高中物理 4.5牛頓第二定律的應(yīng)用同步教學課件 粵教版必修1

1、,1.請結(jié)合教材例1總結(jié)：已知物體的受力情況求解物體的運動情況的解題思路是怎樣的呢？提示：具體解題思路如下：,2.已知物體受力情況確定運動情況時的解題步驟是怎樣的？提示：(1)確定研究對象，對其進行受力分析，并畫出受力圖.(2)求出物體所受的合外力.(3)應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度.(4)結(jié)合物體運動的初始條件，應(yīng)用運動學公式，求出物體任意時刻的位移和速度，畫出運動軌跡簡圖.,1.受力分析的判斷依據(jù)(1)條件判斷：依據(jù)各種性

2、質(zhì)的力的產(chǎn)生條件判斷力是否存在，一般不需要畫出“合力”或“分力”的示意圖.(2)根據(jù)效果判斷：力的作用效果與物體的運動狀態(tài)間有互制的關(guān)系，結(jié)合物體的運動狀態(tài)分析物體的受力.(3)相互作用判斷：根據(jù)力的相互性，分析物體的受力.(4)為使問題簡單化，常忽略某些次要的力，如物體在空中下落，忽略空氣阻力，輕桿、輕繩等輕質(zhì)物體的重力一般情況下不考慮.,2.受力分析的基本方法(1)明確研究對象，即明確對誰進行受力分析.(2)把要研究的物體

3、從周圍的環(huán)境中隔離出來.(3)按順序分析物體的受力情況，畫出受力的示意圖.,已知受力情況,確定物體的運動情況1.解題思路: 2.解題步驟(1)確定研究對象.(2)分析受力，畫受力示意圖.(3)求合外力.,(4)由F=ma求加速度.(5)由運動學公式 求運動參量.,典例1 (2011·哈爾濱高一檢測)在海濱游樂場有一種滑沙的娛樂活動．如圖所示，人坐在滑板上從斜坡的高處A點由靜止開始下滑，滑

4、到斜坡底部B點后沿水平滑道再滑行一段距離到C點停下來，斜坡滑道與水平滑道間是平滑連接的，滑板與兩滑道間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，不計空氣阻力，重力加速度g＝10 m/s2，斜坡傾角θ＝37°.(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8),(1)若人和滑板的總質(zhì)量為m＝60 kg，求人在斜坡上下滑時的加速度大小．(2)若由于受到場地的限制，A點到C點的水平距離為x＝50 m，為確保人身安全，假如你是設(shè)

5、計師，你認為在設(shè)計斜坡滑道時，對高度h應(yīng)有怎樣的要求？,解答本題應(yīng)注意以下三點：(1)正確地對人和滑板進行受力分析.(2)根據(jù)牛頓第二定律求出加速度.(3)結(jié)合運動學公式設(shè)計斜坡滑道高度.,【規(guī)范解答】(1)在斜坡上下滑時，由牛頓第二定律得： mgsinθ－f＝ma ①FN－mgcosθ＝0 ② f＝μFN

6、 ③聯(lián)立①②③得：a＝gsinθ－μgcosθ＝2 m/s2,(2)設(shè)滑至底端時的速度為v，由運動學公式可知：v2＝2a ④沿BC段前進時的加速度a′＝μmg/m＝μg ⑤沿BC段滑行的距離L＝v2/2a′ ⑥為確保人身安

7、全，則L＋hcotθ≤x ⑦聯(lián)立④⑤⑥⑦解得h≤25 m，故斜坡的高度不能超過25 m.答案：(1)2 m/s2 (2)斜坡的高度不能超過25 m,【規(guī)律方法】解傳送帶問題時的三個注意點1.物體做勻加速運動時合外力的來源是由傳送帶給物體的滑動摩擦力.2.當物體和傳送帶一起勻速運動時物體只受到兩個力的作用，即重力和傳送帶給物體的支持力.3.各階段運動狀況明確以后由力學公式和運動學公式進行求解運算.,【

