专题 牛顿运动定律与直线运动PPT讲稿.ppt

专题 牛顿运动定律与直线运动第1页，共43页，编辑于2022年，星期三主干知识整合主干知识整合专题二专题二 主干知识整合主干知识整合 一、匀一、匀变变速直速直线线运运动动的的规规律律1匀匀变变速直速直线线运运动动的公式的公式第2页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 主干知识整合主干知识整合 2匀匀变变速直速直线线运运动动的的规规律的律的应应用技巧用技巧(1)任任意意相相邻邻相相等等时时间间内内的的位位移移之之差差相相等等，即即xx2x1x3x2aT2，xmxn(mn)aT2.(2)某某段段时时间间的的中中间间时时刻刻的的瞬瞬时时速速度度等等于于该该段段时时间间内内的的平平均速度，即均速度，即vt/2(3)对对于于初初速速度度为为零零的的匀匀变变速速直直线线运运动动，可可尽尽量量利利用用初初速速度度为为零零的的运运动动特特点点解解题题如如第第n秒秒的的位位移移等等于于前前n秒秒的的位位移移与与前前n1秒秒的的位位移移之之差差，即即xnxnxn1an2a(n1)2a(2n1)第3页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 主干知识整合主干知识整合 (4)逆逆向向思思维维法法：将将末末速速度度为为零零的的匀匀减减速速直直线线运运动动转转换换成成初初速速度度为为零零的的匀匀加加速速直直线线运运动动处处理理末末速速度度为为零零的的匀匀减减速速直直线线运运动动，其其逆逆运运动动为为初初速速度度为为零零的的匀匀加加速速直直线线运运动动，两两者者加加速速度度相相同同如如竖竖直直上上抛抛运运动动上上升升阶阶段段的的逆逆运运动动为为自自由由落落体体运运动动，竖竖直直上上抛抛运运动动上上升升阶阶段段的的最最后后1 s内内的的位位移移与与自自由落体运由落体运动动第第1 s的位移大小相等的位移大小相等(5)加加速速度度不不变变的的匀匀减减速速直直线线运运动动涉涉及及反反向向运运动动时时(先先减减速速后后反反向向加加速速)，可可对对全全过过程程直直接接应应用用匀匀变变速速运运动动的的规规律律解解题题如如求求解解初初速速度度为为19.6 m/s的的竖竖直直上上抛抛运运动动中中3 s末末的的速速度度，可可由由vtv0gt直直接接解解得得vt9.8 m/s，负负号号说说明速度方向与初速度相反明速度方向与初速度相反第4页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 主干知识整合主干知识整合 3图图象象问题问题(1)两种两种图图象象分分类类斜率的斜率的意意义义纵轴纵轴截距截距的意的意义义图图象与象与t轴轴所所围围面面积积特例特例匀速直匀速直线线运运动动匀匀变变速速直直线线运运动动x t图图象象速度速度初位置初位置x0与与时时间间轴轴不不平平行的直行的直线线抛物抛物线线v t图图象象加速度加速度初速度初速度v0位移位移与与时时间间轴轴平平行行的直的直线线过过原点原点的直的直线线第5页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 主干知识整合主干知识整合 (2)vt图图象的特点象的特点vt图图象象上上只只能能表表示示物物体体运运动动的的两两个个方方向向，t轴轴上上方方代代表表的的是是“正正方方向向”，t轴轴下下方方代代表表的的是是“负负方方向向”，所所以以vt图图象象只只能能描描述述物物体体做做“直直线线运运动动”的情况，不能描述物体做的情况，不能描述物体做“曲曲线线运运动动”的情况的情况vt图图象的交点表示同一象的交点表示同一时时刻物体的速度相等刻物体的速度相等vt图图象不能确定物体的初始位置象不能确定物体的初始位置(3)利用运利用运动图动图象分析运象分析运动问题动问题要注意以下几点要注意以下几点确定确定图图象是象是vt图图象象还还是是xt图图象象明确明确图图象与坐象与坐标轴标轴交点的意交点的意义义第6页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 