物理：4.6《用牛顿运动定律解决问题(一)》课件(新人教版必修1).ppt

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1、第四章牛顿运动定律第四章牛顿运动定律学案学案6 6 用牛顿运动定律解决问题（一）用牛顿运动定律解决问题（一）名师伴你行 2008年年9月月25日，日，我国三名航天员乘坐中我国三名航天员乘坐中国自己研制的国自己研制的“神舟神舟”七号飞船在太空飞行了七号飞船在太空飞行了3天，并进行了太空行天，并进行了太空行走，于走，于9月月28日日17时时37分降落在内蒙古四子王分降落在内蒙古四子王旗中部草原。旗中部草原。我国的科学工作者我国的科学工作者可以根据飞船的受力情可以根据飞船的受力情况确定飞船在任意时刻况确定飞船在任意时刻的位置和速度，当然，的位置和速度，当然，这种计算很复杂，是由这种计算很复杂，是由电

2、子计算机来完成的。电子计算机来完成的。请你大致描述一下他们请你大致描述一下他们解决这一问题的思路。解决这一问题的思路。学点学点1 从受力确定运动情况从受力确定运动情况 （1）已知受力确定运动情况的基本思路）已知受力确定运动情况的基本思路 受力分析受力分析 运动学公式运动学公式 及正交分解及正交分解 （2）已知受力确定运动情况的解题步骤）已知受力确定运动情况的解题步骤 确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力示意图。的受力示意图。根据力的合成与分解的方法，求出物体所受的合力（包根据力的合成与分解的方法，求出物体所受的合力（包括大小和方

3、向）。括大小和方向）。根据牛顿第二定律列方程。求出物体的加速度。根据牛顿第二定律列方程。求出物体的加速度。结合给定的物体运动的初始条件，选择运动学公式，求结合给定的物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需的运动参量。出所需的运动参量。受力情况受力情况加速度加速度a运动情况运动情况【例例1】一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下，山坡的倾角一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下，山坡的倾角=30，滑雪板，滑雪板 与雪地的动摩擦因数是与雪地的动摩擦因数是0.04，求，求5 s内滑下来的路程和内滑下来的路程和5 s末的速度大小。末的速度大小。（取（取g=10 m/s2）【答案答案】58 m 23.3 m/s【解

4、析解析】以滑雪人为研究对象，受力情况如图以滑雪人为研究对象，受力情况如图4-6-1所示。所示。研究对象的运动状态为：垂直于山坡方向处于平衡，沿山坡方向做匀加速研究对象的运动状态为：垂直于山坡方向处于平衡，沿山坡方向做匀加速直线运动。直线运动。将重力将重力mg分解为垂直于山坡方向和沿山坡方向的分力，据牛顿第二定律分解为垂直于山坡方向和沿山坡方向的分力，据牛顿第二定律列方程：列方程：FN-mgcos=0 mgsin-F=ma 又因为又因为F=FN 由由可得可得:a=g(sin-cos)故故x=1/2at2=1/2g(sin-cos)t2=1/210(1/2-0.04 )52 m58 m v=at=

5、10(1/2-0.04 )5 m/s=23.3 m/s。图图4-6-14-6-1【评析评析】这是一个典型的已知物体的受力情况求物体的运动情况的问题，解这是一个典型的已知物体的受力情况求物体的运动情况的问题，解 据据F=ma决此类问题的基本思路是：根据受力分析决此类问题的基本思路是：根据受力分析 确定合力确定合力 确定加速度确定加速度 据运动学公式据运动学公式a 确定运动情况。确定运动情况。一质点从距离光滑的斜面底端一质点从距离光滑的斜面底端10 m处以速处以速度度v0=10 m/s沿着斜面上滑，已知斜面的倾沿着斜面上滑，已知斜面的倾角角=30，求质点滑到斜面底端所用的时间。，求质点滑到斜面底端

6、所用的时间。【答案】4.83s （1）从运动情况确定受力的基本思路）从运动情况确定受力的基本思路 运动学公式运动学公式 受力情况受力情况 说明：说明：求解动力学的两类问题，其中，受力分析是基础，牛求解动力学的两类问题，其中，受力分析是基础，牛顿第二定律和运动学公式是工具，加速度是桥梁顿第二定律和运动学公式是工具，加速度是桥梁。（2）从运动情况确定受力的解题步骤）从运动情况确定受力的解题步骤 确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图；并画出物体的受力示意图；选择合适的运动学公式，求出物体的加速度；选择合适的运动学公式，

7、求出物体的加速度；根据牛顿第二定律列方程，求出物体所受的合力；根据牛顿第二定律列方程，求出物体所受的合力；根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力。根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力。运动情况运动情况加速度加速度a运动情况运动情况 如果已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加如果已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的力。速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的力。学点学点2 从运动情况确定受力从运动情况确定受力【例例2】如图如图4-6-2所示，一位滑雪者如果以所示，一位滑雪者如果以v020 m/s的初的初 速度沿直线冲

