新教材高中物理第四章运动和力的关系5牛顿运动定律的应用课件新人教版必修第一册.pptx

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1、第四章第四章 运动和力的关系运动和力的关系学习目标学习目标1.结合生活情境结合生活情境,识别动力学的两类问题识别动力学的两类问题,理解加速度是解决动力理解加速度是解决动力学问题的桥梁学问题的桥梁.归纳出解决动力学问题的基本思路和方法归纳出解决动力学问题的基本思路和方法,会用会用牛顿第二定律和运动学公式解决有关问题牛顿第二定律和运动学公式解决有关问题.逐步形成运动与相互逐步形成运动与相互作用观念作用观念.2.通过传送带模型通过传送带模型,会对传送带上的物体进行受力分析会对传送带上的物体进行受力分析,能正确解能正确解答传送带上的物体运动问题答传送带上的物体运动问题,培养物理建模能力培养物理建模能力

2、,建立应用科学建立应用科学知识解决实际问题的意识知识解决实际问题的意识.5牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用知识点知识点一一 从受力确定运动情况从受力确定运动情况1.根据牛顿第二定律我们知道根据牛顿第二定律我们知道:力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因,也也就是力是改变物体运动状态的原因就是力是改变物体运动状态的原因.如图所示如图所示,用力推车用力推车,车车做加速运动做加速运动;用头顶球用头顶球,足球运动方向发生改变足球运动方向发生改变.这说明这说明“运运动动”与与“力力”总是息息相关的总是息息相关的.从物体的受力出发从物体的受力出发,可以了可以了解物体的运动情况解物体的运动情况.那么那

3、么,怎样把受力和运动联系起来怎样把受力和运动联系起来?答案答案:因为牛顿第二定律确定了加速度与力的关系因为牛顿第二定律确定了加速度与力的关系,而在运而在运动学公式中有加速度与运动参量的关系动学公式中有加速度与运动参量的关系,所以加速度作为所以加速度作为“桥梁桥梁”,把物体的受力与运动联系起来把物体的受力与运动联系起来.2.通常可以用哪些关系求物体的加速度通常可以用哪些关系求物体的加速度?3.从受力确定运动情况从受力确定运动情况:如果已知物体的受力情况如果已知物体的受力情况,可以由牛顿第二定律求出物体可以由牛顿第二定律求出物体的的 ,再通再通过过 确定确定物体的运动情况物体的运动情况.加速度加速

4、度运动学的规律运动学的规律知识点二从运动情况确定受力知识点二从运动情况确定受力1.一位同学通过电视机观看火箭发射的情景一位同学通过电视机观看火箭发射的情景,他听到现场他听到现场指挥倒计时结束发出指挥倒计时结束发出“点火点火”命令后命令后,立刻用停表计时立刻用停表计时,测测得火箭底部到达发射架顶端的时间为得火箭底部到达发射架顶端的时间为t,他想估算出火箭受他想估算出火箭受到的推力到的推力,试分析还要知道哪些条件试分析还要知道哪些条件.不计空气阻力不计空气阻力,重力重力加速度为加速度为g.2.从从运运动动情情况况确确定定受受力力:如如果果已已知知物物体体的的运运动动情情况况,根根据据运运 动动 学

5、学规规律律求求出出物物体体的的 ,结结合合受受力力分分析析,再再根根 据据 求求出力出力.加速度加速度牛顿第二定律牛顿第二定律小小试试身手身手判判断断下下列列说说法法的的正正误误并并和和同同学学交交流流(正正确确的的在在括括号号内内打打“”“”,错误的打错误的打“”).”).探究探究一一从受力确定运动情况从受力确定运动情况问题情境问题情境在高速公路上在高速公路上,车辆驶入下坡路段后持续使用刹车容易造成车辆驶入下坡路段后持续使用刹车容易造成刹车毂过热刹车毂过热,致使车辆制动性能降低或制动失灵致使车辆制动性能降低或制动失灵,而发生追尾、而发生追尾、对撞等恶性交通事故对撞等恶性交通事故.为避免这种事

