物理必修 第一册5 牛顿运动定律的应用课文配套课件ppt

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1．知道什么是已知物体的受力情况确定物体的运动情况。2．知道什么是已知物体的运动情况确定物体的受力情况。3．掌握应用牛顿运动定律和运动学公式解决问题的基本思路和方法。
1．牛顿第二定律确定了______和____的关系，使我们能够把物体的运动情况和__________联系起来。2．如果已知物体的受力情况，可以由______________求出物体的加速度，再通过______________确定物体的运动情况。
探究重构·关键能力达成
知识点一　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。
问题1　小孩在下滑过程中受哪些力的作用？
提示：小孩受重力、滑梯的支持力和滑梯的摩擦力作用。
问题2　如何计算小孩下滑过程中的加速度？
提示：利用牛顿第二定律求出其下滑的加速度。
问题3　怎样求小孩滑到底端的速度和需要的时间？
【典例1】　如图所示，在海滨游乐场里有一种滑沙运动。某人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始滑下，滑到斜坡底端B点后，沿水平的滑道再滑行一段距离到C点停下来。若人和滑板的总质量m＝60.0 kg，滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因数均为μ＝0.5，斜坡的倾角θ＝37°(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)，斜坡与水平滑道间是平滑连接的，整个运动过程中空气阻力忽略不计，重力加速度g取10 m/s2。
(1)人从斜坡上滑下的加速度为多大？(2)若由于场地的限制，水平滑道BC的最大长度L＝20.0 m，则斜坡上A、B两点间的距离应不超过多少？
[解析]　(1)人和滑板在斜坡上的受力分析如图所示，建立直角坐标系。设人和滑板在斜坡上滑下的加速度大小为a1，由牛顿第二定律得mg sin θ－Ff＝ma1FN－mg cs θ＝0，其中Ff＝μFN联立解得人和滑板滑下的加速度大小为a1＝g(sin θ－μcs θ)＝2.0 m/s2。
[答案]　(1)2.0 m/s2　(2)50.0 m
[母题变式]上例中，若人坐在滑板上从底端B处向斜坡上冲去，如果vB′＝20 m/s，则冲上斜坡的最大距离是多少？
提示：设上坡时加速度大小为a3，由牛顿第二定律得mg sin θ＋Ff＝ma3，解得a3＝g( sin θ＋μcs θ )＝10 m/s2，由vB′2＝2a3x解得x＝20 m。
规律方法　从受力分析确定运动情况的解题步骤(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力图。(2)根据力的合成与分解，求出物体所受的合外力(包括大小和方向)。(3)根据牛顿第二定律列方程，求出物体运动的加速度。(4)结合物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需求的运动学参量－－任意时刻的位移和速度，以及运动轨迹等。
[跟进训练]1．如图所示，质量m＝15 kg的木箱静止在水平地面上，木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.2。现用F＝60 N的水平恒力向右拉动木箱(g取10 m/s2)。求：(1)3 s时木箱的速度大小。(2)木箱在2 s内的位移大小。
[答案]　(1)6 m/s　(2)4 m
如果已知物体的运动情况，根据____________求出物体的加速度，再根据______________求出力。
知识点二　根据运动情况确定受力
世界一级方程式锦标赛(简称为F1)是当今世界最高水平的赛车比赛，与奥运会、世界杯足球赛并称为“世界三大体育”。F1赛车可以在2.5 s内从0加速到100千米/小时，F1赛车比赛规则规定赛车和车手的总质量不可低于600 kg(可认为等于600 kg)。
问题1　根据上述数据计算加速度是多少。
问题2　若均不考虑车子运动时的阻力，F1赛车的牵引力为多少。
提示：根据牛顿第二定律可计算牵引力F＝ma＝6 660 N。
