2013届高考物理考纲专项复习课件:牛顿运动定律的应用(18张PPT).ppt
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1、考点考点1 1 动力学的两类问题动力学的两类问题学案学案2 牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用 一、应用牛顿运动定律解题的一般步骤一、应用牛顿运动定律解题的一般步骤 1.认真分析题意,明确已知条件和所求量。认真分析题意,明确已知条件和所求量。2.选取研究对象作隔离体。所选取的研究对象可以是一个物体,也可以是几个物选取研究对象作隔离体。所选取的研究对象可以是一个物体,也可以是几个物体组成的系统。同一题目,根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象。体组成的系统。同一题目,根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象。3.分析研究对象的受力情况和运动情况。分析研究对象的受力情况和运动情况。
2、4.当研究对象所受的外力不在一条直线上时:如果物体只受两个力,可以用平行当研究对象所受的外力不在一条直线上时:如果物体只受两个力,可以用平行四边形定则求其合力;如果物体受力较多,一般把它们正交分解到两个方向上去分四边形定则求其合力;如果物体受力较多,一般把它们正交分解到两个方向上去分别求合力;如果物体做直线运动,一般把各个力分解到沿运动方向和垂直于运动方别求合力;如果物体做直线运动,一般把各个力分解到沿运动方向和垂直于运动方向上。向上。5.根据牛顿第二定律和运动学公式列方程。物体所受外力、加速度、速度等都可根据牛顿第二定律和运动学公式列方程。物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正
3、、负值代入公式,再按代数和进行运算。根据规定的正方向按正、负值代入公式,再按代数和进行运算。6.解方程、验结果,必要时对结果进行讨论。解方程、验结果,必要时对结果进行讨论。(1)利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的桥梁作用,利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的桥梁作用,寻找加速度与未知量的关系,利用运动学规律、牛顿第二定律和力的运算寻找加速度与未知量的关系,利用运动学规律、牛顿第二定律和力的运算法则列式求解。法则列式求解。(2)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,一般的思路是先用整体法求加速度,再用
4、隔离法求物体间的作用力。先用整体法求加速度,再用隔离法求物体间的作用力。(3)不论求解哪一类问题,求解加速度是解题的不论求解哪一类问题,求解加速度是解题的“桥梁桥梁”和纽带,是顺和纽带,是顺利求解的关键。利求解的关键。二、连接体问题的求解二、连接体问题的求解 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和隔离法。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和隔离法。(1)整体法: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整体法: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物体的质量之和,当整体受到的外力已知时,成一个整体
5、,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整体法。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整体法。(2)隔离法:从研究的方便出发,当求系统内物体间相互作用时,常把物体从系隔离法:从研究的方便出发,当求系统内物体间相互作用时,常把物体从系统中统中“隔离隔离”出来,进行分析,依据牛顿第二定律列方程,这种处理连接体问题的出来,进行分析,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隔离法。思维方法叫隔离法。【例【例1】如图所示,一个重为如图所示,一个重为10 N的小球,在的小球,在F=20 N的竖
6、直向上的拉力作用下,从的竖直向上的拉力作用下,从A点由静止出发向上运点由静止出发向上运 动,动,F作用作用1.2 s后撤去,已知杆与球间的动摩擦因数为后撤去,已知杆与球间的动摩擦因数为 ,试求从撤去力,试求从撤去力F开始计时,小球经多长开始计时,小球经多长 时间将经过距时间将经过距A点为点为2.25 m的的B点点(取取g=10 m/s2)【解析】【解析】在力在力F作用时受力如图作用时受力如图(1)有:有:(F-G)sin30-(F-G)cos30=ma1,解得:解得:a1=2.5 m/s2。所以撤去力所以撤去力F时,小球的速度:时,小球的速度:v1=a1t1=3 m/s,小球的位移:小球的位移
7、:x1=v1/2t1=1.8 m。撤去力撤去力F后,小球上冲时受力如图后,小球上冲时受力如图(2)有:有:Gsin30+Gcos30=ma2,解得:解得:a2=7.5 m/s2。因此小球上冲时间:因此小球上冲时间:t2=v1/a2=0.4 s,上冲位移:上冲位移:x2=v1/2t2=0.6 m,此时此时x1+x2=2.4 mAB,因此小球在上冲阶段将能过,因此小球在上冲阶段将能过B点,有点,有AB-x1=v1t3-(1/2)a2t32,解得:解得:t3=0.2 s,t3=0.6 st2(舍去舍去)。图图(2)已知受力情况求运动情况已知受力情况求运动情况图图(1)运用牛顿运动定律解决动力学问题的
