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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图文课件ppt
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这是一份必修 第一册第四章 运动和力的关系5 牛顿运动定律的应用图文课件ppt，共41页。PPT课件主要包含了生活实例，动力学的两类基本问题，s末的速度，s内的位移，如图物体受力分析，根据牛顿第二定律，y方向，x方向，牛顿运动定律的应用，板块模型等内容，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？
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。因此，它在许多基础科学和工程技术中都有广泛的应用。中学物理中我们只研究一些简单的实例。
一、 从受力确定运动情况
二、从运动情况确定受力
一、从受力确定运动情况
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。
基本思路：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)。
练1. 一个静止在水平面上的物体，质量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平面向右运动，物体与水平地面间的滑动摩擦力为4.2N。求物体4s末的速度和4s内的位移。
由牛顿第二定律可得: F - f= ma
拓展一：一个静止在水平地面上的物体，质量是2Kg，在6.4N的拉力F作用下沿水平地面向右运动。已知F与水平地面的夹角为370，物体与地面的动摩擦因数为0.25，求物体在4s末的速度和4s内的位移。cs37=0.8，g=10m/s2。
解：物体受力分析如图所示
由牛顿第二定律，可得:
Fcsθ-µFN=ma
FN+Fsinθ=mg
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）。 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).
例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。
解:以滑雪者为研究对象。建立如图4.5-5所示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。
根据匀变速直线运动规律
其中 v0＝ 2 m/s，t＝5s，x＝60 m，则
FN－mgcsθ ＝ 0
mgsinθ－Ff ＝ma
Ff ＝m（gsinθ－a）
其中，m ＝ 75 kg，θ ＝ 30°，则有
Ff＝75 N，FN＝650 N
根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为 650 N，方向垂直斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为 75 N，方向沿山坡向上。
拓展二：滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡，从刚上坡即开始计时，至3.8s末，滑雪者速度变为0。如果雪橇与人的总质量为m=80kg，求雪橇与山坡之间的摩擦力为多少？g=10m/s2 .
对滑雪者受力分析，如图所示
联立①②，代入数据，解得
根据牛顿第二定律，可得
——整体法与隔离法
采用整体法时不仅可以把几个物体作为整体，也可以把几个物理过程作为一个整体。 采用整体法可以避免对整体内部进行繁锁的分析，常常使问题解答更简便、明了。
一、整体法：在研究物理问题时，把所研究的对象作为一个整体（不考虑内力）来处理的方法称为整体法。
二、隔离法：把所研究对象从整体中隔离出来进行研究，最终得出结论的方法称为隔离法。 可以把整个物体隔离成几个部分来处理，也可以把整个过程隔离成几个阶段来处理，还可以对同一个物体，同一过程中不同物理量的变化进行分别处理。 采用隔离物体法能排除与研究对象无关的因素，使事物的特征明显地显示出来，从而进行有效的处理。
三 ．解题方法： 1.若几个物体相对静止，或者加速度相同，可以用整体法计算。
（1）已知外力求内力。 先整体分析，计算加速度，然后隔离分析计算内力。
例1、如图所示，在两块相同的竖直木板间，有质量均为m的四块相同的砖，用两个大小均为F的水平力压木板，使砖静止不动，则左边木板对第一块砖，第二块砖对第三块砖的摩擦力分别为（ ） A．4mg、2mg B．2mg、0 C．2mg、mg D．4mg、mg
【解析】设左、右木板对砖摩擦力为f1，第 3块砖对第2块砖摩擦为f2，则对四块砖作整体有：2f1=4mg，∴ f1=2mg。对1、2块砖平衡有：f1+f2=2mg，∴ f2=0，故B正确。
例2、如图所示，重为8N的球静止在与水平面成370角的光滑斜面上，并通过定滑轮与重4N的物体A相连，光滑挡板与水平而垂直，不计滑轮的摩擦，绳子的质量，求斜面和挡板所受的压力（sin370=0.6）。
【解析】分别隔离物体A、球，并进行受力分析，如图所示：
由平衡条件可得： T=4N Tsin370+N2cs370=8 N2sin370=N1+Tcs370得 N1=1N N2=7N。
（2）已知内力求外力。 先隔离分析计算加速度，然后整体分析，计算外力。
2、若几个物体加速度不相同，用隔离法,分别对每个物体分析计算.
