高中物理 4.5牛顿第二定律的应用同步教学课件 粤教版必修1.ppt

1、,1.请结合教材例1总结：已知物体的受力情况求解物体的运动情况的解题思路是怎样的呢？提示：具体解题思路如下：,2.已知物体受力情况确定运动情况时的解题步骤是怎样的？提示：(1)确定研究对象，对其进行受力分析，并画出受力图.(2)求出物体所受的合外力.(3)应用牛顿第二定律求出加速度.(4)结合物体运动的初始条件，应用运动学公式，求出物体任意时刻的位移和速度，画出运动轨迹简图.,1.受力分析的判断依据(1)条件判断：依据各种性质的力的产生条件判断力是否存在，一般不需要画出“合力”或“分力”的示意图.(2)根据效果判断：力的作用效果与物体的运动状态间有互制的关系，结合物体的运动状态分析物体的受力.

2、(3)相互作用判断：根据力的相互性，分析物体的受力.(4)为使问题简单化，常忽略某些次要的力，如物体在空中下落，忽略空气阻力，轻杆、轻绳等轻质物体的重力一般情况下不考虑.,2.受力分析的基本方法(1)明确研究对象，即明确对谁进行受力分析.(2)把要研究的物体从周围的环境中隔离出来.(3)按顺序分析物体的受力情况，画出受力的示意图.,已知受力情况,确定物体的运动情况1.解题思路: 2.解题步骤(1)确定研究对象.(2)分析受力，画受力示意图.(3)求合外力.,(4)由F=ma求加速度.(5)由运动学公式 求运动参量.,典例1 (2011哈尔滨高一检测)在海滨游乐场有一种滑沙的娱乐活动如图所示，人

3、坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始下滑，滑到斜坡底部B点后沿水平滑道再滑行一段距离到C点停下来，斜坡滑道与水平滑道间是平滑连接的，滑板与两滑道间的动摩擦因数均为0.5，不计空气阻力，重力加速度g10 m/s2，斜坡倾角37.(sin370.6，cos370.8),(1)若人和滑板的总质量为m60 kg，求人在斜坡上下滑时的加速度大小(2)若由于受到场地的限制，A点到C点的水平距离为x50 m，为确保人身安全，假如你是设计师，你认为在设计斜坡滑道时，对高度h应有怎样的要求？,解答本题应注意以下三点：(1)正确地对人和滑板进行受力分析.(2)根据牛顿第二定律求出加速度.(3)结合运动学公式设计斜

4、坡滑道高度.,【规范解答】(1)在斜坡上下滑时，由牛顿第二定律得： mgsinfma FNmgcos0 fFN 联立得：agsingcos2 m/s2,(2)设滑至底端时的速度为v，由运动学公式可知：v22a 沿BC段前进时的加速度amg/mg 沿BC段滑行的距离Lv2/2a 为确保人身安全，则Lhcotx 联立解得h25 m，故斜坡的高度不能超过25 m.答案：(1)2 m/s2 (2)斜坡的高度不能超过25 m,【规律方法】解传送带问题时的三个注意点1.物体做匀加速运动时合外力的来源是由传送带给物体的滑动摩擦力.2.当物体和传送带一起匀速运动时物体只受到两个力的作用，即重力和传送带给物体的

5、支持力.3.各阶段运动状况明确以后由力学公式和运动学公式进行求解运算.,【变式备选】如图所示，一水平传送带长为20 m，以2 m/s的速度做匀速运动.已知某物体与传送带间的动摩擦因数为0.1，现将该物体由静止轻放到传送带的A端.求物体被送到另一端B点所需的时间.(g 取10 m/s2),【解析】物体受重力mg、支持力FN和向前的摩擦力f作用，由牛顿第二定律有，f=ma，又FN-mg=0,f=FN，FN=FN，解得a=g=0.110 m/s2=1 m/s2.当物体做匀加速运动达到传送带的速度v=2 m/s时，其位移为s1= m=2 m.所以物体运动2 m后与传送带一起匀速运动.,第一段加速运动的

6、时间为t1= s=2 s，第二段匀速运动的时间为t2= s=9 s.所以，物体在传送带上运动的总时间为t=t1+t2=2 s+9 s=11 s.答案:11 s,1.已知物体运动情况求受力情况时的解题思路是怎样的？提示：,2.已知物体运动情况求受力情况时的解题步骤是怎样的？提示：(1)确定研究对象，对研究对象进行运动过程分析和受力分析，并画出运动草图和受力图.(2)根据物体的运动情况，应用运动学公式求出物体的加速度.(3)应用牛顿运动定律推断或求出物体受到的合外力.(4)根据物体的受力情况和合力求出未知的力.,【知识归纳】动力学问题的解题思路及步骤(1)确定研究对象.(2)对物体进行受力分析并画

