高中物理第5章研究力和運(yùn)動的關(guān)系5.4牛頓運(yùn)動定律的案例分析學(xué)案.docx

5.4牛頓運(yùn)動定律的案例分析學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.進(jìn)一步學(xué)習(xí)物體的受力情況，并能結(jié)合物體的運(yùn)動情況進(jìn)行受力分析.(重點(diǎn))2.知道動力學(xué)的兩類問題.理解加速度是解決兩類動力學(xué)問題的橋梁.(重點(diǎn))3.掌握解決動力學(xué)問題的基本思路和方法，會用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式解決有關(guān)問題.(難點(diǎn))牛頓第二定律的適用范圍1.牛頓第二定律只適用于慣性(慣性、非慣性)參考系，即相對地面靜止或勻速直線運(yùn)動的參考系.2.牛頓第二定律只適用于宏觀(宏觀、微觀)物體、低速(高速、低速，與光速相比)運(yùn)動的情況.(1)相對于地球靜止或做勻速直線運(yùn)動的參考系才是慣性參考系.()(2)很大的物體如星球，才叫宏觀物體.()(3)低速就是速度很小時才適用于牛頓運(yùn)動定律.()牛頓運(yùn)動定律適用于宏觀和低速運(yùn)動的物體，這里的宏觀和低速具體指的是什么？【提示】宏觀物體是指相對于原子、分子來說大的多的物體；低速指遠(yuǎn)小于光速的速度.已知受力情況確定運(yùn)動情況根據(jù)物體的受力情況求出物體受到的合外力，然后應(yīng)用牛頓第二定律Fma求出物體的加速度，再根據(jù)初始條件由運(yùn)動學(xué)公式就可以求出物體的運(yùn)動情況物體的速度、位移或運(yùn)動時間.(1)根據(jù)物體加速度的方向可以判斷物體所受合外力的方向.()(2)根據(jù)物體加速度的方向可以判斷物體受到的每個力的方向.()(3)加速度是聯(lián)系運(yùn)動和力的橋梁.()1.為什么加速度可以把受力和運(yùn)動聯(lián)系起來？【提示】因?yàn)樵谂ｎD第二定律中有加速度與力的關(guān)系，而在運(yùn)動學(xué)公式中有加速度與運(yùn)動參量的關(guān)系，所以加速度作為“橋梁”，把物體的受力與運(yùn)動聯(lián)系起來.2.通?？梢杂媚男╆P(guān)系求解物體的加速度？【提示】一是由運(yùn)動學(xué)公式求物體的加速度，二是通過對物體受力分析，確定物體的合外力，再由牛頓第二定律求解物體的加速度.探討：玩滑梯是小孩非常喜歡的活動，在歡樂的笑聲中，培養(yǎng)了他們勇敢的品質(zhì)，如果滑梯的傾角為，一個小孩從靜止開始下滑，小孩與滑梯間的動摩擦因數(shù)為，滑梯長度為L，怎樣求小孩滑到底端的速度和需要的時間？圖541【提示】首先分析小孩的受力，利用牛頓定律求出其下滑的加速度，然后根據(jù)公式v2v2ax，xv0tat 2即可求得小孩滑到底端的速度和需要的時間.1.解題思路2.解題步驟(1)確定研究對象，對研究對象進(jìn)行受力分析，并畫出物體的受力圖.(2)根據(jù)力的合成與分解，求出物體所受的合外力(包括大小和方向).(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體運(yùn)動的加速度.(4)結(jié)合物體運(yùn)動的初始條件，選擇運(yùn)動學(xué)公式，求出所需求的運(yùn)動學(xué)量任意時刻的位移和速度，以及運(yùn)動軌跡等.1.一個物體在水平恒力F的作用下，由靜止開始在一個粗糙的水平面上運(yùn)動，經(jīng)過時間t，速度變?yōu)関，如果要使物體的速度變?yōu)?v，下列方法正確的是 ()A.將水平恒力增加到2F，其他條件不變B.將物體質(zhì)量減小一半，其他條件不變C.物體質(zhì)量不變，水平恒力和作用時間都增為原來的兩倍D.將時間增加到原來的2倍，其他條件不變【解析】由牛頓第二定律得Fmgma，所以ag，對比A、B、C三項(xiàng)，均不能滿足要求，故選項(xiàng)A、B、C均錯，由vat可得選項(xiàng)D對.【答案】D2.在交通事故的分析中，剎車線的長度是很重要的依據(jù)，剎車線是汽車剎車后，停止轉(zhuǎn)動的輪胎在地面上發(fā)生滑動時留下的滑動痕跡.在某次交通事故中，汽車的剎車線長度是14 m，假設(shè)汽車輪胎與地面間的動摩擦因數(shù)恒為0.7，g取10 m/s2，則汽車剎車前的速度為 () 【導(dǎo)學(xué)號：43212095】A.7 m/sB.14 m/sC.10 m/s D.20 m/s【解析】設(shè)汽車剎車后滑動時的加速度大小為a，由牛頓第二定律得：mgma，解得：ag.由勻變速直線運(yùn)動速度位移關(guān)系式v2as，可得汽車剎車前的速度為：v0 m/s14 m/s，因此B正確.【答案】B3.如圖542所示，質(zhì)量為40 kg的雪橇(包括人)在與水平方向成37角、大小為200 N的拉力F作用下，沿水平面由靜止開始運(yùn)動，經(jīng)過2 s撤去拉力F，雪橇與地面間動摩擦因數(shù)為0.20.g取10 m/s2，cos 370.8，sin 370.6.求：圖542(1)剛撤去拉力時雪橇的速度v的大??；(2)撤去拉力后雪橇能繼續(xù)滑行的距離s. 