8、上一倾角为速度沿直线冲上一倾角为30的山坡，从冲坡开始计的山坡，从冲坡开始计 时，至时，至3.8 s末，雪橇速度变为零。末，雪橇速度变为零。如果雪橇与人的质如果雪橇与人的质 量共为量共为m=80 kg，求滑雪人受到的阻力是多少？（取，求滑雪人受到的阻力是多少？（取 g=10 m/s2）【答案答案】20.8 N，沿斜面向下，沿斜面向下图图4-6-2【评析评析】这是典型地根据这是典型地根据运动情况确定受力情况的运动情况确定受力情况的问题。对于这一类问题关问题。对于这一类问题关键是理清基本的解题思路，键是理清基本的解题思路，做好受力分析，把握好加做好受力分析，把握好加速度速度a这一桥梁。这一桥梁。【

9、解析解析】如图如图4-6-3所示，建立坐标系，以所示，建立坐标系，以v0方向为方向为x轴的轴的正方向，并将重力进行分解。正方向，并将重力进行分解。G1=Gsin30G2=Gcos30 在在x方向上，方向上，为物体受到的阻力大小；在为物体受到的阻力大小；在y方向上，方向上，因为物体的运动状态没有变化，所以重力的一个分力因为物体的运动状态没有变化，所以重力的一个分力等于斜坡的支持力等于斜坡的支持力FN。FN 沿沿x方向可建立方程方向可建立方程 -F3-G1=ma 又因为又因为a=(v1-v0)/t 所以所以a=(0-20)/3.8 m/s2-5.26 m/s2。其中其中“”号表示加速度方向与号表示

10、加速度方向与x轴正方向相反。轴正方向相反。又因为又因为G1=mgsin30 所以所以F3=1012 N-80(-5.26)N=-400 N+420.8 N=20.8 N，方向沿斜面向下。，方向沿斜面向下。图图4-6-3质量质量m=1.5 kg的物块（可视为质点），在水平恒力的物块（可视为质点），在水平恒力F作作用下，从水平面上用下，从水平面上点由静止开始运动，运动一段距离点由静止开始运动，运动一段距离撤去该力，物块继续滑行撤去该力，物块继续滑行t=2.0 s后停在后停在B点点,已知已知A、B两点间的距离两点间的距离s=5.0 m，物块与水平面间的动摩擦因数，物块与水平面间的动摩擦因数=0.20

11、，求恒力，求恒力F的大小。（取的大小。（取g=10 m/s2）【答案】15N (3)连接体问题连接体问题 利用牛顿第二定律处理连接体问题时常用的方法是整体利用牛顿第二定律处理连接体问题时常用的方法是整体法与隔离法。法与隔离法。整体法：整体法：当系统中各物体的加速度相同时，我们可以当系统中各物体的加速度相同时，我们可以把系统内的所有物体看成一个整体，这个整体的质量等于各把系统内的所有物体看成一个整体，这个整体的质量等于各物体的质量之和，当整体受到的外力物体的质量之和，当整体受到的外力F已知时，可用牛顿第已知时，可用牛顿第二定律求出整体的加速度，这种处理问题的思维方法叫做整二定律求出整体的加速度，

12、这种处理问题的思维方法叫做整体法。体法。隔离法：隔离法：从研究的方便出发，当求系统内物体间相互从研究的方便出发，当求系统内物体间相互作用的内力时，常把某个物体从系统中作用的内力时，常把某个物体从系统中“隔离隔离”出来，进行出来，进行受力分析，依据牛顿第二定律列方程，这种处理连接体问题受力分析，依据牛顿第二定律列方程，这种处理连接体问题的思维方法叫做隔离法。的思维方法叫做隔离法。说明：说明：处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，一般的思路是先用其中一种方法求加速度，再用另一种用，一般的思路是先用其中一种方法求加速度，再用另一种方法求物体间的作用力

13、或系统所受合外力方法求物体间的作用力或系统所受合外力.【例【例3】如图】如图4-6-4所示所示,光滑水平面上放置质量光滑水平面上放置质量 分别为分别为m、2m的的A、B两个物体，两个物体，A、B间间 的最大静摩擦力为的最大静摩擦力为mg，现用水平拉力，现用水平拉力F 拉拉B，使，使AB以同一加速度运动，则拉力以同一加速度运动，则拉力F 的最大值为（的最大值为（）A.mg B.2mg C.3mg D.4mg【解析解析】当当A、B之间恰好不发生相对之间恰好不发生相对滑动时力滑动时力F最大，此时，对于最大，此时，对于A物体所受的合外力为物体所受的合外力为mg 由牛顿第二定律知由牛顿第二定律知aA=m

14、g/m=g 对于对于AB整体，加速度整体，加速度a=aA=g 由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F=3ma=3mg图图4-6-44-6-4【评析评析】整体法和隔离法是高中物理常用的方法，特别是整体法和隔离法是高中物理常用的方法，特别是涉及到两个或两个以上的物体时，往往用到此法，但并不涉及到两个或两个以上的物体时，往往用到此法，但并不是任何两个物体都可以看作整体，只有两物体加速度相同是任何两个物体都可以看作整体，只有两物体加速度相同时才可看作整体法。时才可看作整体法。C C如图如图-6-5所示，光滑水平面上并排放置着所示，光滑水平面上并排放置着A、B两个物体，两个物体，mA=5 kg，mB=3 k

