【一輪復(fù)習(xí)】高一物理課件 4.6 《用牛頓定律解決問(wèn)題（一）》 （）ppt

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,6.6用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題(一),2020/5/3,勻變速直線運(yùn)動(dòng)的重要公式:v=v0+at,x=v0t+at2,v2-v20=2ax,(v0+v),Δx=aT2.2.牛頓第二定律:F=ma.,2020/5/3,1.牛頓第二定律的應(yīng)用牛頓第二定律確定了和的關(guān)系,從而使我們能夠把物體的情況與情況聯(lián)系起來(lái).2.動(dòng)力學(xué)的兩類基本問(wèn)題(1)已知受力情況求運(yùn)動(dòng)情況已知受力情況,根據(jù)牛頓第二定律求出物體的,再確定物體的初始條件(初位置和初速度),根據(jù)求出物體的運(yùn)動(dòng)情況.(2)已知運(yùn)動(dòng)情況求受力情況已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù)求出物體的加速度.再根據(jù)牛頓第二定律確定物體受到的合外力,從而求出未知力或相關(guān)的量.,2020/5/3,自我校對(duì)1.運(yùn)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)受力2.（1）加速度運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律（2）運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,1.用3N的水平恒力，使處于水平面上一質(zhì)量為2kg的物體從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，在2s內(nèi)通過(guò)的位移是2m，則物體的加速度大小和所受摩擦力的大小分別是()A.0.5m/s2,2NB.1m/s2,1NC.2m/s2,0.5ND.1.5m/s2,0【解析】由x=at2得a=m/s2=1m/s2.由牛頓第二定律可列式,F-f=ma,f=F-ma=3N-21N=1N.故選B.【答案】B,2020/5/3,2.有兩個(gè)物體，質(zhì)量分別為m1和m2,m1原來(lái)靜止，m2以速度v向右運(yùn)動(dòng)，它們同時(shí)各受到一個(gè)向右的大小相等的恒力作用，它們能達(dá)到相同速度的條件是()m1m2D.m1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m2【解析】m2原來(lái)有速度，m1從靜止加速，要使二者能達(dá)到同樣的速度，必須m1的加速度大于m2的加速度，由牛頓第二定律，m1必須小于m2.【答案】A3.如果力F在時(shí)間t內(nèi)能使質(zhì)量為m的原來(lái)靜止的物體產(chǎn)生位移x，那么()相同的力在相同的時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量為的原來(lái)靜止的物體產(chǎn)生位移2x,2020/5/3,B.相同的力在一半的時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量為的原來(lái)靜止的物體產(chǎn)生位移x4C.相同的力在2倍的時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量為2m的原來(lái)靜止的物體產(chǎn)生位移xD.的力在相同時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量為的原來(lái)靜止的物體產(chǎn)生位移x【解析】根據(jù)牛頓第二定律有a=Fm,又x=at2,可得x=Fmt2,分析可知應(yīng)選A、D.【答案】AD,2020/5/3,交通警察在處理交通事故時(shí)，有時(shí)會(huì)根據(jù)汽車在路面上留下的剎車痕跡及汽車輪胎與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)，來(lái)判斷發(fā)生事故前汽車是否超速.你知道他們是如何判斷的嗎？根據(jù)2ax=v2可知,只要知道了a和x,就能計(jì)算出v來(lái),剎車痕跡長(zhǎng)度就是x,而在剎車的情況下,可以認(rèn)為ma=μmg,即a=μg,μ即為輪胎與地面的動(dòng)摩擦因數(shù),g是當(dāng)?shù)刂亓铀俣?所以根據(jù)汽車在路面上留下的剎車痕跡及汽車輪胎與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)，可以判斷發(fā)生事故前汽車是否超速.,2020/5/3,一、由物體的受力情況確定運(yùn)動(dòng)情況的一般步驟1.確定研究對(duì)象,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,并畫出物體的受力分析圖.2.