6、故为避免这种事故,经常在高速下坡路段经常在高速下坡路段修一段修一段“避险车道避险车道”,如图所示如图所示.避险车道均采用上坡式制动避险车道均采用上坡式制动坡床坡床,坡度一般为坡度一般为3540,失控车辆冲上这个车道后失控车辆冲上这个车道后,利用上利用上坡路段和地面砂石的阻力坡路段和地面砂石的阻力,强制车辆减速停车强制车辆减速停车.1.假如你是设计假如你是设计“避险车道避险车道”的工程师的工程师,怎样确定车道的最怎样确定车道的最短长度短长度?答案答案:汽车驶入避险车道汽车驶入避险车道,做匀减速运动做匀减速运动,汽车从进入避险车汽车从进入避险车道到安全停下所运动的位移就是车道的最短长度道到安全停下

7、所运动的位移就是车道的最短长度.先分析汽先分析汽车在避险车道上的受力情况车在避险车道上的受力情况,然后根据牛顿第二定律求出加然后根据牛顿第二定律求出加速度速度,再利用运动学公式确定车道的最短长度再利用运动学公式确定车道的最短长度.2.若已知汽车在高速公路上行驶的最大速度为若已知汽车在高速公路上行驶的最大速度为vm,重力加速重力加速度为度为g,要计算避险车道的长度要计算避险车道的长度,还要知道哪些物理量还要知道哪些物理量?过程建构过程建构从从受力确定运动情况受力确定运动情况.(1)解题思路解题思路.(2)解题步骤解题步骤.确定研究对象确定研究对象,对研究对象进行受力分析对研究对象进行受力分析,并

8、画出物体的并画出物体的受力示意图受力示意图.根据力的合成与分解根据力的合成与分解,求出物体所受的合力求出物体所受的合力(包括大小和包括大小和方向方向).根据牛顿第二定律列方程根据牛顿第二定律列方程,求出物体运动的加速度求出物体运动的加速度.结合物体运动的条件结合物体运动的条件,选择运动学公式选择运动学公式,求出要求的运动求出要求的运动学参量学参量.【典例【典例1】一木箱装货物后质量为】一木箱装货物后质量为50 kg,静止在地面上静止在地面上.某某人以人以200 N斜向上的力拉木箱斜向上的力拉木箱,拉力的方向与水平面成拉力的方向与水平面成30角角,木箱与地面间的动摩擦因数为木箱与地面间的动摩擦因

9、数为0.2,g取取10 m/s2.求求:(1)木箱的加速度大小木箱的加速度大小;(2)第第2 s末木箱的速度大小末木箱的速度大小.解析解析:取木箱为研究对象取木箱为研究对象,木箱的受力情况如图所示木箱的受力情况如图所示,取加取加速度速度a的方向为的方向为x轴的正方向轴的正方向,建立直角坐标系建立直角坐标系xOy.答案答案:(1)1.86 m/s2(2)3.72 m/s【典例【典例2】如图所示】如图所示,在游乐场里有一种滑沙运动在游乐场里有一种滑沙运动,某人坐某人坐在滑板上从斜坡的在滑板上从斜坡的A点由静止开始滑下点由静止开始滑下,滑到斜坡底端滑到斜坡底端B点点后后,沿水平滑道再滑行一段距离到达

10、沿水平滑道再滑行一段距离到达C点停下来点停下来.如果人和如果人和滑板的总质量滑板的总质量m=60 kg,滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因数均为摩擦因数均为=0.5,斜坡的倾角斜坡的倾角=37(sin 37=0.6,cos 37=0.8),斜坡与水平滑道间是平滑连接的斜坡与水平滑道间是平滑连接的,整个运动过整个运动过程中空气阻力忽略不计程中空气阻力忽略不计,g取取10 m/s2.(1)人从斜坡上滑下的加速度大小是人从斜坡上滑下的加速度大小是多少多少?(2)若由于场地的限制若由于场地的限制,水平滑道的最水平滑道的最大距离大距离BC为为l=20.0 m,则人从斜坡上

