2022年高三教学教案:牛顿运动定律.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载牛顿运动定律的应用一、正交分解法1、如图 3-1-3 表示某人站在一架与水平成 角的以加速度 a 向上运动的自动扶梯台阶上, 人的质量为 m,鞋底与阶梯的摩擦系数为 ,求此时人所受的摩擦力图 3-1-3 (请用两种方法沿加速度方向为x 轴建立坐标系沿水平向右方向为 x 轴建立坐标系,分解加速度)1、解析:方法一:人受力如图 牛顿其次定律得:y N x f G 图 3-1-7 图 3-18 3-1-7 ,建立图示的坐标系,依据x 方向: Nsin +fcos -mgsin =ma 名师归纳总结 y 方向: Ncos -mgcos
2、 -fsin =0 第 1 页,共 24 页由得: f=macom方向水平向右- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载方法二:如答图 3-1-8 ,建立直角坐标系并将加速度 a 沿已知力的方向正交分解水平方向加速度 a2=acos答图 3-1-8 由牛顿其次定律知f = ma2 = macos 方向水平向右说明:恰当地选取坐标轴的方向,会给运算带来便利二、连接体(质点组)问题:整体法与隔离法1、一质量为 M,倾角为 的楔形木块,静置在水平桌面上,与桌面间的动摩擦因数为 ;一物块质量为 m,置于楔形木块的斜面上,物块与斜面之间是光滑的; 为了
3、使物块与斜面保持相对静止,可用一水平外力推动楔形木块,如图 于 . 图 3-2-18 3-2-18 所示;就此水平力的大小等名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载2、如下列图, mA=1kg,mB=2kg,A、B间静摩擦力的最大值是 5N,水平面光滑; 用水平力 F 拉 B,当拉力大小分别是 A、B的加速度各多大?A B F F=10N和 F=20N时,解:先确定临界值,即刚好使 A、B 发生相对滑动的 F 值;当 A、B 间的静摩擦力达到5N 时,既可以认为它们仍旧保持相对静止,有共同的加速度,又可
4、以认为它们间已经发生了相对滑动,A 在滑动摩擦力作用下加速运动;这时以A 为对象得到 a =5m/s 2;再以 A、B 系统为对象得到 F =(mA+mB)a =15N aA 当AF=10N15N时,A、B间肯定发生了相对滑动,用质点组牛顿名师归纳总结 其次定律列方程:Fm AaAmBaB,而 a A =5m/s2,于是可以得到 a B第 3 页,共 24 页=7.5m/s2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载例 3 如图,倾角为 的斜面与水平面间、斜面与质量为 m的木块间的动摩擦因数均为 ,木块由静止开头沿斜面加速下滑时斜面始终保持静
5、止;和方向;解:以斜面和木块整体为讨论对象,求水平面给斜面的摩擦力大小水平方向仅受静摩擦力作用,而整体中只有木块的加速度有水平方向的重量;可以先求出木块的加速度 a g sin cos,再在水平方向对质点组用牛顿其次定律,很简单得到:F f mg sin cos cos假如给出斜面的质量 的支持力大小为:M,此题仍可以求出这时水平面对斜面FN=Mg+mgcos + sin sin ,这个值小于静止时水平面对斜 面的支持力;例 4、如图 3-2-4 所示, m和 M保持相对静止,一起沿倾角为 的光滑斜面下滑,就图 3-2-4 M和 m间的摩擦力大小是多少?解析:由于 m和 M保持相对静止, 所以
6、可以将 (mM)整体视为讨论对象;受力如答图32-6,受重力( M+m)g、支持力 N 如图建立坐标系,依据牛顿其次定律列方程 x:M+mgsin =M+ma 解得 a=gsin 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载沿斜面对下; 由于要求 m和 M间的相互作用力, 再以 m为讨论对象,受力如图 215;依据牛顿其次定律列方程 x: f=ma x y: N2-mg=ma y 由于 m,M的加速度是沿斜面方向;需将其分解为水平方向和竖直方向如图 3-21 ; ax =acos ay=asin 由式,解得