主干知识整合主干知识整合 明明确确图图象象斜斜率率的的意意义义：vt图图象象中中图图线线的的斜斜率率或或各各点点切切线线的的斜斜率率表表示示物物体体的的加加速速度度，斜斜率率的的大大小小表表示示加加速速度度的的大大小小，斜斜率率的的正正负负反反映映了了加加速速度度的的方方向向；xt图图象象中中图图线线的的斜斜率率或或各各点点切切线线的的斜斜率率表表示示物物体体的的速速度度，斜斜率率的的大大小小表表示示速速度度的的大大小小，斜斜率率的的正正负负反反映映了速度的方向了速度的方向 明确明确图图象与坐象与坐标轴标轴所所围围的面的面积积的意的意义义明确两条明确两条图线图线交点的意交点的意义义第7页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 主干知识整合主干知识整合 二、牛顿第二定律的四性二、牛顿第二定律的四性性性质质内容内容瞬瞬时时性性 力与加速度同力与加速度同时产时产生、同生、同时时消失、同消失、同时变时变化化同体性同体性在在公公式式Fma中中，m、F、a都都是是同同一一研研究究对对象象在在同同一一时时刻刻对应对应的物理量的物理量矢量性矢量性 加速度与合力方向相同加速度与合力方向相同独立性独立性当当物物体体受受几几个个力力的的作作用用时时，每每一一个个力力分分别别产产生生的的加加速速度度只只与与此此力力有有关关，与与其其他他力力无无关关；物物体体的的加加速速度度等等于于所所有有分力分力产产生的加速度分量的矢量和生的加速度分量的矢量和第8页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 主干知识整合主干知识整合 三、超重与失重三、超重与失重1物物体体具具有有向向上上的的加加速速度度(或或具具有有向向上上的的加加速速度度分分量量)时时处处于于超超重重状状态态2物物体体具具有有向向下下的的加加速速度度(或或具具有有向向下下的的加加速速度度分分量量)时时处处于于失失重重状状态态；物物体体具具有有的的向向下下的的加加速速度度等等于于重重力力加加速速度度时时处处于于完完全全失失重重状状态态注意：无注意：无论论是超重是超重还还是失重，物体的重力不会改是失重，物体的重力不会改变变四、力四、力F与直与直线线运运动动的关系的关系合外力合外力F与物体的速度与物体的速度v在同一直在同一直线线上上时时，物体做直，物体做直线线运运动动若若F与与v同向，物体做加速运同向，物体做加速运动动；若；若F与与v反向，物体做减速运反向，物体做减速运动动在以上在以上情形下，若力情形下，若力F恒定，恒定，则则物体做匀物体做匀变变速直速直线线运运动动.第9页，共43页，编辑于2022年，星期三要点热点探究要点热点探究专题二专题二 要点热点探究要点热点探究 追及与相遇问题追及与相遇问题初初速速度度小小(或或初初速速度度为为零零)的的甲甲物物体体匀匀加加速速追追做做匀匀速速运运动动的的速速度度大大的的乙乙物物体体：(1)当当两两者者速速度度相相等等时时，甲甲、乙乙两两物物体体的的间间距距为为甲甲追追上上乙乙前前的的最最大大距距离离；(2)若若甲甲从从两两物物体体第第一一次次相相遇遇的的位位置置开开始始追追乙乙，当当两两者者位位移移相相等等时时，甲甲、乙乙两两物物体体再再次次相相遇遇；若若甲甲、乙乙刚刚开开始始相相距距s0，则则当当两两物物体的位移之差体的位移之差为为s0时时，甲、乙两物体相遇，甲、乙两物体相遇第10页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 要点热点探究要点热点探究例例1 1一一辆辆值值勤勤的的警警车车停停在在一一条条公公路路的的直直道道边边，当当警警员员发发现现从从他他旁旁边边以以v8 m/s的的速速度度匀匀速速行行驶驶的的货货车车有有违违章章行行为为时时，决决定定前前去去追追赶赶，经经t2.5 s警警车发动车发动起来，以加速度起来，以加速度a2 m/s2做匀加速运做匀加速运动动试问试问：(1)警警车发动车发动起来后要多起来后要多长长的的时间时间才能追上才能追上违违章的章的货车货车？