8、关键是对物体进运用牛顿运动定律解决动力学问题的关键是对物体进行受力情况分析和运动情况分析,要善于画出物体的受力行受力情况分析和运动情况分析,要善于画出物体的受力图和运动情况示意图。不论是哪类问题,都应明白力与运图和运动情况示意图。不论是哪类问题,都应明白力与运动是通过加速度这一动是通过加速度这一“桥梁桥梁”来联系起来的。来联系起来的。小球返回时受力如图小球返回时受力如图(3)有:有:Gsin30-Gcos30=ma3,解得:解得:a3=2.5 m/s2。因此小球由顶端返回因此小球由顶端返回B点时有:点时有:x1+x2-AB=(1/2)a3t42,解得:解得:t4=s=0.346 4 s。所以从
9、撤去力所以从撤去力F开始计时,开始计时,小球上冲通过小球上冲通过B点时用时为:点时用时为:t3=0.2 s,返回后通过返回后通过B点时用时为:点时用时为:t2+t4=0.746 4 s。【答案】【答案】0.2 s或或0.746 4 s图图(3)1如图所示,电动机带动橡皮滚轮如图所示,电动机带动橡皮滚轮匀速转动,在滚轮的作用下,可将金匀速转动,在滚轮的作用下,可将金属杆沿斜面从最底端属杆沿斜面从最底端A送到汽车车厢中。送到汽车车厢中。已知斜面长已知斜面长 =2.4 m,车厢高,车厢高 =1.2 m,金属杆长,金属杆长 =0.8 m,质量,质量m=1103 kg,调节控制滚轮,使滚轮对,调节控制滚
10、轮,使滚轮对杆的压力为杆的压力为FN=4.2104 N,滚轮与杆之间的动摩擦因数,滚轮与杆之间的动摩擦因数=0.5,滚轮边缘的,滚轮边缘的线速度恒为线速度恒为v=4 m/s。(取取g=10 m/s2,计算结果保留两位有效数字,斜面光,计算结果保留两位有效数字,斜面光滑滑)求:求:(1)杆匀加速上升的加速度杆匀加速上升的加速度a;(2)从杆开始运动到其前端运动到从杆开始运动到其前端运动到C点所用的时间点所用的时间t。【答案】【答案】(1)16 m/s2 (2)0.57 s已知运动情况求受力情况已知运动情况求受力情况【例【例2】科研人员乘气球进行科学考察,气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为】科
11、研人员乘气球进行科学考察,气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为990 kg。气球。气球 在空中停留一段时间后,发现气球漏气而下降,及时堵住。堵住时气球下降速度为在空中停留一段时间后,发现气球漏气而下降,及时堵住。堵住时气球下降速度为1 m/s,且,且 做匀加速运动,做匀加速运动,4 s内下降了内下降了12 m。为使气球安全着陆,向舱外缓慢抛出一定的压舱物。此后。为使气球安全着陆,向舱外缓慢抛出一定的压舱物。此后 发现气球做匀减速运动,下降速度在发现气球做匀减速运动,下降速度在5分钟内减少了分钟内减少了3 m/s。若空气阻力和泄漏气体的质量均。若空气阻力和泄漏气体的质量均 可忽略,重力加速度可
12、忽略,重力加速度g取取9.89 m/s2,求抛掉的压舱物的质量。,求抛掉的压舱物的质量。【解析】【解析】设堵住漏洞后,气球的初速度为设堵住漏洞后,气球的初速度为v0,所受的空气浮力为,所受的空气浮力为f,气球、座舱、压舱物,气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为和科研人员的总质量为m,由牛顿第二定律得,由牛顿第二定律得 mg-f=ma 式中式中a是气球下降的加速度,以此加速度在时间是气球下降的加速度,以此加速度在时间t内下降了内下降了h,则,则 h=v0t+(1/2)at2 当向舱外抛掉质量为当向舱外抛掉质量为m 的压舱物后,有的压舱物后,有 f-(m-m)g=(m-m)a 式中式中a 是抛掉
13、压舱物后气球的加速度,由题意,此时是抛掉压舱物后气球的加速度,由题意,此时a 方向向上方向向上 v=at 式中式中 v是抛掉压舱物后在是抛掉压舱物后在 t时间内下降速度的减少量,由时间内下降速度的减少量,由得得m=m(a+a)/(g+a )将题设数据将题设数据m=990 kg,v0=1 m/s,t=4 s,h=12 m,t=300 s,v=3 m/s,g=9.89 m/s2代入代入式得式得m=101 kg。【答案】【答案】101 kg 1.本题属于已知物体的运动情况,求物体本题属于已知物体的运动情况,求物体的受力情况,特别要注意题述两种运动情况,的受力情况,特别要注意题述两种运动情况,加速度的
14、方向。加速度的方向。2.已知运动情况求受力情况的一般思路如已知运动情况求受力情况的一般思路如下框图所示下框图所示物体的运物体的运动情况动情况运动学公式运动学公式加速度加速度牛顿第二定律牛顿第二定律物体的受物体的受力情况力情况物体的运物体的运动情况动情况运动学公式运动学公式加速度加速度牛顿第二定律牛顿第二定律物体的受物体的受力情况力情况物体的运物体的运动情况动情况运动学公式运动学公式加速度加速度牛顿第二定律牛顿第二定律 2如图所示,一辆汽车如图所示,一辆汽车A拉着装有集装箱拉着装有集装箱的拖车的拖车B,以速度,以速度v1=30 m/s进入向下倾进入向下倾斜的直车道。车道每斜的直车道。车道每100
15、m下降下降2 m。为使汽车速度在为使汽车速度在x=200 m的距离内减到的距离内减到 v2=10 m/s,驾驶员必须刹车。假定刹车,驾驶员必须刹车。假定刹车时地面的摩擦阻力是恒力,且该力的时地面的摩擦阻力是恒力,且该力的70%作用于拖车作用于拖车B,30%作用于汽车作用于汽车A。已知已知A的质量的质量 m1=2000 kg,B的质量的质量 m2=6000 kg。求汽车与拖。求汽车与拖车的连接处沿运动方向的相互作用力。车的连接处沿运动方向的相互作用力。(重力加速度重力加速度g取取10 m/s2)【答案】【答案】880N 【解析】【解析】方法一:方法一:以人为研究对象。他站在减以人为研究对象。他站
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