8、變式備選】如圖所示，一水平傳送帶長為20 m，以2 m/s的速度做勻速運動.已知某物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.1，現(xiàn)將該物體由靜止輕放到傳送帶的A端.求物體被送到另一端B點所需的時間.(g 取10 m/s2),【解析】物體受重力mg、支持力FN和向前的摩擦力f作用，由牛頓第二定律有，f=ma，又FN-mg=0,f=μFN′，F(xiàn)N′=FN，解得a=μg=0.1×10 m/s2=1 m/s2.當物體做勻加速運動達到傳送帶的

9、速度v=2 m/s時，其位移為s1= m=2 m.所以物體運動2 m后與傳送帶一起勻速運動.,第一段加速運動的時間為t1= s=2 s，第二段勻速運動的時間為t2= s=9 s.所以，物體在傳送帶上運動的總時間為t=t1+t2=2 s+9 s=11 s.答案:11 s,1.已知物體運動情況求受力情況時的解題思路是怎樣的？提示：,2.已知物體運動情況求受力情況時的解題步驟是怎樣的？提示

10、：(1)確定研究對象，對研究對象進行運動過程分析和受力分析，并畫出運動草圖和受力圖.(2)根據(jù)物體的運動情況，應(yīng)用運動學公式求出物體的加速度.(3)應(yīng)用牛頓運動定律推斷或求出物體受到的合外力.(4)根據(jù)物體的受力情況和合力求出未知的力.,【知識歸納】動力學問題的解題思路及步驟(1)確定研究對象.(2)對物體進行受力分析并畫出受力示意圖，對物體進行運動狀態(tài)的分析.(3)選擇正方向或建立直角坐標系，由牛頓第二定律及運動學規(guī)律列方

11、程.(4)計算，求解未知量.,應(yīng)用牛頓第二定律的注意事項(1)牛頓第二定律F=ma，實際上是揭示了力、加速度和質(zhì)量三個不同物理量之間的關(guān)系.要列牛頓第二定律的方程，就應(yīng)將方程兩邊的物理量具體化.方程左邊F是物體受到的合外力即這個質(zhì)量為m的物體受到的合外力，首先要確定研究對象，對其進行受力分析.(2)求合力的方法：可以利用平行四邊形定則或正交分解法.,(3)采用正交分解法時兩個分力方向的選擇是解題的關(guān)鍵.我們一般選擇物體運動或運動趨

12、勢的方向所在的直線為x軸，一般情況下坐標軸的正方向與加速度方向一致.選與運動或運動趨勢的方向垂直的直線為y軸.,典例2 如圖所示，風洞實驗室中可產(chǎn)生水平方向的、大小可調(diào)節(jié)的風力.現(xiàn)將一套有小球的細直桿放入風洞實驗室，小球孔徑略大于桿的直徑.,(1)當桿在水平方向固定時，調(diào)節(jié)風力的大小，使小球在桿上做勻速運動，這時小球所受的風力為小球所受重力的0.5倍，求小球與桿間的動摩擦因數(shù).(2)保持小球所受的風力不變，使桿與水平方向的夾角為37

13、°并固定，則小球從靜止出發(fā)在細桿上滑下距離s所需時間為多少？(sin37°=0.6,cos37°=0.8),(1)求解時先由水平面上小球做勻速運動時的二力平衡求出動摩擦因數(shù)，再分析小球在桿與水平面成37°角時的受力情況.(2)根據(jù)牛頓第二定律列出方程，求得加速度，再由運動學方程求解.,【規(guī)范解答】(1)設(shè)小球所受風力為F，則F=0.5mg.當桿水平固定時，小球做勻速運動，則所受摩擦力f與風力F等

14、大反向，即f=F.又因f=μFN=μmg，聯(lián)立以上三式解得小球與桿間的動摩擦因數(shù)μ=0.5.(2)當桿與水平方向成θ=37°角時，小球從靜止開始沿桿加速下滑.設(shè)下滑距離s所用時間為t，小球受重力mg、風力F、桿的支持力F′N和摩擦力f′作用，受力分析如圖所示，,由牛頓第二定律可得，沿桿的方向Fcosθ+mgsinθ-f′=ma，垂直桿的方向F′N+Fsinθ－mgcosθ=0，又f′= μF′N，F(xiàn)=0.5mg，