1．问题界定根据物体运动情况确定受力情况，指的是在物体的运动情况(如物体的运动性质、速度、加速度或位移)已知的条件下，要求得出物体所受的力。
2．从运动情况确定受力的基本思路分析物体的运动情况，由运动学公式求出物体的加速度，再由牛顿第二定律求出物体所受的合外力；再分析物体的受力，求出物体受到的作用力。流程图如下：
【典例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。
规律方法　从运动情况确定受力情况的解题步骤(1)确定研究对象，对物体进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图。(2)选择合适的运动学公式，求出物体的加速度。(3)根据牛顿第二定律列方程，求出物体所受的合力。(4)选择合适的力的合成与分解的方法，由合力和已知力求出待求的力。
[跟进训练]2．一质量为m＝2 kg的滑块在倾角θ＝30°的足够长的固定斜面上在无外力F的情况下以加速度a＝2.5 m/s2匀加速下滑。若用一水平向右的恒力F作用于滑块，如图所示，使滑块由静止开始沿斜面向上做匀加速运动，在0～2 s时间内沿斜面向上运动的位移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。
1．物体放在光滑水平面上，在水平恒力F作用下由静止开始运动，经时间t通过的位移是x。如果水平恒力变为2F，物体仍由静止开始运动，经时间2t通过的位移是(　　)A．x　　　B．2x　　　C．4x　　　D．8x
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2．如图所示，质量为m＝3 kg 的木块放在倾角为θ＝30°的足够长的固定斜面上，木块可以沿斜面匀速下滑。若用沿斜面向上的力F作用于木块上，使其由静止开始沿斜面向上加速运动，经过t＝2 s时间木块沿斜面上升4 m的距离，则推力F的大小为(g取10 m/s2)(　　)A．42 N　　　B．6 N　　　C．21 N 　　　D．36 N
3．在科技创新活动中，小华同学根据磁铁同性相斥原理设计了用机器人操作的磁力运输车(如图甲所示)。在光滑水平面AB上(如图乙所示)，机器人用大小不变的电磁力F推动质量为m＝1 kg的小滑块从A点由静止开始做匀加速直线运动。小滑块到达B点时机器人撤去电磁力F，小滑块冲上光滑斜面(设经过B点前后速率不变)，最高能到达C点。
机器人用速度传感器测量小滑块在ABC过程的瞬时速度大小并记录如下。求：
(1)机器人对小滑块作用力F的大小；(2)斜面的倾角α的大小。
[答案]　(1)2 N　(2)30°
4．某高速列车(如图)启动后的初始阶段，可视为在恒定的牵引力作用下做匀加速直线运动。若在该阶段列车组的牵引力为3.04×105 N，列车所受阻力为7.9×104 N，列车质量为4.5×105 kg，则列车从启动至速度达到60 km/h需要多长时间？
[解析]　以列车为研究对象，受力分析如图所示。
由题意可知，m＝4.5×105 kg，F＝3.04×105 N，Ff＝7.9×104 N，v0＝0，vt＝60 km/h＝16.7 m/s。选定列车运动方向为正方向。由牛顿第二定律，得F－Ff＝ma
回归本节知识，自我完成以下问题：1．回顾第三章学习的力的知识，受力分析时应注意什么问题？
提示：(1)只分析物体受到的力。(2)根据力的产生条件、力作用的相互性及是否有施力物体等确定力是否存在。(3)灵活利用整体法、隔离法确定研究对象，区分内力、外力。
2．从受力情况确定运动情况应注意哪些问题？
提示：(1)建立直角坐标系：通常选取加速度的方向为一个坐标轴的正方向，另一个坐标轴垂直于加速度方向。把力沿两个坐标轴分解，与正方向同向的力取正值，与正方向反向的力取负值。(2)单位制：求解时F、m、a采用国际单位制单位，解题时写出方程式和相应的文字说明，必要时对结果进行讨论。
3．从运动情况确定受力情况应注意哪些问题？
提示：(1)确定方向：由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合外力的方向，不能将速度的方向和加速度的方向混淆。(2)题目中求的可能是合力，也可能是某一特定的力，一般要先求出合力的大小、方向，再根据具体情况分析求解。(3)已知运动情况确定受力情况，关键是对研究对象进行正确的受力分析，先根据运动学公式求加速度，再根据牛顿第二定律求力。