7、出受力示意图，对物体进行运动状态的分析.(3)选择正方向或建立直角坐标系，由牛顿第二定律及运动学规律列方程.(4)计算，求解未知量.,应用牛顿第二定律的注意事项(1)牛顿第二定律F=ma，实际上是揭示了力、加速度和质量三个不同物理量之间的关系.要列牛顿第二定律的方程，就应将方程两边的物理量具体化.方程左边F是物体受到的合外力即这个质量为m的物体受到的合外力，首先要确定研究对象，对其进行受力分析.(2)求合力的方法：可以利用平行四边形定则或正交分解法.,(3)采用正交分解法时两个分力方向的选择是解题的关键.我们一般选择物体运动或运动趋势的方向所在的直线为x轴，一般情况下坐标轴的正方向与加速度方向

8、一致.选与运动或运动趋势的方向垂直的直线为y轴.,典例2 如图所示，风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力.现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室，小球孔径略大于杆的直径.,(1)当杆在水平方向固定时，调节风力的大小，使小球在杆上做匀速运动，这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍，求小球与杆间的动摩擦因数.(2)保持小球所受的风力不变，使杆与水平方向的夹角为37并固定，则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少？(sin37=0.6,cos37=0.8),(1)求解时先由水平面上小球做匀速运动时的二力平衡求出动摩擦因数，再分析小球在杆与水平面成37角时的受力情况.(2)根据牛顿

9、第二定律列出方程，求得加速度，再由运动学方程求解.,【规范解答】(1)设小球所受风力为F，则F=0.5mg.当杆水平固定时，小球做匀速运动，则所受摩擦力f与风力F等大反向，即f=F.又因f=FN=mg，联立以上三式解得小球与杆间的动摩擦因数=0.5.(2)当杆与水平方向成=37角时，小球从静止开始沿杆加速下滑.设下滑距离s所用时间为t，小球受重力mg、风力F、杆的支持力FN和摩擦力f作用，受力分析如图所示，,由牛顿第二定律可得，沿杆的方向Fcos+mgsin-f=ma，垂直杆的方向FN+Fsinmgcos=0，又f= FN，F=0.5mg，解得小球的加速度+g(0.6-0.50.8)= g.因

10、s= at2，故小球的下滑时间为,【规律方法】解弹簧连接体问题时的三个注意点(1)在水平板与物体分离前，物体一直向下做匀加速运动，物体受重力、弹簧弹力和水平板的支持力的作用；由牛顿第二定律列动力学方程.(2)水平板和物体分离后，水平板给物体的作用力为零，物体只受两个力的作用，即重力和弹簧的弹力的作用.(3)弹簧形变量和物体移动位移大小相等.,【变式备选】一根劲度系数为k,质量不计的轻弹簧，上端固定,下端系一质量为m的物体,有一水平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度，如图所示.现让平板由静止开始以加速度a(ag)匀加速向下移动.求经过多长时间平板开始与物体分离.,【解析】设物体与平板一起向下运动

11、的位移为s时，弹簧形变量x和s大小相等，物体受重力mg，弹簧的弹力F=kx和平板的支持力FN作用.据牛顿第二定律有：mg-kx-FN=ma得FN=mg-kx-ma当FN=0时，物体与平板分离，所以此时x=因为s= at2，所以t= 答案：,典例3 在水平地面上有两个彼此接触的物体A和B，它们的质量分别为m1和m2，与地面间的动摩擦因数均为，若用水平推力F作用于A物体，使A、B一起向前做匀加速直线运动，如图所示，求两物体间的相互作用力为多大？若将F作用于B物体，则A、B间的相互作用力又为多大？,【规范解答】(1)当F作用于A物体时，以 A、B为研究对象对其受力分析如图所示，由牛顿第二定律可得：F

12、-(m1+m2)g=(m1+m2)a所以a= -g再以B为研究对象，其受力如图所示，由牛顿第二定律可得F1f2m2af2=m2g,则A、B间的相互作用力F1为：F1=,(2)当F作用于B时，应用同样的方法可求A、B间的相互作用力F2=答案：,【规律方法】连接体问题的处理方法：先以整体为研究对象求加速度，然后运用隔离法，选取其中一部分作为研究对象，求相互作用力(内力).,1.质量为3 kg的质点，所受到的合外力的大小为1.5 N，则该质点做匀变速直线运动的加速度为( )A.0.5 m/s2 B.1.5 m/s2 C.3 m/s2 D.4.5 m/s2【解析】选A.此题已知物体的受力情况求运动情况