根據(jù)力的合成與分解,求出物體所受的合外力(包括大小和方向).3.根據(jù)牛頓第二定律列方程,求出物體運(yùn)動(dòng)的加速度.4.結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)的初始條件,選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,求出所需的物理量——任意時(shí)刻的速度,任意時(shí)間內(nèi)的位移,以及運(yùn)動(dòng)軌跡等.,2020/5/3,例1如圖所示，質(zhì)量為m=2kg的物體，受到與水平方向成θ=37角的拉力F的作用，由靜止開(kāi)始沿水平面做直線運(yùn)動(dòng)，物體與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1，拉力F=20N，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)2s后，撤去拉力F.當(dāng)撤去外力后，物體又運(yùn)動(dòng)了一段時(shí)間后停下來(lái)，問(wèn)物體從靜止開(kāi)始共運(yùn)動(dòng)了多遠(yuǎn)的距離?物體一共運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)時(shí)間?(g取10m/s2，sin37=0.6)【點(diǎn)撥】由受力確定物體運(yùn)動(dòng)情況一定要做的受力分析，遵守解題步驟.【解析】以物體為研究對(duì)象，受力分析如圖所示，建立直角坐標(biāo)系.物體在力F撤去之前，在水平面上做勻加速運(yùn)動(dòng).根據(jù)牛頓第二定律，在水平方向有Fcosθ-f=ma1,,2020/5/3,在豎直方向受力平衡有FN+Fsinθ-mg=0,根據(jù)滑動(dòng)摩擦力公式有f=μFN,聯(lián)立上述三式，并代入已知數(shù)據(jù)，得a1=7.6m/s2，F(xiàn)停止作用時(shí)，物體的速度為v=a1t1=15.2m/s.設(shè)從F停止作用到物體停下來(lái)歷時(shí)為t2，在這個(gè)過(guò)程中，合外力為摩擦力，且F′N=mg，f′=μF′N，則根據(jù)牛頓第二定律，a2=-μ=-μg=-1m/s2.則由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)可得t2=-，代入數(shù)據(jù)得t2＝15.2s,則從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到停止運(yùn)動(dòng)共歷時(shí)t=t1+t2=2s+15.2s=17.2s.,2020/5/3,設(shè)從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到停止運(yùn)動(dòng)，物體的總位移為x，因?yàn)榍昂髢蓚€(gè)過(guò)程的平均速度相同，所以有x=17.2m=130.72m.,1.某火箭發(fā)射場(chǎng)正在進(jìn)行某型號(hào)火箭的發(fā)射試驗(yàn).該火箭起飛時(shí)質(zhì)量為2.02103kg，起飛推力2.75106N，火箭發(fā)射塔高100m，則該火箭起飛時(shí)的加速度大小為m/s2；在火箭推動(dòng)力不變的情況下，若不考慮空氣阻力及火箭質(zhì)量的變化，火箭起飛后，經(jīng)s飛離火箭發(fā)射塔.(g=9.8m/s2),2020/5/3,【解析】火箭起飛時(shí)的加速度a==1.35103m/s2,它通過(guò)100m長(zhǎng)的發(fā)射架需要的時(shí)間t==0.385s.【答案】1.351030.385二、由物體的運(yùn)動(dòng)情況確定受力情況1.基本思路首先根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況,利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度,再根據(jù)牛頓第二定律就可以確定物體所受的合外力,從而求出未知的力或與力相關(guān)的某些物理量.2.對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)要善于結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),來(lái)確定某個(gè)力的有無(wú)及其方向,比如彈力、摩擦力的存在與否與物體的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān),因此要結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)利用假設(shè)法去分析.例2如圖所示，底座A上裝有長(zhǎng)0.5m的直立桿，總質(zhì)量為0.2kg，桿上套有質(zhì)量為0.05kg的小環(huán)B，它與桿有摩擦，當(dāng)環(huán)從底座上以4m/s的初速度升起時(shí)，剛好能到達(dá)頂端,,2020/5/3,g取10m/s2.