/s2,则玻璃珠沿斜面向上运动的最大位移 ,故D正确。
探究点二　从运动情况确定受力
如图所示,小孩坐在雪橇上,一大人拉着雪橇沿水平面向右做直线运动。已知小孩与雪橇的总质量为m,雪橇与地面间的动摩擦因数为μ。若拉力F与水平方向成θ角,雪橇在位移x内速度由v0均匀增大到vt,则拉力F为多大?
1.解题步骤(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析,画出力的示意图;(2)选取合适的运动学公式,求加速度a;(3)根据牛顿第二定律列方程,求合力;(4)根据力的合成法或正交分解法,由合力求所需的力。2.流程
【例2】 在某一旅游景区,有山坡滑草运动项目。该山坡可看成倾角θ=30°的斜面,一名游客连同滑草装置总质量m=80 kg,他从静止开始匀加速下滑,在时间t=5 s内沿斜面滑下的位移x=50 m。不计空气阻力,g取10 m/s2。(1)求游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力大小Ff。(2)求滑草装置与草皮之间的动摩擦因数μ。(3)设游客连同滑草装置滑下50 m后进入水平草坪,滑草装置与水平草坪间的动摩擦因数也为μ,求游客连同滑草装置在水平草坪上滑行的最大距离。 
解析 (1)设在山坡上游客连同滑草装置的加速度为a1,则x= a1t2由牛顿第二定律可得mgsin θ-Ff=ma1联立可得Ff=80 N,a1=4 m/s2。(2)由μmgcs θ=Ff,可得μ= 。(3)设游客连同滑草装置刚到水平草坪时的速度为v,在水平草坪上的加速度大小为a2,则v=a1t=20 m/s,μmg=ma2,a2=μg= m/s2,v2=2a2x2,解得x2=100 m。
方法技巧　由运动情况确定受力应注意的两点问题(1)由运动学规律求加速度,要特别注意加速度的方向,从而确定合力的方向,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,也可能是某一特定的力,均要先求出合力的大小、方向,再根据力的合成与分解求分力。
对点演练2.(2023山东潍坊期末)质量为0.6 kg的物体静止在水平地面上。现有水平拉力F作用于物体上,2 s后撤去拉力F,物体运动的速度—时间图像如图所示。由以上信息可求得水平拉力F的大小为(　　)A.1.5 NB.2.1 NC.2.5 ND.3.0 N
解析 v-t图像的斜率代表加速度,减速阶段的加速度大小a1= m/s2,则阻力Ff=ma1,加速阶段的加速度大小a2= m/s2,根据牛顿第二定律F-Ff=ma2,联立以上各式得F=2.5 N,故选C。
1.(从受力确定运动)静止在水平地面上的小车,质量为5 kg,在50 N的水平拉力作用下做直线运动,2 s内匀加速前进了4 m,在这个过程中(g取10 m/s2)(　　)A.动摩擦因数为0.6B.摩擦力的大小为10 NC.小车加速度的大小是1 m/s2D.小车2 s末的速度是4 m/s
解析 小车做初速度为零的匀加速直线运动,根据x= at2,代入数据解得a=2 m/s2,故C错误;根据v=at,可得v=4 m/s,D正确;对小车应用牛顿第二定律得F-Ff=ma,代入数据解得Ff=40 N,B错误;根据Ff=μFN,可得μ=0.8,A错误。
2.(从运动确定受力)(2023上海奉贤高一期末)质量为2 kg的物体静置于地面上。用一竖直向上的拉力将物体在2 s时间内匀加速提升4 m,不计空气阻力,在此过程中拉力大小为(　　)A.4 NB.12 NC.20 ND.24 N
解析 依题意,根据x= at2可得,在此过程中物体的加速度大小为a= m/s2=2 m/s2,由牛顿第二定律,有F-mg=ma,代入相关数据求得,在此过程中拉力大小为F=24 N,故D正确。
3.(从运动确定受力)如图甲所示,将一电子健康秤置于水平的扶梯台阶上,实验员站在健康秤上相对健康秤静止。使电动扶梯由静止开始斜向上运动,整个运动过程可分为三个阶段,先加速、再匀速、最终减速停下,已知电动扶梯与水平方向夹角为37°,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,某次测量的三个阶段中电子健康秤的示数F随时间t的变化关系如图乙所示。
(1)求该次测量中实验员的质量m;(2)求该次测量中加速和减速过程中水平扶梯台阶对实验员的摩擦力。
解析 (1)3~6 s电梯匀速运动,实验员受力平衡,F=mg=600 N,得m=60 kg。(2)加速阶段,根据牛顿第二定律F1-mg=ma1sin 37°,Ff1=ma1cs 37°解得Ff1= N,方向水平向右减速阶段,根据牛顿第二定律mg-F2=ma2sin 37°,Ff2=ma2cs 37°解得Ff2=20 N,方向水平向左。答案 (1)60 kg　(2) N,方向水平向右　20 N,方向水平向左
4.(从受力确定运动)(2023山东济南期末)一个质量m=2 kg的物块静止在粗糙的水平地面上,用一个与水平方向夹角θ=37°、大小F=20 N的力拉动物块,如图所示。当力F作用了t=4 s后撤去。已知物块和地面之间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。求:
(1)撤去力F时物块的速度大小;(2)物块在地面上运动的总距离。