(2)若若警警车车能能达达到到的的最最大大速速度度是是vm12 m/s，达达到到最最大大速速度度后后以以该该速速度度匀匀速速运运动动，则则警警车车发发动动起起来来后后要要多多长长的的时时间间才才能能追追上上违违章章的的货车货车？第11页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 要点热点探究要点热点探究例例1(1)10 s(2)14 s【解析】【解析】(1)xvt2.58 m20 m设设警警车发动车发动起来后要起来后要经时间经时间t1才能追上才能追上违违章的章的货车货车，则则vt1x，解得解得t110 s(2)若若警警车车的的最最大大速速度度是是vm12 m/s，则则警警车车发发动动起起来来后后加速的加速的时间时间t06 s10 s，这这以后警以后警车车做匀速运做匀速运动动设设警警车发动车发动起来后起来后经过时间经过时间t2追上追上违违章的章的货车货车，则则vm(t2t0)vt2x解得解得t214 s第12页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 要点热点探究要点热点探究甲甲、乙乙两两车车在在一一平平直直道道路路上上同同向向运运动动，其其vt图图象象如如图图121所所示示，图图中中OPQ和和OQT的的面面积积分分别别为为s1和和s2(s2s1)初初始始时时，甲甲车车在在乙乙车车前前方方s0处处下下列列说说法法中中错错误误的的是是()A若若s0s1s2，两，两车车不会相遇不会相遇B若若s0s1，两，两车车相遇相遇2次次C若若s0s1，两，两车车相遇相遇1次次D若若s0s2，两，两车车相遇相遇1次次第13页，共43页，编辑于2022年，星期三专题二专题二 要点热点探究要点热点探究例例1变变式式题题D【解解析析】由由图图可可知知甲甲的的加加速速度度a1比比乙乙的的加加速速度度a2大大，在在达达到到速速度度相相等等的的时时间间T内内两两车车相相对对位位移移为为s1.若若s0s1s2，速速度度相相等等时时甲甲比比乙乙位位移移多多s1s0，乙乙车车还还没没有有追追上上，此此后后甲甲车车比比乙乙车车快快，不不可可能能追追上上，A对对；若若s0s1)，两两车车速速度度相相等等时时还还没没有有追追上上，并并且且此此后后甲甲车车快快、更更追追不上，不上，D错错第14页，共43页，编辑于2022年，星期三与电磁场结合的直线运动与电磁场结合的直线运动【例1】质量为m，带电量为+q的小球以一定初速度v0与水平方向成 角射出，如图211所示，如果在某方向加上一定大小的匀强电场后，能保证小球仍能沿v0方向做直线运动，则所加电场的最小值为().A.B.C.D.图211B第15页，共43页，编辑于2022年，星期三【解析】【解析】(1)建如图甲所示坐标系，设场强E与v0成 角，则受力如图：由牛顿第二定律可得：Eqsin -mgcosq=0 Eqcos -mgsinq=ma 由式得：E=【分分析析】由题意可知小球沿v0方向做直线运动，设小球的重力与电场力的合外力为F，判定小球的重力与电场力的合外力在v0所在直线上第16页，共43页，编辑于2022年，星期三Emin=选 B.(2)采用图解法求解，如图乙所示：从图中可得，过重力箭头到速度的反向延长线垂直线段 最 短，这 段 线 段 表 示 所 求 的 最 小 电 场 力 ，则 E=由 式得：选 B.第17页，共43页，编辑于2022年，星期三【变式题】如图212所示，圆弧虚线表示正点电荷电场的等势面，相邻两等势面间的电势差相等光滑绝缘直杆沿电场方向水平放置并固定不动，杆上套有一带正电的小滑块(可视为质点)，滑块通过绝缘轻弹簧与固定点O相连，并以某一初速度从M点运动到N点，OMON.