例3、如图所示，质量M=60kg的人通过光滑的定滑轮用绳拉着m= 20kg的物体，当物体以加速度a=5 m/s2上升时，人对地面压力为（g=10m/s2）
1．模型特点：上、下叠放两个物体，并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动．2．建模指导解此类题的基本思路：（1）分析滑块和木板的受力情况，根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度；（2）对滑块和木板进行运动情况分析，找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系，建立方程．特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移.
3．两种位移关系：（相对滑动的位移关系） 滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中，若滑块和滑板同向运动，位移之差等于板长；反向运动时，位移之和等于板长．
例1、质量为M＝2 kg、长为L的木板静止在光滑的水平面上，在木板左端放有质量为m＝1 kg的铁块(可视为质点)．现给铁块施加一水平拉力F＝4 N，使铁块相对木板滑动，作用t＝1 s后撤去拉力，铁块恰好不掉下木板，求木板的长度 L的值．(已知铁块与木板间的动摩擦因数为μ＝0.2，g取10 m/s2)
例2、如图所示，木板静止于水平桌面 上，在其最右端放一可视为质点的木块. 已知 木块的质量m=1 kg，长L=2.5 m，上表面光滑， 下表面与地面之间的动摩擦因数µ=0.2.现用水平 恒力F=20 N向右拉木板，g取10 m/s2，求： (1)木板加速度的大小； (2)要使木块能滑离木板，水平恒力F作用的最 短时间; (3)如果其他条件不变，假设木板上表面也粗 糙，其上表面与木块之间的动摩擦因数为 µ1=0.3，欲使木板能从木块的下方抽出，对 木板施加的拉力应满足什么条件？ （4）若木板的长度、木块的质量、木板的上表 面与木块之间的动摩擦因数、木板与地面间的 动摩擦因数都不变，只将水平恒力增加为 30 N，则木块滑离木板需要多长时间？
分析受力和运动过程挖掘隐含条件解题
①m不受摩擦力作用，M运动时，m相对地面静止
②恒力F作用一段时间后撤去，然后木块减速运动至木块与木板脱离时，木板速度恰好为零
③木板与木块间的摩擦力为滑动摩擦力，且要使a木板>a木块
④位移关系：x木板 — x木块=L
例2、如图所示，木板静止于水平桌面 上，在其最右端放一可视为质点的木块. 已知 木块的质量m=1 kg，长L=2.5 m，上表面光滑， 下表面与地面之间的动摩擦因数µ=0.2.现用水 平恒力F=20 N向右拉木板，g取10 m/s2，求： (1)木板加速度的大小； (2)要使木块能滑离木板，水平恒力F作用的最 短时间; (3)如果其他条件不变，假设木板上表面也粗 糙，其上表面与木块之间的动摩擦因数为 µ1=0.3，欲使木板能从木块的下方抽出，对木 板 施加的拉力应满足什么条件？ （4）若木板的长度、木块的质量、木板的上表 面与木块之间的动摩擦因数、木板与地面间的 动摩擦因数都不变，只将水平恒力增加为 30 N，则木块滑离木板需要多长时间？
3.按运动状态分：匀速、变速两种。
1.按放置方向分：水平、倾斜两种；
2.按转向分：顺时针、逆时针转两种；
二、传送带模型的一般解法
2.受力分析和运动分析，（画出受力分析图和运动 情景图），注意摩擦力突变对物体运动的影响；
3.分清楚研究过程，利用牛顿运动定律和运动学规律或利用功能关系、动能定理求解未知量。
（一）水平放置运行的传送带
例1、水平传送带长4.5m,以3m/s的速度作匀速运动。质量m=1kg的物体与传送带间的动摩擦因数为0.15,则该物体从静止放到传送带的一端开始,到达另一端所需时间为多少?(g取10m/s2)。
解：物体在摩擦力作用下先匀加速运动, 后做匀速运动,
a =μg=1.5m/s2
x1= 1/2at12= 3 m
t2=(L-x1)/v=0.5 s
∴t = t1 +t2=2.5 s
例2、一水平的浅色长传送带上放置一煤块（可视为质点），煤块与传送带之间的动摩擦因数为μ。初始时，传送带与煤块都是静止的。现让传送带以恒定的加速度a0开始运动，当其速度达到v0后，便以此速度做匀速运动。经过一段时间，煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后，煤块相对于传送带不再滑动。求此黑色痕迹的长度。