求(1)在環(huán)升起過(guò)程中，底座對(duì)水平面壓力多大；(2)小環(huán)從桿頂端落回底座需多少時(shí)間.【解析】(1)v2=2ah,a=16m/s2,對(duì)m有mg+f=ma,得f=0.3N.對(duì)M有f′=f=0.3N,又f′+FN=Mg,解得FN=1.7N.(2)由mg-f=ma′,a′=4m/s2,而h=12a′t′2,所以t′=0.5s.,2.(2010馬鞍山)在水平地面上有一質(zhì)量為4kg的物體，物體在水平拉,2020/5/3,力F的作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng).10s后拉力大小減為F,該物體的v-t圖象如圖所示.求:(1)物體受到的水平拉力F的大??；(2)物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù).（g取10m/s2）【解析】前10s物體運(yùn)動(dòng)的加速度a1=1m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有F-μmg=ma1，在10~30s內(nèi)物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度a2=0.5m/s2，根據(jù)牛頓第二定律有μmg-F=ma2，解得F=9N，μ=0.125.【答案】(1)9N(2)0.125三、整體法和隔離法若干個(gè)物體通過(guò)一定的方式連接在一起，就構(gòu)成了連接體，其連接方式一般是通過(guò)細(xì)繩、桿等物體來(lái)實(shí)現(xiàn)的.連接,2020/5/3,體常會(huì)處于某種相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如處于平衡狀態(tài)或以相同的加速度運(yùn)動(dòng).求解連接體的加速度或內(nèi)部物體間的相互作用力，是力學(xué)中能力考查的重要內(nèi)容，解決問(wèn)題的有效方法是綜合運(yùn)用整體法與隔離法.1.整體法整體分析法就是把若干個(gè)運(yùn)動(dòng)情況相同的物體看做一個(gè)整體，只要分析外部的物體對(duì)這一整體的作用力，而不出現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部物體之間的作用力(這是內(nèi)力)，由此可以很方便地求出整體的加速度或是相關(guān)的外力，使解題十分簡(jiǎn)捷.運(yùn)用整體法時(shí)應(yīng)注意:取作系統(tǒng)(整體)的各物體要具有相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即有相同的加速度.當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)物體的加速度各不相同時(shí)，合外力等于各物體的質(zhì)量與加速度乘積的矢量和，即F合=m1a1+m2a2+…+mnan.2.隔離法假設(shè)把某個(gè)物體(或某些物體,也可以是物體的一部分)從連,2020/5/3,接體中隔離出來(lái)作為研究對(duì)象，只分析這個(gè)研究對(duì)象受到的外力，由此就可以建立相關(guān)的動(dòng)力學(xué)方程.在應(yīng)用隔離法時(shí)要注意:(1)隔離對(duì)象的選擇是否恰當(dāng)十分重要，這關(guān)系到解題的繁簡(jiǎn).應(yīng)以問(wèn)題便于求解為原則，既可以單個(gè)隔離，也可以整體隔離，并不是隔離得越多越好.(2)隔離法的優(yōu)勢(shì)在于把連接體內(nèi)各部分相互作用的內(nèi)力，轉(zhuǎn)化為物體所受的外力，以便應(yīng)用牛頓第二定律求解.例3(2009安徽)在2008年北京殘奧會(huì)開(kāi)幕式上,運(yùn)動(dòng)員手拉繩索向上攀登,最終點(diǎn)燃了主火炬,體現(xiàn)了殘疾運(yùn)動(dòng)員堅(jiān)韌不拔的意志和自強(qiáng)不息的精神.為了探求上升過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員與繩索和吊椅間的作用,可將過(guò)程簡(jiǎn)化.一根不可伸縮的輕繩跨過(guò)輕質(zhì)的定滑輪,一端掛一吊椅,,2020/5/3,另一端被坐在吊椅上的運(yùn)動(dòng)員拉住,如圖所示.設(shè)運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為65kg,吊椅的質(zhì)量為15kg,不計(jì)定滑輪與繩子間的摩擦,重力加速度取g=10m/s2.當(dāng)運(yùn)動(dòng)員與吊椅一起正以加速度a=1m/s2上升時(shí),試求:(1)運(yùn)動(dòng)員豎直向下拉繩的力;(2)運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力.