7、 f=mgsin cos方向沿水平方向 m受向左的摩擦力, M受向右的摩擦力;图 3-2-6 说明:此题可以视为连接体问题; 连接体问题对在解题过程中选取讨论对象很重要;有时以整体为讨论对象,有时以单个物体为研究对象;整体作为讨论对象可以将不知道的相互作用力去掉,单个物体作讨论对象主要解决相互作用力;单个物体的选取应以它接触名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载的物体最少为最好;如m只和 M接触,而 M和 m仍和斜面接触;另外需指出的是, 在应用牛顿其次定律解题时, 有时需要分解力,有时需要分解加速度
8、,详细情形分析,不要形成只分解力的熟悉 5、如图 3-2-13 所示,质量为 M的斜面 B放在水平地面上质量为 rn 的物体 A沿斜面以加速度a 加速下滑,而斜面B 相对水平面静止,斜面倾角为 ,且 A、B 间滑动摩擦因数为 ,就地面对 B 的摩 擦力 f 的大小和方向分别是 Af=mgcos sin ,方向水平向左;BF= mgcos 2 ,方向水平向右 Cf=macos ,方向水平向左 Df= Mg+mg-asin , 方向水平向右图 3-2-13 3.c 三、瞬时性问题:1、弹性绳和非弹性绳的区分:如下列图, a 图中 M、m之间用一弹簧相连, b 图中 M、m之间用一非弹性绳(细线)相
9、连,将连接 M的细 线剪断的瞬时, a、b 图中 M、m的加速度各是多少?名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载分析:a 图中 M、m之间用一弹簧相连,弹簧能发生明显的弹性形变,所以弹簧的形变发生转变,与弹簧相连接的物体要发生一定的位移, 而发生位移需要肯定的时间, 所以弹簧形变的转变需要一定的时间,即在剪断细线的瞬时,弹簧的形变不会发生转变,也就是弹簧的弹力不变;所以a 图中在剪断连接 M细线的瞬时, m的加速度为零; M的加速度为MMmgb 图中 M、m之间用一非弹性绳(细线)相连,细线不能发生明
10、显的弹性形变, 所以细线的形变发生转变, 与细线相连接的物体不需要发生肯定的位移, 所以细线形变的转变不需要时间,即在剪断细线的瞬时,细线的形变就会发生转变,瞬时变为零;所以 b 图中在剪断连接 M细线的瞬时, m的加速度为 g,M的加速度也为 g;综上所述,求解瞬时加速度问题的关键是弹性绳和非弹性绳的区别,对于弹性绳在瞬时弹力不变,而对于非弹性绳在瞬时弹力发生突变,依据弹力的变化,求出物体所受的合外力;再依据牛顿其次定律 求解加速度;、名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载例2、如图 3-1-1 所
11、示,木块 A与B用轻弹簧相连,竖直放在木块 C上,三者静止A、B、C的质量之比为1:2:3 设全部接触面都光滑,当沿水平方向快速抽出木块 aA_ ,aB=_ 图 3-1-1 C的瞬时, A和 B的加速度分别为解析:当木块 A、B 处于平稳时,木块 A受到重力 mg、弹力Nmg的作用,木块 B 受到重力 2mg、弹簧对木块 B 的压力 mg和C对木块 B 的支持力N / 3mg的作用当沿水平方向快速抽出木块C时,只是木块 C 对 B 的支持力消逝了,木块 A、B 受到的其他力没有变,所以 aA=0,aB=3 2 mgm 32 g3、如图 3-1-2 所示, 质量为 m的小球与细线和轻弹簧连接后被
12、悬挂起来,静止平稳时 AC和BC与过 C的竖直线的夹角都是 60 0,就剪断 AC线瞬时,求小球的加速度;剪断 的加速度图 3-1-2 B处弹簧的瞬时,求小球解析:此题所说细线、轻弹簧即是把线和弹簧抱负化,认为他们质量可忽视不计,仍认为线的长度肯定 即线的长度变化可忽视不计 弹簧要考虑形变大小名师归纳总结 图 3-1-6 小球平稳时受三个力的作用:重力mg,第 8 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载拉力 T1,弹力 T2,就T1=T2 mg剪断线 AC瞬时,拉力 T1立刻变为零,弹簧长度不变,弹力T2不变,小球受力为m
