物理必修 第一册第四章 运动和力的关系5 牛顿运动定律的应用公开课ppt课件

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一、从受力确定运动情况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 加速度,再通过运动学的规律确定物体的运动情况。 二、从运动情况确定受力如果已知物体的运动情况,根据运动学规律求出物体的加速度,结合受力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。
1.正误辨析(1)物体所受合力方向就是加速度方向,也就是其运动方向。(　)(2)同一个物体,其所受合力越大,速度越大。(　　)(3)加速度是联系运动和力的桥梁。(　　)
答案:×　解析:物体所受合力方向就是加速度方向,但加速度的方向不一定与运动方向相同。
答案:×　解析:物体的运动快慢由其速度大小决定,与物体所受的合力大小无关。
答案:√　解析:加速度是描述运动的物理量,同时力是产生加速度的原因,故加速度是联系力和运动的桥梁。
(4)同一物体所受的合力减小,加速度一定减小,而速度不一定减小。(　　)(5)物体初速度的方向与合力的方向相同,物体做加速运动;物体初速度的方向与合力的方向相反,物体做减速运动。(　　)(6)物体运动状态的变化情况是由它的受力决定的。(　　)
答案:√　解析:同一物体所受的合力减小,加速度一定减小,若加速度与速度同向,速度增大,若加速度与速度反向,速度减小。
答案:√　解析:物体初速度的方向与合力的方向相同,则加速度与速度同向,物体做加速运动;物体初速度的方向与合力的方向相反,则加速度与速度反向,物体做减速运动。
答案:√　解析:运动状态的改变情况是由加速度决定的,加速度是由受力决定的。
2.物体受恒定的水平拉力F作用,恰能沿水平面匀速运动,当撤去这个拉力后,物体将(　　)A.匀速运动B.立即停止运动C.产生加速度,做匀减速运动D.不产生加速度,做匀减速运动
答案:C　解析:撤去拉力后,物体只受滑动摩擦力,合力不为零,产生加速度,大小不变、方向与速度方向相反,做匀减速运动,选项C正确。
从受力确定运动情况情景探究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。
知识点拨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)根据力的合成与分解,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
实例引导例1如图所示,一固定不动的光滑斜面,倾角为θ,高为h。一质量为m的物体从斜面的顶端由静止开始滑下,求物体从顶端滑到底端所用的时间及滑到底端时速度的大小。
解析:物体受力如图所示,
规律方法 应用牛顿第二定律解题时求合力的方法(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,一般把力正交分解为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。
变式训练1如图所示,放置于水平地面质量是10 kg的物体,在与水平方向成37°的斜向右上方的拉力F=100 N的作用下,由静止开始沿水平地面做直线运动,物体与地面间的动摩擦因数为μ=0.5(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2),试求:(1)5 s末物体的速度大小和5 s内物体的位移大小;(2)拉力F多大时物体可以做匀速直线运动?
解析:(1)以物体为研究对象进行受力分析,建立直角坐标系如图所示,根据牛顿第二定律得,x方向有Fcs 37°-Ff=may方向有Fsin 37°+FN-mg=0又Ff=μFN联立解得a=6 m/s25 s末物体的速度大小v=at=6×5 m/s=30 m/s5 s内物体通过的位移大小(2)物体做匀速运动时加速度为零,可得Fcs 37°-μ(mg-Fsin 37°)=0解得F=45.5 N。答案:(1)30 m/s　75 m　(2)45.5 N
从运动情况确定受力情景探究一运动员滑雪时的照片如图所示,如果:(1)知道在下滑过程中的运动时间。(2)知道在下滑过程中的运动位移。试结合上述情况讨论:由物体的运动情况确定其受力情况的思路是怎样的?