解：根据“传送带上有黑色痕迹”可知，煤块与传送带之间发生了相对滑动，煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。根据牛顿定律，可得a=μg设经历时间t0，传送带由静止开始加速到速度等于v0，煤块则由静止加速到v，有v0=a0t0 v=at0由于a另解：黑色痕迹的长度 即为图中阴影部分面积l=½v0 (t-t0)又因为v0=a0t0v0=ata=μg由以上各式得:l=v02(a0-μg)/2μa0g
（二）倾斜放置运行的传送带
例3、如图所示，传送带与水平面间的夹角θ=37°，从A端到B端的长度为L=16m，在传送带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为µ=0.5，求：（1）传送带不动物体由A端运动到B端需要多少时间？
（2）传送带以10m／s逆时针方向转动物体由A端运动到B端需要多少时间？
解:(1)当摩擦力向上时,加速度大小为a1，a1=gsinθ-µgcsθ= 2m/s2
（2） t = 4s
(3)起始时刻摩擦力向下,加速度大小为a2，物体以a2先向下加速,用时t1 . a2=gsinθ+µgcsθ= 10m/s2
由v=a2t1 得: t1=1s
时间t1内位移,s=vt1/2=5m
当位移为5m时,物体速度与传送带速度相等,由于µ
例3、如图所示，传送带与水平面间的夹角为θ=37°，从A端到B端的长度为16m，在传送带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为0.5，求：（3）传送带以10m／s顺时针方向转动物体由A端运动到B端需要多少时间？
例3、如图所示，传送带与水平面间的夹角为θ=37°，从A端到B端的长度为16m，在传送带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为0.5，求：（4）要使从A到B物体运动时间最短，对传送带的速度有何要求？
(4)当物体一直以a2加速,物体从A到B用时最短,物体到B时速度为v’,
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？
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。因此，它在许多基础科学和工程技术中都有广泛的应用。中学物理中我们只研究一些简单的实例。
一、 从受力确定运动情况
二、从运动情况确定受力
一、从受力确定运动情况
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。
基本思路：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)。
练1. 一个静止在水平面上的物体，质量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平面向右运动，物体与水平地面间的滑动摩擦力为4.2N。求物体4s末的速度和4s内的位移。
由牛顿第二定律可得: F - f= ma
拓展一：一个静止在水平地面上的物体，质量是2Kg，在6.4N的拉力F作用下沿水平地面向右运动。已知F与水平地面的夹角为370，物体与地面的动摩擦因数为0.25，求物体在4s末的速度和4s内的位移。cs37=0.8，g=10m/s2。
解：物体受力分析如图所示
由牛顿第二定律，可得:
Fcsθ-µFN=ma
FN+Fsinθ=mg
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）。 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).
例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。
解:以滑雪者为研究对象。建立如图4.5-5所示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。
根据匀变速直线运动规律
其中 v0＝ 2 m/s，t＝5s，x＝60 m，则
FN－mgcsθ ＝ 0
mgsinθ－Ff ＝ma
Ff ＝m（gsinθ－a）
其中，m ＝ 75 kg，θ ＝ 30°，则有
Ff＝75 N，FN＝650 N
根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为 650 N，方向垂直斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为 75 N，方向沿山坡向上。
拓展二：滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡，从刚上坡即开始计时，至3.8s末，滑雪者速度变为0。如果雪橇与人的总质量为m=80kg，求雪橇与山坡之间的摩擦力为多少？g=10m/s2 .