15、解得小球的加速度+g(0.6-0.5×0.8)= g.因s= at2，故小球的下滑時間為,【規(guī)律方法】解彈簧連接體問題時的三個注意點(1)在水平板與物體分離前，物體一直向下做勻加速運動，物體受重力、彈簧彈力和水平板的支持力的作用；由牛頓第二定律列動力學方程.(2)水平板和物體分離后，水平板給物體的作用力為零，物體只受兩個力的作用，即重力和彈簧的彈力的作用.(3)彈簧形變量和物體移動位移大小相等.,【變式備選】

16、一根勁度系數(shù)為k,質(zhì)量不計的輕彈簧，上端固定,下端系一質(zhì)量為m的物體,有一水平板將物體托住,并使彈簧處于自然長度，如圖所示.現(xiàn)讓平板由靜止開始以加速度a(a＜g)勻加速向下移動.求經(jīng)過多長時間平板開始與物體分離.,【解析】設(shè)物體與平板一起向下運動的位移為s時，彈簧形變量x和s大小相等，物體受重力mg，彈簧的彈力F=kx和平板的支持力FN作用.據(jù)牛頓第二定律有：mg-kx-FN=ma得FN=mg-kx-ma當FN=0時，物體

17、與平板分離，所以此時x=因為s= at2，所以t= 答案：,典例3 在水平地面上有兩個彼此接觸的物體A和B，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，與地面間的動摩擦因數(shù)均為μ，若用水平推力F作用于A物體，使A、B一起向前做勻加速直線運動，如圖所示，求兩物體間的相互作用力為多大？若將F作用于B物體，則A、B間的相互作用力又為多大？,【規(guī)范解答】(1)當F作用于A物體時，以 A、B為研究對象對其受力分析如圖所示，由牛頓第二定律可得：F

18、-μ(m1+m2)g=(m1+m2)a所以a= -μg再以B為研究對象，其受力如圖所示，由牛頓第二定律可得F1－f2＝m2af2=μm2g,則A、B間的相互作用力F1為：F1=,(2)當F作用于B時，應(yīng)用同樣的方法可求A、B間的相互作用力F2=答案：,【規(guī)律方法】連接體問題的處理方法：先以整體為研究對象求加速度，然后運用隔離法，選取其中一部分作為研究對象，求相互作用力(內(nèi)力).,1.質(zhì)量為3 kg的質(zhì)點，所受到

19、的合外力的大小為1.5 N，則該質(zhì)點做勻變速直線運動的加速度為( )A.0.5 m/s2 B.1.5 m/s2 C.3 m/s2 D.4.5 m/s2【解析】選A.此題已知物體的受力情況求運動情況，由牛頓第二定律F合=ma可得a= 代入數(shù)據(jù)可得a=0.5 m/s2,故A正確.,2.質(zhì)量為3 kg的質(zhì)點，在向上的拉力作用下，豎直向上做勻變速直線運動的加速度為0.5 m/s2，則該質(zhì)點所受到的拉力的大小

20、為(g取10 m/s2)( )A.1.5 N B.21.5 N C.31.5 N D.37.5 N【解析】選C.由牛頓第二定律F合=ma可得，F(xiàn)-mg=ma, 拉力F=m(g+a)=31.5 N,故C正確.,3.(2011·江門高一檢測)(雙選)如圖所示，兩個質(zhì)量分別為m1=2 kg、m2=3 kg的物體置于光滑的水平面上，中間用輕質(zhì)彈簧測力計連接.兩個大小分別為F1=30 N、F2=20 N的水

21、平拉力分別作用在m1、m2上，則( )A.彈簧測力計的示數(shù)是10 NB.彈簧測力計的示數(shù)是26 NC.在突然撤去F2的瞬間，彈簧測力計的示數(shù)不變D.在突然撤去F1的瞬間，m1的加速度不變,【解析】選B、C.設(shè)彈簧測力計的彈力為F，加速度為a.對系統(tǒng)：F1-F2=(m1＋m2)a，對m1：F1-F=m1a，聯(lián)立兩式解得：a=2 m/s2，F(xiàn)=26 N，故A項錯誤，B正確；在突然撤去F2的瞬間，由于彈簧測力計兩端都有物體，而物體