11、则人从斜坡上滑下的距离滑下的距离AB应不超过多少应不超过多少?学会审题学会审题(1)分析人下滑过程及在水平滑道上的受力情况分析人下滑过程及在水平滑道上的受力情况.(2)运用牛顿第二定律和运动学规律分析求解相关量运用牛顿第二定律和运动学规律分析求解相关量.解析解析:(1)以人以人(含滑板含滑板)为研究对象为研究对象,对对其进行受力分析其进行受力分析,建立如图甲所示的建立如图甲所示的坐标系坐标系.设人从斜坡上滑下的加速度为设人从斜坡上滑下的加速度为a1,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得mgsin-Ff1=ma1,FN1-mgcos=0,Ff1=FN1,联联立解得立解得a1=g(sin-cos)=2

12、 m/s2.甲甲(2)人在水平滑道上的受力分析如图乙所示人在水平滑道上的受力分析如图乙所示.答案答案:(1)2 m/s2(2)50 m乙乙探究探究二二从运动情况确定受力从运动情况确定受力问题情境问题情境如图所示如图所示,房屋屋顶的设计要考虑很多因素房屋屋顶的设计要考虑很多因素,其中很重要的其中很重要的一点是要考虑排水问题一点是要考虑排水问题.如果某地降雨量较大如果某地降雨量较大,设计的房屋设计的房屋屋顶应使雨滴能尽快淌离房顶屋顶应使雨滴能尽快淌离房顶,设雨滴沿屋顶流下时不考设雨滴沿屋顶流下时不考虑阻力且初速度为虑阻力且初速度为0.1.设计屋顶时需要考虑哪些因素设计屋顶时需要考虑哪些因素?2.某

13、同学设计了以下几种坡度的屋顶某同学设计了以下几种坡度的屋顶(房屋的宽度一定房屋的宽度一定),试分析哪一种排水效果最好试分析哪一种排水效果最好(水最快淌离屋顶水最快淌离屋顶).过程建构过程建构从从运动情况确定受力运动情况确定受力.(1)解题思路解题思路.(2)解题步骤解题步骤.确定研究对象确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动过程分析对研究对象进行受力分析和运动过程分析,并画出受力示意图和运动草图并画出受力示意图和运动草图.选择合适的运动学公式选择合适的运动学公式,求出物体的加速度求出物体的加速度.根据牛顿第二定律列方程根据牛顿第二定律列方程,求物体所受的合力求物体所受的合力.根据力的合成或

14、分解的方法根据力的合成或分解的方法,由合力求出所需的力由合力求出所需的力.【典例典例3】如图所示】如图所示,一位滑雪者以一位滑雪者以v0=20 m/s的初速度沿的初速度沿直线冲上一倾角为直线冲上一倾角为30的斜坡的斜坡,从刚冲上斜坡开始计时从刚冲上斜坡开始计时,至至3.8 s末末,该滑雪者的速度变为该滑雪者的速度变为0.如果该滑雪者如果该滑雪者(含滑雪设备含滑雪设备)的质量为的质量为m=80 kg,求该滑雪者受到的阻力求该滑雪者受到的阻力.g取取10 m/s2.学会审题学会审题(1)根据已知条件求出加速度根据已知条件求出加速度.(2)分析滑雪者的受力情况分析滑雪者的受力情况.(3)运用牛顿第二