对滑雪者受力分析，如图所示
联立①②，代入数据，解得
根据牛顿第二定律，可得
——整体法与隔离法
采用整体法时不仅可以把几个物体作为整体，也可以把几个物理过程作为一个整体。 采用整体法可以避免对整体内部进行繁锁的分析，常常使问题解答更简便、明了。
一、整体法：在研究物理问题时，把所研究的对象作为一个整体（不考虑内力）来处理的方法称为整体法。
二、隔离法：把所研究对象从整体中隔离出来进行研究，最终得出结论的方法称为隔离法。 可以把整个物体隔离成几个部分来处理，也可以把整个过程隔离成几个阶段来处理，还可以对同一个物体，同一过程中不同物理量的变化进行分别处理。 采用隔离物体法能排除与研究对象无关的因素，使事物的特征明显地显示出来，从而进行有效的处理。
三 ．解题方法： 1.若几个物体相对静止，或者加速度相同，可以用整体法计算。
（1）已知外力求内力。 先整体分析，计算加速度，然后隔离分析计算内力。
例1、如图所示，在两块相同的竖直木板间，有质量均为m的四块相同的砖，用两个大小均为F的水平力压木板，使砖静止不动，则左边木板对第一块砖，第二块砖对第三块砖的摩擦力分别为（ ） A．4mg、2mg B．2mg、0 C．2mg、mg D．4mg、mg
【解析】设左、右木板对砖摩擦力为f1，第 3块砖对第2块砖摩擦为f2，则对四块砖作整体有：2f1=4mg，∴ f1=2mg。对1、2块砖平衡有：f1+f2=2mg，∴ f2=0，故B正确。
例2、如图所示，重为8N的球静止在与水平面成370角的光滑斜面上，并通过定滑轮与重4N的物体A相连，光滑挡板与水平而垂直，不计滑轮的摩擦，绳子的质量，求斜面和挡板所受的压力（sin370=0.6）。
【解析】分别隔离物体A、球，并进行受力分析，如图所示：
由平衡条件可得： T=4N Tsin370+N2cs370=8 N2sin370=N1+Tcs370得 N1=1N N2=7N。
（2）已知内力求外力。 先隔离分析计算加速度，然后整体分析，计算外力。
2、若几个物体加速度不相同，用隔离法,分别对每个物体分析计算.
例3、如图所示，质量M=60kg的人通过光滑的定滑轮用绳拉着m= 20kg的物体，当物体以加速度a=5 m/s2上升时，人对地面压力为（g=10m/s2）
1．模型特点：上、下叠放两个物体，并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动．2．建模指导解此类题的基本思路：（1）分析滑块和木板的受力情况，根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度；（2）对滑块和木板进行运动情况分析，找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系，建立方程．特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移.
3．两种位移关系：（相对滑动的位移关系） 滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中，若滑块和滑板同向运动，位移之差等于板长；反向运动时，位移之和等于板长．
例1、质量为M＝2 kg、长为L的木板静止在光滑的水平面上，在木板左端放有质量为m＝1 kg的铁块(可视为质点)．现给铁块施加一水平拉力F＝4 N，使铁块相对木板滑动，作用t＝1 s后撤去拉力，铁块恰好不掉下木板，求木板的长度 L的值．(已知铁块与木板间的动摩擦因数为μ＝0.2，g取10 m/s2)
例2、如图所示，木板静止于水平桌面 上，在其最右端放一可视为质点的木块. 已知 木块的质量m=1 kg，长L=2.5 m，上表面光滑， 下表面与地面之间的动摩擦因数µ=0.2.现用水平 恒力F=20 N向右拉木板，g取10 m/s2，求： (1)木板加速度的大小； (2)要使木块能滑离木板，水平恒力F作用的最 短时间; (3)如果其他条件不变，假设木板上表面也粗 糙，其上表面与木块之间的动摩擦因数为 µ1=0.3，欲使木板能从木块的下方抽出，对 木板施加的拉力应满足什么条件？ （4）若木板的长度、木块的质量、木板的上表 面与木块之间的动摩擦因数、木板与地面间的 动摩擦因数都不变，只将水平恒力增加为 30 N，则木块滑离木板需要多长时间？