22、的位移不能發(fā)生突變，所以彈簧的長度在撤去F2的瞬間沒變化，彈簧測力計的彈力不變，故C項正確；若突然撤去F1，物體m1的合外力方向向左，而沒撤去F1時合外力方向向右，所以m1的加速度發(fā)生變化，故D項錯誤.,4.如圖a所示，用一水平外力F推著一個靜止在傾角為θ的光滑斜面上的物體，逐漸增大F，物體做變加速運動，其加速度a隨外力F變化的圖象如圖b所示，若重力加速度g取10 m/s2.根據(jù)圖b中所提供的信息不能計算出( ),A.物體的質(zhì)

23、量B.斜面的傾角C.物體能靜止在斜面上所施加的最小外力D.加速度為6 m/s2時物體的速度,【解析】選D.分析物體受力，由牛頓第二定律得：Fcosθ-mgsinθ=ma，由F=0時，a=-6 m/s2，得θ=37°.由a= -gsinθ和a-F圖線知： 得：m=2 kg.物體靜止時的最小外力Fmincosθ=mgsinθ，F(xiàn)min=mgtanθ=15 N，無法求出物體加速度為6 m/

24、s2時的速度，因物體的加速度是變化的，對應(yīng)時間也未知，故選D.,5.如圖所示，質(zhì)量m=5.0 kg的木箱放在水平地板上，對木箱施加一個F=10 N的水平向右的推力，推力F作用的時間t=10 s，木箱從靜止沿直線滑動距離s=10 m.求：(1)木箱運動的加速度a的大小.(2)木箱與地板間的動摩擦因數(shù)μ.,【解析】(1)木箱由靜止開始在t=10 s內(nèi)的位移s=10 m由s= at2知：a= m/s2=0.2 m/s2

25、(2)對木箱受力分析如圖，在水平方向上由牛頓第二定律：F-f=ma，f=μFN=μmg得μmg=F-ma即μ= =0.18答案：(1)0.2 m/s2 (2)0.18,一、選擇題(本題共5小題，每小題5分，共25分)1.某步槍子彈的出口速度達100 m/s，若步槍的槍膛長0.5 m，子彈的質(zhì)量為20 g，若把子彈在槍膛內(nèi)的運動看做勻變速直線運動，則高壓氣體對子彈的平均作用力為( )A.1

26、15;102 N B.2×102 NC.2×105 N D.2×104 N,【解析】選B.根據(jù)v2=2as，a= m/s2=1×104 m/s2，再根據(jù)F=ma=20×10-3×1×104 N=2×102 N，故B正確.,2.一質(zhì)量為m的人站在電梯中，電梯加速上升，加速度大

27、小為 g,則人受電梯底部的支持力為( )A. mg B.2mg C.mg D. mg【解析】選D.人的受力如圖所示.由牛頓第二定律得F-mg=ma= mg,所以F= mg.則人受電梯底部的支持力為 mg.D正確.,3.如圖甲所示，放在光滑水平面上的木塊受到兩個水平力F1與F2的作用靜止不動.現(xiàn)保持F1不變，F(xiàn)2大小變化如圖乙所示，則在此過程中，能正確描述木塊運動情況的速度圖象是下列選

28、項中的( ),【解析】選D.由于F2均勻減小到零然后又均勻增大到原值，所以木塊受到的合外力的變化情況為先增大后減小到零，根據(jù)牛頓第二定律知物體加速度也是先增大后減小到零，而速度一直在增大，最后達到最大值.符合上述規(guī)律的v-t圖象只有D項.,4.(2011·衡水高一檢測)雨滴從空中由靜止落下，若雨滴下落時空氣對其阻力隨雨滴下落速度的增大而增大，如圖所示的圖象能正確反映雨滴下落運動情況的是( ),【解析】選C.雨滴速度增大