15、定律求出其运用牛顿第二定律求出其受到的阻力受到的阻力.答案答案:21 N,方向沿斜坡向下方向沿斜坡向下根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律,有有mgsin 30+Ff=ma,代入数据解得代入数据解得Ff=21 N,方向沿斜坡向下方向沿斜坡向下.答案答案:3.125104 N解决动力学问题的两个关键点解决动力学问题的两个关键点课堂评价课堂评价1.一个物体静止在光滑水平面上一个物体静止在光滑水平面上,现有水平恒力现有水平恒力F作用在作用在物体上物体上,使物体由静止开始运动使物体由静止开始运动,当物体的位移为当物体的位移为x0时时,立立刻换成刻换成-4F的力的力,作用相同时间作用相同时间,该过程中物体的

16、总位移该过程中物体的总位移为为()A.-x0B.x0C.0D.-2x0答案答案:A2.一种汽车安全带控制装置的示意图如图所示一种汽车安全带控制装置的示意图如图所示,当汽车处当汽车处于静止或匀速直线运动时于静止或匀速直线运动时,摆锤竖直悬挂摆锤竖直悬挂,锁棒水平锁棒水平,棘轮棘轮可以自由转动可以自由转动,安全带能被拉动安全带能被拉动.当汽车突然刹车时当汽车突然刹车时,摆锤摆锤由于惯性绕轴摆动由于惯性绕轴摆动,使得锁棒锁定棘轮使得锁棒锁定棘轮,安全带不能被拉安全带不能被拉动动.若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置,汽车可能的运汽车可能的运动方向和运动状态动方向和运动状态

17、是是()A.向左行驶、匀速直线运动向左行驶、匀速直线运动B.向左行驶、突然刹车向左行驶、突然刹车C.向右行驶、突然刹车向右行驶、突然刹车D.向右行驶、匀速直线运动向右行驶、匀速直线运动答案答案:C解析解析:解析解析:对摆锤进行受力分析对摆锤进行受力分析,建立直角坐标系建立直角坐标系,如图所如图所示示.摆锤在水平方向所受合力不为摆锤在水平方向所受合力不为0且方向向左且方向向左,故摆锤的故摆锤的加速度方向向左加速度方向向左,所以若汽车向左运动所以若汽车向左运动,则可能向左做匀则可能向左做匀加速运动加速运动;若汽车向右运动若汽车向右运动,则可能向右做匀减速运动则可能向右做匀减速运动.故故选项选项C正

18、确正确.3.行车过程中行车过程中,如果车距不够如果车距不够,刹车不及时刹车不及时,汽车将发生碰撞汽车将发生碰撞,车里的人可能受到伤害车里的人可能受到伤害,为了尽可能地减轻碰撞造成的伤为了尽可能地减轻碰撞造成的伤害害,人们设计了安全带人们设计了安全带.假定乘客质量为假定乘客质量为70 kg,汽车车速为汽车车速为90 km/h,从踩下刹车到车停止需要的时间为从踩下刹车到车停止需要的时间为5 s,安全带对安全带对乘客的作用力大小约为乘客的作用力大小约为(不计人与座椅间的摩擦不计人与座椅间的摩擦)()A.450 NB.400 NC.350 ND.300 N答案答案:C4.(2021全国乙卷全国乙卷)水

19、平地面上有一质量为水平地面上有一质量为m1的长木板的长木板,木板木板的左端上有一质量为的左端上有一质量为m2的物块的物块,如图甲所示如图甲所示.用水平向右的用水平向右的拉力拉力F作用在物块上作用在物块上,F随时间随时间t的变化关系如图乙所示的变化关系如图乙所示,其中其中F1、F2分别为分别为t1、t2时刻时刻F的大小的大小.木板的加速度木板的加速度a1随时间随时间t的的变化关系如图丙所示变化关系如图丙所示.已知木板与地面间的动摩擦因数为已知木板与地面间的动摩擦因数为1,物块与木板间的动摩擦因数为物块与木板间的动摩擦因数为2.假设最大静摩擦力均与假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等相应的滑动

