人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用备课课件ppt

这是一份人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用备课课件ppt，共23页。PPT课件主要包含了物体在4s内的位移，加速度a，牛顿第二定律，物体受力情况，运动学公式，物体运动情况，基本思路，研究对象m，合力F，分析运动过程等内容，欢迎下载使用。
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？
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，要求判断出物体的运动状态或求出物体的速度、位移等。
处理这类问题的基本思路是：先分析物体受力情况求合力，据牛顿第二定律求加速度，再用运动学公式求所求量(运动学量)。
情境1 ：一个静止在水平地面的物体，质量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动，物体与地面间的摩擦力是4.2N。求物体在4s末的速度和4s内发生的位移。
分析：1.物体受到哪些力的作用？合力沿什么方向？大小为多少？
2.物体在这些力的作用下会怎样运动？
解：如图，对物体进行受力分析，取水平向右方向为坐标轴正方向。 FN = G F合 = F1 - F2 = 6.4N - 4.2N = 2.2N
物体在4s末的速度 v = at = 1.1×4m/s = 4.4m/s
由牛顿第二定律F合 = ma得 a = F合/m = 1.1m/s2
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).
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（如动摩擦因数等）。
情境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。
分析：1.滑雪者受到哪些力的作用？你能分析出合力的方向吗？
3.滑雪者运动的加速度为多大？方向呢？
2.如何建立直角坐标系？
解：如图所示，对人进行受力分析并建立直角坐标系，将重力正交分解，在与山坡垂直的方向，没有发生位移，没有加速度，所以 FN = Gy，F合 = Gx - Ff
由牛顿第二定律F合 = ma得：Gx - Ff= ma Ff = Gx – ma = mgsin300 - ma = 67.5N
(1)划分不同的运动过程，进行受力分析和运动特点分析。(2)应用运动学公式或者牛顿第二定律求出不同运动过程的加速度。(3)应用运动学公式求未知物理量或应用牛顿第二定律求未知力。
2.解题关键：求解运动转折点的速度。
情境3：滑沙游戏中，游戏者从沙坡顶部坐滑沙车呼啸滑下。为了安全，滑沙车上通常装有刹车手柄，游客可以通过操纵刹车手柄对滑沙车施加一个与车运动方向相反的制动力F，从而控制车速。为便于研究，作如下简化：游客从顶端A点由静止滑下8 s后，操纵刹车手柄使滑沙车摩擦变大匀速下滑至底端B点，在水平滑道上继续滑行直至停止。已知游客和滑沙车的总质量m＝70 kg，倾角θ＝37°，滑沙车底部与沙面间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，不计空气阻力。求：
(1)游客匀速下滑时的速度大小；(2)若游客在水平滑道BC段的最大滑行距离为16 m，则他在此处滑行时，需对滑沙车施加多大的水平制动力？
F1 F2 … Fn
v0 v t x
【例1】运动员把冰壶沿水平冰面投出，让冰壶在冰面上自由滑行，在不与其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按比赛规则，投掷冰壶运动员的队友，可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面，减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动。（1）运动员以 3.4 m/s 的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为 0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g 取 10 m/s2。 （2）若运动员仍以 3.4 m/s 的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行 10 m 后开始在其滑行前方摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的 90%，冰壶多滑行了多少距离？
解：（1）选择滑行的冰壶为研究对象。冰壶所受的合力等于滑动摩擦力 Ff 。设冰壶的质量为 m ，以冰壶运动方向为正方向建立一维坐标系，滑动摩擦力 Ff 的方向与运动方向相反，则Ff ＝ － µ1FN ＝ － µ1mg 根据牛顿第二定律，冰壶的加速度为 a1 ＝Ff /m＝－ µ1mg /m＝－ μ1g＝－ 0.02 ×10 m/s2 ＝－ 0.2 m/s2加速度为负值，方向跟 x 轴正方向相反。将 v0 ＝ 3.4 m/s，v ＝ 0 代入 v2 － v02 ＝ 2a1x1，得冰壶的滑行距离为 x1 ＝－ v02 / 2a1＝－ 3.4 2 / 2× (－ 0.2）m ＝ 28.9 m冰壶滑行了 28.9 m。
（2）设冰壶滑行 10 m 后的速度为 v10，则对冰壶的前一段运动有 v102 ＝ v02 ＋ 2a1x10冰壶后一段运动的加速度为a2 ＝－ µ2 g ＝－ 0.02×0.9×10 m/s2 ＝－ 0.18 m/s2滑行 10 m 后为匀减速直线运动，由 v2 －v102 ＝ 2a2 x2 ，v ＝ 0，得x2 ＝－ v102 / 2a2 ＝－ v02 / 2a2＋ 2a1x10 ＝3.42 / [－ 2×（－ 0.18）] m ＋ 2× (－ 0.2×10）m ＝ 21 m第二次比第一次多滑行了（10 ＋ 21 － 28.9）m ＝ 2.1 m第二次比第一次多滑行了 2.1 m。
【变式训练2】若该路段限速45km/h，测出刹车痕迹为14m，试着估算卡车是否超速？（测得轮胎与水泥地面的动摩擦因素为0.7）
【例2】 一质量为m＝2 kg的滑块在倾角为θ＝30°的足够长的斜面上在无外力F的情况下以加速度a＝2.5 m/s2匀加速下滑。如图所示，若用一水平向右的恒力F作用于滑块，使滑块由静止开始在0～2 s内沿斜面运动的位移x＝4 m。求：(g取10 m/s2)
(1)滑块和斜面之间的动摩擦因数μ；(2)恒力F的大小。
解析　(1)根据牛顿第二定律可得mgsin θ－μmgcs θ＝ma
(2)使滑块沿斜面做匀加速直线运动，有加速度方向沿斜面向上和沿斜面向下两种可能。
当加速度方向沿斜面向上时Fcs θ－mgsin θ－μ(Fsin θ＋mgcs θ)＝ma1
当加速度方向沿斜面向下时mgsin θ－Fcs θ－μ(Fsin θ＋mgcs θ)＝ma1
【针对训练2】在某段平直的铁路上，一列以324 km/h的速度高速行驶的列车某时刻开始匀减速行驶，5 min后恰好停在某车站，并在该站停留4 min，随后匀加速驶离车站，经8.1 km后恢复到原速度324 km/h。
(1)求列车减速时的加速度大小；(2)若该列车总质量为8.0×105 kg，所受阻力恒为车重的0.1，求列车驶离车站加速过程中牵引力的大小；(3)求列车从开始减速到恢复原速度这段时间内的平均速度大小。
【例3】 如图甲所示，质量为m＝1 kg的物体置于倾角为θ＝37°的固定斜面上(斜面足够长)，对物体施加平行于斜面向上的恒力F，作用时间t1＝1 s时撤去拉力，物体运动的部分v－t图像如图乙所示，取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，求：
(1)物体与斜面间的动摩擦因数和拉力F的大小；(2)t＝6 s时物体的速度；(3)物体沿斜面上升的最大高度。