13、，由牛顿第二定律F合=ma可得a= 代入数据可得a=0.5 m/s2,故A正确.,2.质量为3 kg的质点，在向上的拉力作用下，竖直向上做匀变速直线运动的加速度为0.5 m/s2，则该质点所受到的拉力的大小为(g取10 m/s2)( )A.1.5 N B.21.5 N C.31.5 N D.37.5 N【解析】选C.由牛顿第二定律F合=ma可得，F-mg=ma, 拉力F=m(g+a)=31.5 N,故C正确.,3.(2011江门高一检测)(双选)如图所示，两个质量分别为m1=2 kg、m2=3 kg的物体置于光滑的水平面上，中间用轻质弹簧测力计连接.两个大小分别为F1=30 N、F2=20 N

14、的水平拉力分别作用在m1、m2上，则( )A.弹簧测力计的示数是10 NB.弹簧测力计的示数是26 NC.在突然撤去F2的瞬间，弹簧测力计的示数不变D.在突然撤去F1的瞬间，m1的加速度不变,【解析】选B、C.设弹簧测力计的弹力为F，加速度为a.对系统：F1-F2=(m1m2)a，对m1：F1-F=m1a，联立两式解得：a=2 m/s2，F=26 N，故A项错误，B正确；在突然撤去F2的瞬间，由于弹簧测力计两端都有物体，而物体的位移不能发生突变，所以弹簧的长度在撤去F2的瞬间没变化，弹簧测力计的弹力不变，故C项正确；若突然撤去F1，物体m1的合外力方向向左，而没撤去F1时合外力方向向右，所以m

15、1的加速度发生变化，故D项错误.,4.如图a所示，用一水平外力F推着一个静止在倾角为的光滑斜面上的物体，逐渐增大F，物体做变加速运动，其加速度a随外力F变化的图象如图b所示，若重力加速度g取10 m/s2.根据图b中所提供的信息不能计算出( ),A.物体的质量B.斜面的倾角C.物体能静止在斜面上所施加的最小外力D.加速度为6 m/s2时物体的速度,【解析】选D.分析物体受力，由牛顿第二定律得：Fcos-mgsin=ma，由F=0时，a=-6 m/s2，得=37.由a= -gsin和a-F图线知： 得：m=2 kg.物体静止时的最小外力Fmincos=mgsin，Fmin=mgtan=15 N，

16、无法求出物体加速度为6 m/s2时的速度，因物体的加速度是变化的，对应时间也未知，故选D.,5.如图所示，质量m=5.0 kg的木箱放在水平地板上，对木箱施加一个F=10 N的水平向右的推力，推力F作用的时间t=10 s，木箱从静止沿直线滑动距离s=10 m.求：(1)木箱运动的加速度a的大小.(2)木箱与地板间的动摩擦因数.,【解析】(1)木箱由静止开始在t=10 s内的位移s=10 m由s= at2知：a= m/s2=0.2 m/s2(2)对木箱受力分析如图，在水平方向上由牛顿第二定律：F-f=ma，f=FN=mg得mg=F-ma即= =0.18答案：(1)0.2 m/s2 (2)0.18

17、,一、选择题(本题共5小题，每小题5分，共25分)1.某步枪子弹的出口速度达100 m/s，若步枪的枪膛长0.5 m，子弹的质量为20 g，若把子弹在枪膛内的运动看做匀变速直线运动，则高压气体对子弹的平均作用力为( )A.1102 N B.2102 NC.2105 N D.2104 N,【解析】选B.根据v2=2as，a= m/s2=1104 m/s2，再根据F=ma=2010-31104 N=2102 N，故B正确.,2.一质量为m的人站在电梯中，电梯加速上升，加速度大小为 g,则人受电梯底部的支持力为( )A. mg B.2mg C.mg D. mg【解析】选D.人的受力如图所示.由牛顿第