20、摩擦力相等,重力加速度大小为重力加速度大小为g.则则()解解析析:由由题题图图丙丙可可知知 tt2时时木木板板做做匀匀加加速速运运动动,物物块块与与木木板板相相对对运运动动,t1tt2时时,物物块块与与木木板板一一块块加加速速运运动动,t1(m1+m2)g,答案答案:BCD5.如图所示如图所示,楼梯口一倾斜的天花板与水平面成楼梯口一倾斜的天花板与水平面成=37角角,一一装修工人手持木杆绑着的刷子粉刷天花板装修工人手持木杆绑着的刷子粉刷天花板,工人所持木杆对工人所持木杆对刷子的作用力始终竖直向上刷子的作用力始终竖直向上,大小为大小为F=10 N,刷子的质量为刷子的质量为m=0.5 kg,刷子可视

21、为质点刷子可视为质点,刷子与天花板间的动摩擦因数为刷子与天花板间的动摩擦因数为=0.5,天花板长为天花板长为l=4 m,g取取10 m/s2,sin 37=0.6,试求试求:(1)刷子沿天花板向上运动的加速度大小刷子沿天花板向上运动的加速度大小;(2)工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间.解析解析:(1)以刷子为研究对象以刷子为研究对象,受力分析如图所示受力分析如图所示.答案答案:(1)2 m/s2(2)2 s6.21世纪新能源环保汽车在设计阶段要对其各项性能进行测世纪新能源环保汽车在设计阶段要对其各项性能进行测试试.某次新能源汽车性能测试中某次新能

22、源汽车性能测试中,牵引力传感器传回的牵引力牵引力传感器传回的牵引力随时间变化的关系如图甲所示随时间变化的关系如图甲所示;但由于故障但由于故障,速度传感器只传速度传感器只传回了第回了第25 s以后的数据以后的数据,如图乙所示如图乙所示.已知汽车质量为已知汽车质量为1 500 kg,若测试平台是水平的若测试平台是水平的,且汽车由静止开始做直线运动且汽车由静止开始做直线运动,汽车汽车所受阻力恒定所受阻力恒定.甲甲乙乙(1)18 s末汽车的速度是多少末汽车的速度是多少?(2)前前25 s内汽车的位移是多少内汽车的位移是多少?答案答案:(1)26 m/s(2)608 m学科素养培优学科素养培优模型建构模

23、型建构传送带模型中的动力学问题传送带模型中的动力学问题传送带模型传送带模型1.水平传送带模型水平传送带模型.水平传送带模型分为三种情况水平传送带模型分为三种情况,如下表所示如下表所示.模型模型图示图示滑块可能的运动情况滑块可能的运动情况模型模型1可能一直加速可能一直加速;可能先加速后匀速可能先加速后匀速模型模型2v0=v时时,一直匀速一直匀速;v0v时时,可能一直减速可能一直减速,也可能先减速再匀速也可能先减速再匀速;v0v时时,返回时速度为返回时速度为v;当当v0v时时,返回时速度为返回时速度为v02.倾斜传送带模型倾斜传送带模型.物体沿倾角为物体沿倾角为的传送带传送时的传送带传送时,可以分

24、为两类可以分为两类:物体由底物体由底端向上运动端向上运动;物体由顶端向下运动物体由顶端向下运动.解决倾斜传送带问题时解决倾斜传送带问题时要特别注意要特别注意mgsin 与与mgcos(设最大静摩擦力等于滑动设最大静摩擦力等于滑动摩擦力摩擦力)的大小和方向的关系的大小和方向的关系,进一步判断物体所受合力与进一步判断物体所受合力与速度方向的关系速度方向的关系,确定物体的运动情况确定物体的运动情况.模型模型图示图示滑块可能的运动情况滑块可能的运动情况模型模型1可能从左端滑下可能从左端滑下;可能静止可能静止;可能一直加速可能一直加速;可能先加速后匀速可能先加速后匀速模型模型2可能一直加速可能一直加速;