要点提示先根据运动学公式,比如 等,求得物体运动的加速度,再由牛顿第二定律求物体的受力。
知识点拨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)根据力的合成与分解的方法,由合力求所需的力。2.流程
实例引导例2民航客机一般都有紧急出口,发生意外情况的飞机紧急着陆后,打开紧急出口,狭长的气囊会自动充气,生成一条由出口到地面的斜面,斜面的倾角为30°,人员可沿斜面匀加速滑行到地上。如果气囊所构成的斜面长度为8 m,一个质量为50 kg的乘客从静止开始沿气囊滑到地面所用时间为2 s(g取10 m/s2)。求:(1)乘客滑至地面时速度的大小;(2)乘客与气囊之间的动摩擦因数。
解析:(1)设乘客滑至底端时的速度为v则x= ·t,代入数据解得v=8 m/s;(2)设乘客沿气囊下滑过程的加速度为a则x= at2,解得a=4 m/s2对乘客进行受力分析如图所示。沿气囊所在斜面和垂直气囊面建坐标系,可得FN-mgcs 30°=0mgsin 30°-Ff=maFf=μFN
规律方法 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。
变式训练2“歼-10”战机装备我军后,在各项军事演习中表现优异,引起了世界的广泛关注。如图所示,一架质量m=5.0×103 kg的“歼-10”战机从静止开始在机场的跑道上滑行,经过距离x=5.0×102 m,达到起飞速度v=60 m/s。在这个过程中飞机受到的平均阻力是飞机重力的 。求飞机滑行时受到的牵引力多大?(g取10 m/s2)
解析:滑行过程,飞机受重力G、支持力FN、牵引力F、阻力Ff四个力作用,在水平方向上,由牛顿第二定律得:F-Ff=ma,Ff= mg飞机匀加速滑行v2-0=2ax,解得a=3.6 m/s2,F=1.9×104 N。答案:1.9×104 N
多过程问题分析情景探究游乐园内有一种大型游戏机叫“跳楼机”。参加游戏的游客质量为m,从离地面h高处由静止释放。忽略座椅与轨道间的摩擦力,让人与座椅沿轨道下落t时间后,开始受到恒定阻力而立即做匀减速运动,下落到地面时速度刚好减小到零。如果把上述复杂的运动过程分为两个简单的过程,你认为这两个过程分别属于已知运动还是已知力的过程?你能提出哪些用牛顿定律和运动学公式可解决的问题?(重力加速度为g)
要点提示第一个过程是已知力的过程,物体只受重力作用,做自由落体运动。第二个过程是已知运动的过程,已知物体的运动时间和运动距离,可以由运动学公式求出加速度。第一个过程可以求出下落的加速度为多大和下落的高度为多少。第二个过程可以求得下落的加速度为多大和座椅给人的支持力为多大。
知识点拨1.多过程问题:当题目给出的物理过程较复杂,由多个过程组成时,要明确整个过程由几个子过程组成,将过程合理分段,找到相邻过程的联系点并逐一分析每个过程。联系点:前一过程的末速度是后一过程的初速度,另外还有位移关系等。2.注意:由于不同过程中力发生了变化,所以加速度也会发生变化,所以对每一个过程都要分别进行受力分析,分别求加速度。
实例引导例3如图甲所示为2019年12月18日交付南海舰队的“山东号”航空母舰。航母上的舰载机依然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的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,如图乙所示。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(g取10 m/s2)。求:(1)飞机在水平跑道运动的时间;(2)飞机离开倾斜跑道时速度的大小。
规律方法 多过程问题的分析方法(1)明确整个过程由几个子过程组成,分析每个过程的受力情况和运动情况,根据每个过程的受力特点和运动特点确定解题方法(正交分解法或合成法)及选取合适的运动学公式。(2)找到相邻过程的联系点:前一过程的末速度是后一过程的初速度,另外还有位移关系等。
变式训练3在某一旅游景区,建有一山坡滑草运动项目。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)。问:(1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力Ff为多大?(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数μ为多大?(3)设游客滑下50 m后进入水平草坪,试求游客在水平面上滑行的最大距离。
1.(2019辽宁葫芦岛高一月考)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　　　　　　　　　　　　　　　　
答案:D　解析:小车做初速度为零的匀加速直线运动,根据x=v0t+ at2,代入数据解得a=2 m/s2,故C错误;根据v=v0+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.A、B两物体以相同的初速度在同一水平面上滑动,两个物体与水平面间的动摩擦因数相同,且mA=3mB,则它们所能滑行的距离xA、xB的关系为(　　)A.xA=xB B.xA=3xBC.xA= xBD.xA=9xB
答案:A　解析:根据牛顿第二定律知,两物体加速度a=μg,且初速度相同,根据运动学公式v2=2ax,知x= ,则xA=xB。