18、二定律得F-mg=ma= mg,所以F= mg.则人受电梯底部的支持力为 mg.D正确.,3.如图甲所示，放在光滑水平面上的木块受到两个水平力F1与F2的作用静止不动.现保持F1不变，F2大小变化如图乙所示，则在此过程中，能正确描述木块运动情况的速度图象是下列选项中的( ),【解析】选D.由于F2均匀减小到零然后又均匀增大到原值，所以木块受到的合外力的变化情况为先增大后减小到零，根据牛顿第二定律知物体加速度也是先增大后减小到零，而速度一直在增大，最后达到最大值.符合上述规律的v-t图象只有D项.,4.(2011衡水高一检测)雨滴从空中由静止落下，若雨滴下落时空气对其阻力随雨滴下落速度的增大而增

19、大，如图所示的图象能正确反映雨滴下落运动情况的是( ),【解析】选C.雨滴速度增大时，阻力也增大，由牛顿第二定律得a= 故加速度逐渐减小，最终雨滴做匀速运动.,5.(2011郑州高一检测)如图所示，位于竖直平面内的固定光滑圆环轨道与水平面相切于M点，与竖直墙壁相切于A点，竖直墙壁上另一点B与M的连线和水平面的夹角为60，C是圆环轨道的圆心已知在同一时刻，a、b两球分别由A、B两点从静止开始沿光滑倾斜直轨道AM、BM运动到M点,c球由C点自由下落到M点则( ),Aa球最先到达M点Bb球最先到达M点Cc球最先到达M点Db球和c球都可能最先到达M点,【解析】选C.设圆的半径为R，则 gsin 45t

20、A2，2R gsin 60tB2，R gtC2，可得：tA 故有tBtAtC，故C正确,二、非选择题(本题共3小题，共25分，要有必要的文字叙述)6.(8分)如图所示，表示某人站在与水平方向成角的、以加速度a向上运动的自动扶梯的台阶上，人的质量为m，鞋底与台阶的动摩擦因数为，求此时人所受的摩擦力.,【解析】如图建立坐标系，并将加速度a沿已知力的方向正交分解，水平方向：a2=a cos由牛顿第二定律得：f=ma2=macos故摩擦力f的大小为macos，方向为水平向右.答案:macos，方向为水平向右,7(8分)一斜面放在水平地面上，倾角=53，一个质量为0.2 kg的小球用细绳吊在斜面顶端，如

21、图所示，斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计斜面与水平面的摩擦，当斜面以10 m/s2的加速度向右运动时，求细绳的拉力及斜面对小球的弹力.(g取10 m/s2),【解析】设小球刚刚脱离斜面时斜面向右的加速度为a0，此时斜面对小球的支持力恰好为零，小球只受到重力和细绳的拉力，且细绳仍然与斜面平行.对小球受力分析如图所示.易知mgcot=ma0代入数据解得：a0=7.5 m/s2因为a10 m/s2a0，所以当斜面以10 m/s2的加速度向右运动时小球已离开斜面，斜面对小球的弹力N=0,同理，由受力分析可知，细绳的拉力为F= 2.83 N此时细绳拉力F与水平方向的夹角为=arctan =

22、45答案：2.83 N,与水平方向成45角 0,【规律方法】“三种方法”处理动力学临界问题(1)极限法：在题目中如出现“最大”、“最小”、“刚好”等词语时，一般隐含着临界问题，处理这类问题时，可以把物理过程(或问题)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，达到尽快求解的目的.(2)假设法：有些物理过程中没有明显出现临界问题的线索，但在变化过程中有可能出现临界问题，也可能不出现临界问题，解答这类问题一般用假设法.(3)数学方法：将物理过程转化为数学公式，根据数学表达式求解得出临界条件.,8.(挑战能力)(9分)如图所示，在倾角为的光滑斜面上端系有一劲度系数为k的轻质弹簧，弹簧下端连一个质量为

23、m的小球，球被一垂直于斜面的挡板A挡住，此时弹簧没有形变.若挡板A以加速度a(agsin)沿斜面向下匀加速运动，问：(1)小球向下运动多少距离时速度最大？(2)从开始运动到小球与挡板分离所经历的时间为多少？,【解析】(1)球和挡板分离后做加速度减小的加速运动，当加速度为零时，速度最大，此时小球所受合力为零.即kxm=mgsin，解得xm=(2)设球与挡板分离时位移为s，经历的时间为t，从开始运动到分离的过程中，m受竖直向下的重力，垂直斜面向上的支持力FN、沿斜面向上的挡板支持力F1和弹簧弹力F.据牛顿第二定律有mgsin-F-F1=ma，F=kx.,随着x的增大，F增大，所以F1减小，保持a不变，当球与挡板分离时，x增大到等于s，F1减小到零，则有：mgsin-ks=ma，又s= at2联立解得mgsin-k at2=ma，解得t=答案：(1) (2),