25、可能先加速后匀速可能先加速后匀速;可能先以可能先以a1加速后以加速后以a2加速加速模型模型3可能一直加速可能一直加速;可能一直匀速可能一直匀速;可能先加速后匀速可能先加速后匀速;可能先减速后匀速可能先减速后匀速;可能先以可能先以a1加速后以加速后以a2加速加速;可能一直减速可能一直减速模型模型4可能一直加速可能一直加速;可能一直匀速可能一直匀速;可能先减速后反向加速可能先减速后反向加速【典例【典例1】如图所示】如图所示,水平方向的传送带顺时针转动水平方向的传送带顺时针转动,传送传送带速度大小带速度大小v=2 m/s 不变不变,两端两端A、B间距离为间距离为 3 m.一物一物块从块从B端以端以v

26、0=4 m/s滑上传送带滑上传送带,物块与传送带间的动摩物块与传送带间的动摩擦因数擦因数=0.4,g取取10 m/s2.物块从滑上传送带至离开传送物块从滑上传送带至离开传送带的过程中带的过程中,速度随时间变化的图像是速度随时间变化的图像是()ABCD答案答案:B【思维建构】【思维建构】水平水平传送带问题的解题思路传送带问题的解题思路:第一步第一步:构建物理模型构建物理模型水平传送带模型水平传送带模型3第二步第二步:解读模型规律解读模型规律物块先减速物块先减速,再反向加速再反向加速,最后和最后和传送带一起匀速运动传送带一起匀速运动第三步第三步:扩展延伸扩展延伸如果传送带较短如果传送带较短,物块一

27、直减速物块一直减速【典例【典例2】如图甲所示】如图甲所示,倾角为倾角为的传送带以恒定速率逆时的传送带以恒定速率逆时针运行针运行.现将一质量现将一质量m=2 kg的小物体轻轻放在传送带的的小物体轻轻放在传送带的A端端,物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示,2 s末末物体到达物体到达B端端,取沿传送带向下为正方向取沿传送带向下为正方向,g取取10 m/s2,求求:(1)小物体在传送带小物体在传送带A、B两端间运动的平均速度两端间运动的平均速度v的大小的大小.(2)物体与传送带间的动摩擦因数物体与传送带间的动摩擦因数.甲甲乙乙答案答案:(1)8 m

28、/s(2)0.5【典例【典例3】如图所示】如图所示,有一条沿顺时针方向匀速转动的传有一条沿顺时针方向匀速转动的传送带送带,其速度其速度v=4 m/s,传送带与水平面的夹角传送带与水平面的夹角=37,现将质现将质量量m=1 kg的物块的物块(物块可视作质点物块可视作质点)轻放在其底端轻放在其底端,与此同与此同时时,给物块一沿传送带方向向上的恒力给物块一沿传送带方向向上的恒力F,F=8 N,经过一段经过一段时间时间,物块运动到了离地面高物块运动到了离地面高h=2.4 m的平台上的平台上.已知物块已知物块与传送带之间的动摩擦因数与传送带之间的动摩擦因数=0.5,最大静摩擦力等于滑动最大静摩擦力等于滑

29、动摩擦力摩擦力,g取取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8.求物块从传送求物块从传送带底端运动到平台上所用的时间带底端运动到平台上所用的时间.【思维建构】【思维建构】倾斜传送带问题的解题思路倾斜传送带问题的解题思路:第一步第一步:构建物理模型构建物理模型物块受到力物块受到力F,经受力分析可知其先经受力分析可知其先向上加速向上加速,所以可以归为倾斜传送带所以可以归为倾斜传送带模型模型1第二步第二步:解读模型规律解读模型规律物块先加速物块先加速,当与传送带速度相同时当与传送带速度相同时,受力恰好平衡受力恰好平衡,再随传送带一起匀速再随传送带一起匀速运动运动第三步第三步:扩展延伸扩展延伸若传送带较短若传送带较短,物块一直加速物块一直加速