若滑块在M、N时弹簧的弹力大小相等，弹簧始终在弹性限度内，则()第18页，共43页，编辑于2022年，星期三A滑块从M到N的过程中，速度可能一直增大B滑块从位置1到2的过程中，电场力做的功比从位置3到4的小C在M、N之间的范围内，可能存在滑块速度相同的两个位置D在M、N之间可能存在只由电场力确定滑块加速度大小的三个位置第19页，共43页，编辑于2022年，星期三【例例2】如图221所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都不计，盘内静止放置一个物体P，P的质量m=12kg，弹簧的劲度系数k=300N/m.现在给P施加一个竖直向上的力F，使物体P从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在t=0.2s内F是变力，在0.2s以后F是恒力，g=10m/s2.求：(1)物体P匀加速运动的加速度；(2)F的最小值和最大值各是多小？弹簧类问题弹簧类问题第20页，共43页，编辑于2022年，星期三 【分分析析】本题的关键是找到t=0.2s时刻，物体P的位置，由于本题弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都不计，则t=0.2s时弹簧恰好恢复到原长第21页，共43页，编辑于2022年，星期三【解解析析】(1)因为在t=0.2s内F是变力，在t=0.2s以后F是恒力，所以在t=0.2s时，P离开秤盘此时P受到盘的支持力为零，由于盘和弹簧的质量都不计，所以此时弹簧处于原长在00.2s这段时间内P向上运动的距离：X=0.4m因为 ，所以P在这段时间的加速度a=20m/s2(2)当P开始运动时拉力最小，此时对物体P有 ，又因此时N=mg，所以有 =240N 当P与盘分离时拉力F最大，=360N.第22页，共43页，编辑于2022年，星期三 【评析】中学阶段，一般涉及弹簧不计其质量，称之为“轻弹簧”，是一种理想化的模型弹簧类问题要注意以下几点：(1)弹簧的弹力遵循胡克定律，在题目中要注意先确定原长位置、现长位置、形变量x与空间位置变化的关系分析形变所对应的弹力大小、方向，以此来分析计算物体运动状态的可能性(2)弹簧的形变发生及改变需要一段时间，在瞬间内形变量可认为不变因此在分析瞬时变化时，认为弹力不变(3)弹簧弹力做功，由于弹力是变力，但形变是线性变化，可用平均力求解弹力做了多少功，一定有对应的弹性势能发生了改变 第23页，共43页，编辑于2022年，星期三 【变变式式题题】如图222所示，质量为m的小球用水平弹簧系住，并用倾角为30的光滑木板AB托住，小球恰好处于静止状态当木板AB突然向下撤离的瞬间，小球的加速度为()A0B大小为 g，方向竖直向下C大小为 g，方向垂直于木板向下D大小为 g，方向水平向右图222C第24页，共43页，编辑于2022年，星期三【解析】未撤离木板前，小球受到重力G，弹簧拉力F，木板支持力FN，如图所示，三力平衡，于是有：FNcosq=mg，FN=当撤离木板的瞬间，G和F保持不变(弹簧的弹力不能突变)，木板支持力FN立即消失，小球受G和F的合力大小等于AB撤离之前的FN(三力平衡)，方向与FN的方向相反，故加速度方向为垂直木板向下，大小为：a=g.第25页，共43页，编辑于2022年，星期三皮带类问题皮带类问题【例例3】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.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【分分析析】本题的关键是对皮带与煤块隔离分析，结合牛顿运动定律判断得出各自的运动情况，由于运动情况不同，轨迹长度不等，正是形成黑色痕迹的原因第26页，共43页，编辑于2022年，星期三 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.根据牛顿运动定律，可得a=g.