29、時，阻力也增大，由牛頓第二定律得a= 故加速度逐漸減小，最終雨滴做勻速運動.,5.(2011·鄭州高一檢測)如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的固定光滑圓環(huán)軌道與水平面相切于M點，與豎直墻壁相切于A點，豎直墻壁上另一點B與M的連線和水平面的夾角為60°，C是圓環(huán)軌道的圓心．已知在同一時刻，a、b兩球分別由A、B兩點從靜止開始沿光滑傾斜直軌道AM、BM運動到M點,c球由C點自由下落到M點．則( ),A．

30、a球最先到達M點B．b球最先到達M點C．c球最先到達M點D．b球和c球都可能最先到達M點,【解析】選C.設(shè)圓的半徑為R，則 gsin 45°tA2，2R＝ gsin 60°tB2，R＝ gtC2，可得：tA＝ 故有tB>tA>tC，故C正確．,二、非選擇題(本題共3小題，共25分，要有必要的文字敘述)6.(8分)如圖所示，表示某人站

31、在與水平方向成θ角的、以加速度a向上運動的自動扶梯的臺階上，人的質(zhì)量為m，鞋底與臺階的動摩擦因數(shù)為μ，求此時人所受的摩擦力.,【解析】如圖建立坐標系，并將加速度a沿已知力的方向正交分解，水平方向：a2=a cosθ由牛頓第二定律得：f=ma2=macosθ故摩擦力f的大小為macosθ，方向為水平向右.答案:macosθ，方向為水平向右,7．(8分)一斜面放在水平地面上，傾角θ=53°，一個質(zhì)量為0.2 k

32、g的小球用細繩吊在斜面頂端，如圖所示，斜面靜止時，球緊靠在斜面上，繩與斜面平行，不計斜面與水平面的摩擦，當斜面以10 m/s2的加速度向右運動時，求細繩的拉力及斜面對小球的彈力.(g取10 m/s2),【解析】設(shè)小球剛剛脫離斜面時斜面向右的加速度為a0，此時斜面對小球的支持力恰好為零，小球只受到重力和細繩的拉力，且細繩仍然與斜面平行.對小球受力分析如圖所示.易知mgcotθ=ma0代入數(shù)據(jù)解得：a0=7.5 m/s2因為a

33、＝10 m/s2>a0，所以當斜面以10 m/s2的加速度向右運動時小球已離開斜面，斜面對小球的彈力N=0,同理，由受力分析可知，細繩的拉力為F= ≈2.83 N此時細繩拉力F與水平方向的夾角為θ=arctan =45°答案：2.83 N,與水平方向成45°角 0,【規(guī)律方法】“三種方法”處理動力學臨界問題(1)極限法：在題目中如出現(xiàn)“最大”、“最小”、“剛好”等詞語

34、時，一般隱含著臨界問題，處理這類問題時，可以把物理過程(或問題)推向極端，從而使臨界現(xiàn)象(或狀態(tài))暴露出來，達到盡快求解的目的.(2)假設(shè)法：有些物理過程中沒有明顯出現(xiàn)臨界問題的線索，但在變化過程中有可能出現(xiàn)臨界問題，也可能不出現(xiàn)臨界問題，解答這類問題一般用假設(shè)法.(3)數(shù)學方法：將物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學公式，根據(jù)數(shù)學表達式求解得出臨界條件.,8.(挑戰(zhàn)能力)(9分)如圖所示，在傾角為θ的光滑斜面上端系有一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧，彈

35、簧下端連一個質(zhì)量為m的小球，球被一垂直于斜面的擋板A擋住，此時彈簧沒有形變.若擋板A以加速度a(a＜gsinθ)沿斜面向下勻加速運動，問：(1)小球向下運動多少距離時速度最大？(2)從開始運動到小球與擋板分離所經(jīng)歷的時間為多少？,【解析】(1)球和擋板分離后做加速度減小的加速運動，當加速度為零時，速度最大，此時小球所受合力為零.即kxm=mgsinθ，解得xm=(2)設(shè)球與擋板分離時位移為s，經(jīng)歷的時間為t，從開始運動到分離