15、g，用，用F=16 N的的水平外力推动这两个物体，使它们共同做匀加水平外力推动这两个物体，使它们共同做匀加速直线运动，求速直线运动，求A、B间弹力的大小。间弹力的大小。【答案答案】6 N图图4-6-54-6-5 （4）瞬时加速度问题）瞬时加速度问题 分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻物体的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加物体的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。此类问题应注意两种基本模型的建立。速度。此类问题应注意两种基本模型的建立。刚性绳（或接触面）：刚性绳（或接触面）：一种不发生明显形变就能产生一种

16、不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断（或脱离）后，弹力立即改变或消失，不弹力的物体，剪断（或脱离）后，弹力立即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理。在不加特殊说明时，均可按此模型处理。弹簧（或橡皮绳）：弹簧（或橡皮绳）：此种物体的特点是形变量大，形此种物体的特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成是不变的。以看成是不变的。说明：说明：力和加速度的瞬时对应性是高考的重点。物体力和加速度的瞬时对

17、应性是高考的重点。物体的受力情况应符合物体的运动状态，当外界因素发生变化的受力情况应符合物体的运动状态，当外界因素发生变化（如撤力、变力、断绳等）时，需重新进行运动分析和受力（如撤力、变力、断绳等）时，需重新进行运动分析和受力分析，切忌想当然！分析，切忌想当然！细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能发生突变。细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能发生突变。【例例4】如图如图4-6-6甲所示，一质量为甲所示，一质量为m的物体系于长度的物体系于长度 分别为分别为L1、L2的两根细线上，的两根细线上，L1的一端悬挂在天花的一端悬挂在天花 板上，与竖直方向夹角为板上，与竖直方向夹角为，L2水平拉直，物体处水平

18、拉直，物体处 于平衡状态。求解下列问题：于平衡状态。求解下列问题：（1）现将线）现将线L2剪断，求剪断剪断，求剪断L2的瞬时物体的加速度；的瞬时物体的加速度；（2）若将图）若将图4-6-6甲中的细线甲中的细线L1换成长度相同，质量换成长度相同，质量 不计的轻弹簧，如图不计的轻弹簧，如图4-6-6乙所示，其他条件不乙所示，其他条件不 变，求剪断变，求剪断L2的瞬间物体的加速度。的瞬间物体的加速度。【解析解析】（1）当线）当线L2被剪断的瞬间，因细线被剪断的瞬间，因细线L2对球的弹力突然消失，而引起对球的弹力突然消失，而引起L1上上的张力发生突变，使物体的受力情况改变，瞬时加速度沿垂直的张力发生突

19、变，使物体的受力情况改变，瞬时加速度沿垂直L1斜向下方，为斜向下方，为 a=gsin （2）当线）当线L2被剪断时，细线被剪断时，细线L2对球的弹力突然消失，而弹簧的形变还来不及对球的弹力突然消失，而弹簧的形变还来不及变化（变化要有一个过程，不能突变），因而弹簧的弹力不变，它与重力的合力变化（变化要有一个过程，不能突变），因而弹簧的弹力不变，它与重力的合力与细线与细线L2对球的弹力是一对平衡力，等值反向，所以线对球的弹力是一对平衡力，等值反向，所以线L2剪断时的瞬时加速度为剪断时的瞬时加速度为a=gtan，方向水平向右。，方向水平向右。图图4-6-4-6-6 6【评析评析】求解此题应注意以下两

20、点：求解此题应注意以下两点：（1）其他力改变时，弹簧的弹力不能在瞬间发生突变。）其他力改变时，弹簧的弹力不能在瞬间发生突变。（2）其他力改变时，细绳上的弹力可以在瞬间发生突变。）其他力改变时，细绳上的弹力可以在瞬间发生突变。【答案答案】(1)gsin（2）gtan如图如图4-6-7所示，所示，A、B质量均为质量均为m，中间有，中间有一轻质弹簧相连，一轻质弹簧相连，A用绳悬于用绳悬于O点，当突然点，当突然剪断剪断OA绳时，关于绳时，关于A物体的加速度，下列物体的加速度，下列说法正确的是（说法正确的是（）A.0 B.g C.2g D.无法确定无法确定C图图4-6-4-6-7 7 学过本节知识后，你能否解释在学过本节知识后，你能否解释在“探究加速度与力、质量的关探究加速度与力、质量的关系系”的实验中，需要重物的质量的实验中，需要重物的质量m远小于小车的质量远小于小车的质量M吗？吗？需要。在重物的下落过程中，重物和小车是一连接体，二者具需要。在重物的下落过程中，重物和小车是一连接体，二者具有相同的加速度有相同的加速度a,a=mg/(M+m)对小车而言，其拉力对小车而言，其拉力 F=Ma=Mmg/(M+m)=mg/(1+m/M)由由知，只有当知，只有当 m/M 0，即，即mM时，才有时，才有F=mg，所以需要重物的质量所以需要重物的质量m远小于小车的质量远小于小车的质量M。退出退出