【點(diǎn)撥】不同的問(wèn)題需靈活選用整體法或隔離法.視條件與所求問(wèn)題而定.【解析】(1)先把運(yùn)動(dòng)員和吊椅看做一個(gè)整體,用整體法分析,設(shè)每股繩對(duì)系統(tǒng)的拉力為F,據(jù)牛頓第二定律應(yīng)有:2F-(M+m)g=(m+M)a,即F=(m+M)(g+a)=440N.(2)以運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象,他受繩的拉力F、吊椅的支持力FN、重力Mg三個(gè)力作用,由牛頓第二定律可得:F+FN-Mg=Ma,FN,2020/5/3,=M(g+a)-F=275N.由牛頓第三定律可知運(yùn)動(dòng)員對(duì)吊椅的壓力也是275N.,3.(創(chuàng)新題)為了測(cè)定小木板和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù),某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn):在小木板上固定一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)(質(zhì)量不計(jì)),彈簧測(cè)力計(jì)下端吊一個(gè)光滑小球,將木板連同小球一起放在斜面上,如圖所示.用手固定住木板時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F1,放手后木板沿斜面下滑,穩(wěn)定時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F2,測(cè)得斜面傾角為θ,由測(cè)得的數(shù)據(jù)可求出木板與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是多少?,2020/5/3,【解析】用手固定住木板時(shí),對(duì)小球有F1=mgsinθ,木板沿斜面下滑時(shí),對(duì)小球有mgsinθ-F2=ma,木板與小球一起下滑有共同的加速度,對(duì)整體有:(M+m)gsinθ-Ff=(M+m)a,Ff=μ(M+m)gcosθ.由以上各式得μ=tanθ.,對(duì)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的力分析不清楚，特別是在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中某個(gè)力突然消失或突然增加某個(gè)力作用于物體之上，或當(dāng)某個(gè)力的大小不變，而方向在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中變化時(shí)，不能根據(jù)實(shí)際情況正確地分析受力，是應(yīng)用牛頓第二定律解題時(shí)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤.【例】以初速度v0豎直上拋一個(gè)質(zhì)量為m的物體，設(shè)物體,2020/5/3,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力大小不變，物體經(jīng)過(guò)時(shí)間t到達(dá)最高點(diǎn)O，求:(1)物體由最高點(diǎn)落回原地所用的時(shí)間；(2)物體落回原地時(shí)的速度大小.【錯(cuò)解】由題意知物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到重力和空氣阻力的作用，由牛頓第二定律知mg+f=ma，所以a=g+.物體由拋出到返回原地，由x=v0t+at2及v=v0+at得，t1=0,t2=,v=-v0.由運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性知，其上升和下降階段所用時(shí)間相等，故由最高點(diǎn)落回原地所用的時(shí)間為t′=.,2020/5/3,【剖析】該題出錯(cuò)的主要原因是沒(méi)有認(rèn)真地分析物體在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況.題中只說(shuō)空氣阻力的大小不變，沒(méi)有說(shuō)方向不變，而在上升和下降過(guò)程中，空氣阻力的方向是先向下后向上，故上升和下降過(guò)程中，物體的加速度大小不等，兩個(gè)過(guò)程是不對(duì)稱的，把它當(dāng)成對(duì)稱來(lái)處理，出錯(cuò)是必然的.所以說(shuō)正確的受力分析是解題的關(guān)鍵.【正解】（1）由題意知，上升時(shí)，F(xiàn)合=f+mg,a=，又v=v0+at,h=,2020/5/3,得下降時(shí)，F(xiàn)′合=mg-f=2mg-m，a′=2g-，由h=a′t′2得v0t=t′2,故t′=t.(2)v′=a′t′=.,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,