设经历时间t，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，v0=a0t，v=at 由于aa0，故v4s后，B物体做匀加速直线运动Ct=4.5s时，A物体的速度为零Dt4.5s后，A、B的加速度方向相反 图252ABD第34页，共43页，编辑于2022年，星期三当t=4s时N=0，A、B两物体开始分离，此后B做匀加速直线运动，而A做加速度逐渐减小的加速运动，当t=4.5s时A物体的加速度为零而速度不为零t4.5s后，A所受合外力反向，即A、B的加速度方向相反当t4s时，A、B的加速度均为a=.综上所述，选项A、B、D正确-FB=对于A、B整体据牛顿第二定律有：FA+FB=(mA+mB)a，设A、B间的作用为N，则对B据牛顿第二定律可得：N+FB=mBa解得N=mB N【解析】【解析】第35页，共43页，编辑于2022年，星期三多过程问题多过程问题图261【例例6】一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平面的中央桌布的一边与桌的 AB边重合，如图261所示已知盘与桌布间的动摩擦因数为1，盘与桌面间的动摩擦因数为2.现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面，加速度的方向是水平的且垂直于AB边若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a满足的条件是什么？(以g表示重力加速度)第36页，共43页，编辑于2022年，星期三(1)小圆盘的运动分为两个阶段：一是在桌布上以1g的加速度向前匀加速运动一段距离x1，获得速度v1；二是在桌子上以2g的加速度向前匀减速运动，滑行距离为x2，则x1+x2(2)桌布以a的加速度向前加速运动的距离x=at2；同时圆盘向前运动x1的距离，二者的相对位移大小恰好为 .【分析】【分析】第37页，共43页，编辑于2022年，星期三【解解析析】设圆盘的质量为m，桌长为l，在桌布从圆盘下抽出的过程中，盘的加速度为a1，有：1mg=ma1桌布抽出后，盘在桌面上做匀减速运动，以a2表示加速度的大小，有2mg=ma2设盘刚离开桌布时的速度为v1，移动的距离为x1，离开桌布后在桌面上在运动距离x2后便停下，有v=2a1x1 v=2a2x2盘没有从桌面上掉下的条件是x2 l-x1第38页，共43页，编辑于2022年，星期三x1=2a1t2由以上各式解得x=at2而x=l+x1 设桌布从盘下抽出的时间为t，在这段时间内桌布移动的距离为x，有t=a第39页，共43页，编辑于2022年，星期三 【评析】本题涉及圆盘与桌布两个物体的运动，且圆盘的运动又分匀加速和匀减速运动，是一个综合性很强的动力学问题对于这类物理情景相对比较复杂、隐蔽，而物理量之间关系比较难找的问题，要通过“读题”、“画情景图”“规范列式”等活动，在积极的联想、类比等交互中寻求答案，提高综合分析和解决问题的能力 第40页，共43页，编辑于2022年，星期三【变变式式题题1】总质量为80kg的跳伞运动员从离地500m的直升机上跳下，经过2s拉开绳索开启降落伞，如图262所示，是跳伞过程中的v-t图，试根据图象求：(g取10m/s2)(1)t=1s时运动员的加速度和所受阻力的大小(2)估算14s内运动员下落的高度及克服阻力做的功(3)估算运动员从飞机上跳下到着地的总时间第41页，共43页，编辑于2022年，星期三(1)从图中可以看出，在t=2s内运动员做匀加速运动，其加速度大小为a=m/s2=8m/s2=设此过过程中运动员受到的阻力大小为f，根据牛顿第二定律，有mg-f=ma得f=m(g-a)=80(10-8)N=160N【解析】【解析】第42页，共43页，编辑于2022年，星期三(2)从 图 中 估 算 得 出 运 动 员 在 14s内 下 落 了39.522m=158m根据动能定理，有mgh-Wf=mv2所以有Wf=mgh-mv2=(8010158-8036)J1.25105J(3)14s后运动员做匀速运动的时间为 t=s=57s运动员从飞机上跳下到着地需要的总时间t总=t+t=(14+57)s=71s第43页，共43页，编辑于2022年，星期三