题组一　根据受力确定运动情况1．一小球从空中由静止下落，已知下落过程中小球所受阻力与速度的平方成正比，设小球离地足够高，则(　　)A．小球先加速后匀速B．小球一直在做加速运动C．小球一直在做减速运动D．小球先加速后减速
课时分层作业(十七)　牛顿运动定律的应用
A　[设小球受到的阻力为Ff＝kv2，在刚开始下落一段时间内阻力是从零增加，mg>Ff，向下做加速运动，下落过程中速度在增大，所以阻力在增大，当mg＝Ff时，合力为零，做匀速直线运动，速度不再增大，故小球先加速后匀速，故A正确。]
2．在交通事故的分析中，刹车线的长度是很重要的依据，刹车线是汽车刹车后，停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹。在某次交通事故中，汽车的刹车线长度是15 m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为 0.75，该路段限速60 km/h，g取10 m/s2，则汽车刹车前的速度以及是否超速的情况是(　　)A．速度为7.5 m/s，超速B．速度为15 m/s，不超速C．速度为15 m/s，超速D．速度为7.5 m/s，不超速
3．用30 N的水平外力F拉一静止在光滑水平面上的质量为20 kg的物体，力F作用3 s后消失，则第5 s末物体的速度和加速度分别是(　　)A．v＝7.5 m/s，a＝1.5 m/s2B．v＝4.5 m/s，a＝1.5 m/s2C．v＝4.5 m/s，a＝0D．v＝7.5 m/s，a＝0
4．(多选)如图所示，质量为m＝1 kg的物体与水平地面之间的动摩擦因数为0.3，当物体运动的速度为v0＝10 m/s时，给物体施加一个与速度方向相反的大小为F＝2 N的恒力，在此恒力作用下(g取10 m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(　　)A．物体经10 s速度减为零B．物体经2 s速度减为零C．物体的速度减为零后将保持静止D．物体的速度减为零后将向右运动
题组二　根据运动情况确定受力5．航母阻拦索是航母阻拦装置的重要组成部分，实现了舰载机在有限长度的航母甲板上的安全着舰。一舰载机的质量为2×104 kg，以速度216 km/h着舰的同时其尾钩钩住阻拦索，此后舰载机视为做匀减速直线运动，运动90 m时速度为零，如图所示，某时刻两条阻拦索之间的夹角为74°，不计着舰过程中的其他阻力，cs 37°＝0.8，此时阻拦索上的弹力为(　　)
A．2.5×105 NB．5×105 N　　　C．6.5×106 N D．1.3×107 N
6．行车过程中，如果车距不够，刹车不及时，汽车将发生碰撞，车里的人可能受到伤害，为了尽可能地减轻碰撞所引起的伤害，人们设计了安全带。假定乘客质量为70 kg，汽车车速为90 km/h，从踩下刹车闸到车完全停止需要的时间为5 s，安全带对乘客的平均作用力大小约为(不计人与座椅间的摩擦)(　　)A．450 N　　　B．400 N　　　C．350 N 　　　D．300 N
7．光滑水平面上，质量为4 kg的物体在水平推力F1的作用下由静止开始运动，0～2 s内的位移为6 m；质量为 2.5 kg 的物体在水平推力F2的作用下由静止开始运动，0～3 s内的位移为9 m。则F1与F2的比值为(　　)A．1∶3　　B．3∶4　　C．12∶5　　D．9∶8
9．为了使雨滴能尽快地淌离房顶，要设计好房顶的高度，设雨滴沿房顶下淌时做无初速度无摩擦的运动，那么如图所示的四种情况中符合要求的是(　　)
A　　　　 B　　　　 C　　 　　 D
11．我国的第一艘国产航母“山东号”的舰载机采用的是滑跃起飞方式，即飞机依靠自身发动机从静止开始到滑跃起飞，滑跃仰角为θ。其起飞跑道可视为由长度L1＝180 m的水平跑道和长度L2＝20 m倾斜跑道两部分组成，水平跑道和倾斜跑道末端的高度差h＝2 m，如图所示。已知质量m＝2×104 kg 的舰载机的喷气发动机的总推力大小恒为F＝1.2×105 N，方向始终与速度方向相同，若飞机起飞过程中受到的阻力大小恒为飞机重力的 0.15，飞机质量视为不变，并把飞机看成质点，航母处于静止状态，重力加速度g取10 m/s2。
(1)求飞机在水平跑道运动的时间；(2)求飞机在倾斜跑道上的加速度大小。