分析受力和运动过程挖掘隐含条件解题
①m不受摩擦力作用，M运动时，m相对地面静止
②恒力F作用一段时间后撤去，然后木块减速运动至木块与木板脱离时，木板速度恰好为零
③木板与木块间的摩擦力为滑动摩擦力，且要使a木板>a木块
④位移关系：x木板 — x木块=L
例2、如图所示，木板静止于水平桌面 上，在其最右端放一可视为质点的木块. 已知 木块的质量m=1 kg，长L=2.5 m，上表面光滑， 下表面与地面之间的动摩擦因数µ=0.2.现用水 平恒力F=20 N向右拉木板，g取10 m/s2，求： (1)木板加速度的大小； (2)要使木块能滑离木板，水平恒力F作用的最 短时间; (3)如果其他条件不变，假设木板上表面也粗 糙，其上表面与木块之间的动摩擦因数为 µ1=0.3，欲使木板能从木块的下方抽出，对木 板 施加的拉力应满足什么条件？ （4）若木板的长度、木块的质量、木板的上表 面与木块之间的动摩擦因数、木板与地面间的 动摩擦因数都不变，只将水平恒力增加为 30 N，则木块滑离木板需要多长时间？
3.按运动状态分：匀速、变速两种。
1.按放置方向分：水平、倾斜两种；
2.按转向分：顺时针、逆时针转两种；
二、传送带模型的一般解法
2.受力分析和运动分析，（画出受力分析图和运动 情景图），注意摩擦力突变对物体运动的影响；
3.分清楚研究过程，利用牛顿运动定律和运动学规律或利用功能关系、动能定理求解未知量。
（一）水平放置运行的传送带
例1、水平传送带长4.5m,以3m/s的速度作匀速运动。质量m=1kg的物体与传送带间的动摩擦因数为0.15,则该物体从静止放到传送带的一端开始,到达另一端所需时间为多少?(g取10m/s2)。
解：物体在摩擦力作用下先匀加速运动, 后做匀速运动,
a =μg=1.5m/s2
x1= 1/2at12= 3 m
t2=(L-x1)/v=0.5 s
∴t = t1 +t2=2.5 s
例2、一水平的浅色长传送带上放置一煤块（可视为质点），煤块与传送带之间的动摩擦因数为μ。初始时，传送带与煤块都是静止的。现让传送带以恒定的加速度a0开始运动，当其速度达到v0后，便以此速度做匀速运动。经过一段时间，煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后，煤块相对于传送带不再滑动。求此黑色痕迹的长度。
解：根据“传送带上有黑色痕迹”可知，煤块与传送带之间发生了相对滑动，煤块的加速度a小于传送带的加速度a0。根据牛顿定律，可得a=μg设经历时间t0，传送带由静止开始加速到速度等于v0，煤块则由静止加速到v，有v0=a0t0 v=at0由于a
（二）倾斜放置运行的传送带
例3、如图所示，传送带与水平面间的夹角θ=37°，从A端到B端的长度为L=16m，在传送带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为µ=0.5，求：（1）传送带不动物体由A端运动到B端需要多少时间？
（2）传送带以10m／s逆时针方向转动物体由A端运动到B端需要多少时间？
解:(1)当摩擦力向上时,加速度大小为a1，a1=gsinθ-µgcsθ= 2m/s2
（2） t = 4s
(3)起始时刻摩擦力向下,加速度大小为a2，物体以a2先向下加速,用时t1 . a2=gsinθ+µgcsθ= 10m/s2
由v=a2t1 得: t1=1s
时间t1内位移,s=vt1/2=5m
当位移为5m时,物体速度与传送带速度相等,由于µ
例3、如图所示，传送带与水平面间的夹角为θ=37°，从A端到B端的长度为16m，在传送带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为0.5，求：（3）传送带以10m／s顺时针方向转动物体由A端运动到B端需要多少时间？
例3、如图所示，传送带与水平面间的夹角为θ=37°，从A端到B端的长度为16m，在传送带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数为0.5，求：（4）要使从A到B物体运动时间最短，对传送带的速度有何要求？
(4)当物体一直以a2加速,物体从A到B用时最短,物体到B时速度为v’,
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