【導(dǎo)學(xué)號：43212096】【解析】(1)對雪橇：豎直方向：N1Fsin 37mg，且f1N1由牛頓第二定律：Fcos 37f1ma1由運(yùn)動學(xué)公式：va1t1解得：v5.2 m/s.(2)撤去拉力后，雪橇的加速度a2g根據(jù)v22a2s，解得：s6.76 m.【答案】(1)5.2 m/s(2)6.76 m應(yīng)用牛頓第二定律解題時求合力的方法1.合成法.物體只受兩個力的作用產(chǎn)生加速度時，合力的方向就是加速度的方向，解題時要求準(zhǔn)確作出力的平行四邊形，然后運(yùn)用幾何知識求合力F合.反之，若知道加速度方向就知道合力方向.2.正交分解法.當(dāng)物體受到兩個以上的力作用而產(chǎn)生加速度時，通常用正交分解法解答，一般把力正交分解為加速度方向和垂直于加速度方向的兩個分量.即沿加速度方向：Fxma，垂直于加速度方向：Fy0.已知運(yùn)動情況確定受力情況根據(jù)物體的運(yùn)動情況，應(yīng)用運(yùn)動學(xué)公式求出物體的加速度，然后再應(yīng)用牛頓第二定律求出物體所受的合外力，進(jìn)而求出某些未知力.(1)物體運(yùn)動狀態(tài)的變化情況是由它的受力決定的.()(2)物體運(yùn)動狀態(tài)的變化情況是由它對其他物體的施力情況決定的.()(3)物體運(yùn)動狀態(tài)的變化情況決定了它的受力情況.()1.常用的運(yùn)動學(xué)公式有哪些？【提示】勻變速直線運(yùn)動速度v隨時間變化的規(guī)律是vv0at，位移隨時間變化的規(guī)律是sv0tat 2，速度位移關(guān)系式是v2v2as.2.由牛頓第二定律只能確定物體受到的合力嗎？【提示】不是.由牛頓第二定律可以先求出物體所受的合力，然后根據(jù)力的合成與分解還可以確定某個分力.探討：李偉同學(xué)在觀看2016年10月17日7時30分我國發(fā)射“神舟十一號”時的電視直播時，當(dāng)聽到現(xiàn)場指揮倒計(jì)時結(jié)束發(fā)出“點(diǎn)火”命令后，立刻用秒表計(jì)時，測得火箭底部通過發(fā)射架的時間是4.8 s，他想算出火箭受到的推力，試分析還要知道哪些條件？不計(jì)空氣阻力，火箭質(zhì)量認(rèn)為不變.圖543【提示】根據(jù)牛頓第二定律Fmgma，若想求得推力F，需知火箭的質(zhì)量和加速度，火箭的加速度可以根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式sat 2求得，即需要知道發(fā)射架的高度s和火箭通過發(fā)射架的時間t，綜上所述除了時間t已經(jīng)測得外，只要再知道火箭質(zhì)量m和發(fā)射架的高度s，就可由公式sat 2和Fmgma求出火箭受到的推力.1.基本思路本類型問題是解決第一類問題的逆過程，其思路如下：2.解題步驟(1)確定研究對象，對研究對象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動過程分析，并畫出受力圖和運(yùn)動草圖.(2)選擇合適的運(yùn)動學(xué)公式，求出物體的加速度.(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求物體所受的合外力.(4)根據(jù)力的合成與分解的方法，由合力求出所需的力.4.質(zhì)量為1 kg的質(zhì)點(diǎn)，受水平恒力作用，由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動，它在t秒內(nèi)的位移為s m，則合力F的大小為() 【導(dǎo)學(xué)號：43212097】A.B.C. D.【解析】由運(yùn)動情況可求得質(zhì)點(diǎn)的加速度a m/s2，則合力Fma N，故A項(xiàng)對.【答案】A5.質(zhì)量為0.8 kg的物體在一水平面上運(yùn)動，如圖544a、b分別表示物體不受拉力作用和受到水平拉力作用時的vt圖像，則拉力和摩擦力之比為()圖544A.98B.32C.21D.43【解析】由vt圖像可知，圖線a為僅受摩擦力的運(yùn)動，加速度大小a11.5 m/s2；圖線b為受水平拉力和摩擦力的運(yùn)動，加速度大小為a20.75 m/s2；由牛頓第二定律列方程得ma1f，ma2Ff，解得Ff32，選項(xiàng)B正確.【答案】B6.如圖545所示，截面為直角三角形的木塊置于粗糙的水平地面上，其傾角30.現(xiàn)木塊上有一質(zhì)量m1.0 kg的滑塊從斜面下滑，測得滑塊在0.40 s內(nèi)速度增加了1.4 m/s，且知滑塊滑行過程中木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力加速度g取10 m/s2，求： 【導(dǎo)學(xué)號：43212098】圖545(1)滑塊滑行過程中受到的摩擦力大??；(2)滑塊滑行過程中木塊受到地面的摩擦力大小及方向.【解析】(1)由題意可知，滑塊滑行的加速度a m/s23.5 m/s2.對滑塊受力分析，如圖甲所示，根據(jù)牛頓第二定律得mgsin fma，解得f1.5 N.甲乙(2)根據(jù)(1)問中的滑塊受力示意圖可得Nmgcos .對木塊受力分析，如圖乙所示，根據(jù)牛頓第三定律有NN，根據(jù)水平方向上的平衡條件可得f地fcos Nsin ，解得f地3.0