13、g和 T2,这两个力的合力F mg,方向与竖直方向成 60O角斜向右下方由牛顿其次定律知,小球加速度大小为 aF/mg. 方向与竖直方向成60o角斜向右下方剪断 B 处弹簧瞬时,由于不考虑弹簧质量,弹簧形变立刻消失,弹力T2 立刻变为零,小球将以A 为圆心、 AC长为半径做变速圆周运动,其加速度沿圆周的切线方向,即与AC垂直斜向左下方,绳的拉力 T1 立刻变为 Tl / ;Tl / 与 mg的 合 力 为 F / , F / 的 方向 垂 直 AC,如 图 3-1-6 所 示 , =30 0,F / =mgcos = 2 3 mg 根/据 牛 顿 第 二 定 律 有 a= Fm= 2 g 方向
14、与竖直方向成 30 3 0斜向左下方说明:从上可以看出,牛顿定律应用中的有关弹簧问题,只要抓住了弹簧产生力的特点,问题就简单解决了4、(06 深圳其次次调研)如图 3-16 所示,用倾角为 30 的光滑木板 AB托住质量为 m的小球,小球用轻弹簧系住,当小球处于静止状态时,弹簧恰好水平就当木板 AB突然向下撤离的瞬时()A小球将开头做自由落体运动B小球将开头做圆周运动gC小球加速度大小为gD小球加速度大小为233A B 30图 3-16 D名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载5、例题:如下列图,一质
15、量为 m的小球,用两根细绳悬挂处于静止,其中 AB绳水平, OB与竖直方向成 角;1 当剪断水平绳 AB的瞬时小球的加速度大小和方向如何?2 假如将细绳 OB换成弹簧,当剪断水平绳 AB的瞬时小球的加速度大小和方向又如何?解:(1)剪断水平绳 AB的瞬时,细绳 OB的拉力瞬 时发生变化,受力分析如下列图,将重力沿绳和垂直于绳的方向 分解;就有: G1=mgsin G2=mgcos沿绳方向的两个力的合力供应向心力, 依据牛顿其次定律有:TG2mv2r由于 v=0 所以沿着绳的方向小球的加速度为 零,即只在垂直于绳的方向小球有加速度,设加速 度为 a,依据牛顿其次定律有:G1=ma 解得 a=gs
16、in 方向与水平方向的夹角为 (2)剪断水平绳的瞬时,弹簧 绳的拉力和重力的合力产生加速度;OB的拉力不变,所以剪断的瞬时 对没剪断水平绳前对小球受力分名师归纳总结 析如图,可知剪断OB瞬时 T 和 mg的合力与没剪断 OB前,OB的拉力第 10 页,共 24 页F 大小相等方向相反,依据平稳的学问可求得没剪断OB 前的拉力- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载方向水平F=mgtg ,依据牛顿其次定律有:F=mga 解得 a=gtg向右;四、超重 失重(完全失重) 1 含义: 物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)(也叫视重)大于物体的重力
17、,叫超重;物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体的重力,叫失重;物体对支持物的压力(或对 悬挂物的拉力)等于零,叫完全失重;2 产生条件:物体具有竖直向上的加速度超重,物体具有竖直向下的加速度失重;物体的加速度为 3 懂得:g完全失重;物体处于超重或失重状态, 物体的重力始终存在, 大小也没有 变化发生超重或失重现象与物体的速度无关,向只打算于加速度的方在完全失重的状态下, 平常一切由于重力产生的物理现象都完 全消逝,如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不受浮力、液体柱不再产生向下的压强例 1、如图 3-2-2 所示,质量为 m的人站在放置在 升降机中的体重秤上,求; (1)当升降机静
18、止时,体重计的示数为多少? (2)当升降机以大小为a 的加速图 3-2-2 图 3- 度竖直加速上升时, 体重计的示数为多少? (3)当升降机以大小为 a 的加速度竖直加速下降时, 体重计的示数为多少?名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载(4)当升降机以大小为a 的加速度竖直减速下降时,体重计的示数为多少?( 5)当升降机以大小为 a 的加速度竖直减速上升时,体重计的示数为多少?解析:人受力如图3-1 ,(1)N-mg=0 N=mg (2)N-mg=ma N=mg+ma 3 mg-N=ma N=m
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- 2022 年高 三教 教案 牛顿 运动 定律
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