高中物理滬科版必修1檢測54　牛頓運動定律的案例分析

1、5.4牛頓運動定律的案例分析學(xué) 習(xí) 目 標知 識 脈 絡(luò)1學(xué)會結(jié)合物體的運動情況進行受力分析(重點)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)3掌握解決動力學(xué)問題的基本思路和方法，學(xué)會用牛頓運動定律和運動學(xué)公式解決有關(guān)問題(難點)自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識梳理一、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)運動的情況二、牛頓第二定律的應(yīng)用1已知受力情況確定運動情況根據(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

2、定律Fma求出物體的加速度，再根據(jù)初始條件由運動學(xué)公式就可以求出物體的運動情況物體的速度、位移或運動時間2已知運動情況確定受力情況根據(jù)物體的運動情況，應(yīng)用運動學(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，進而求出某些未知力基礎(chǔ)自測1思考判斷(1)相對于地球靜止或做勻速直線運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(×)【提示】宏觀物體是比原子、分子大得多的物體(3)低速就是速度很小時才適用于牛頓運動定律(×)【提示】低速是指遠小于光速的速度(4)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()(5)根據(jù)物體加速度的方向可以判

3、斷物體受到的每個力的方向(×)【提示】根據(jù)物體加速度的方向只能判斷合外力的方向(6)加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁()(7)物體運動狀態(tài)的變化情況是由它的受力決定的()(8)物體運動狀態(tài)的變化情況是由它對其他物體的施力情況決定的(×)【提示】物體運動狀態(tài)的變化情況由物體受力情況決定(9)物體運動狀態(tài)的變化情況決定了它的受力情況(×)【提示】物體運動狀態(tài)的變化情況是由受力情況決定的2靜止在光滑水平地面上的物體的質(zhì)量為2 kg，在水平恒力F推動下開始運動，4 s末它的速度達到4 m/s，則F的大小為() 【導(dǎo)學(xué)號：79092121】A2 NB1 NC4 N D8 NA在水

4、平恒力F推動下物體做勻加速直線運動的加速度為a m/s21 m/s2.由牛頓第二定律得Fma2×1 N2 N3如圖5­4­1所示，底板光滑的小車上用兩個量程為20 N，完全相同的彈簧測力計甲和乙系住一個質(zhì)量為1 kg的物塊在水平地面上，當小車做勻速直線運動時，兩彈簧測力計的示數(shù)均為10 N，當小車做勻加速直線運動時，彈簧測力計甲的示數(shù)變?yōu)? N，這時小車運動的加速度大小是()圖5­4­1A2 m/s2 B4 m/s2C6 m/s2 D8 m/s2B當彈簧測力計甲的示數(shù)變?yōu)? N時，彈簧測力計乙的示數(shù)變?yōu)?2 N，這時物塊所受的合力為4 N由牛頓

5、第二定律Fma得物塊的加速度a4 m/s2，故選項B正確合 作 探 究·攻 重 難已知受力情況確定運動情況1.解題思路2解題步驟(1)確定研究對象，對研究對象進行受力分析，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，求出物體運動的加速度(4)結(jié)合物體運動的初始條件，選擇運動學(xué)公式，求出所需求的運動學(xué)量任意時刻的位移和速度，以及運動軌跡等樓梯口一傾斜的天花板與水平地面成37°角，一裝潢工人手持木桿綁著刷子粉刷天花板，如圖5­4­2所示工人所持木桿對刷子的作用力始終保持豎直向上，大小為F10

6、 N，刷子的質(zhì)量為m0.5 kg，刷子可視為質(zhì)點，刷子與天花板間的動摩擦因數(shù)為0.5，天花板長為L4 m，取sin 37°0.6，(g取10 m/s2)試求：圖5­4­2(1)刷子沿天花板向上的加速度(2)工人把刷子從天花板底端推到頂端所用的時間解析(1)以刷子為研究對象，受力分析如圖，以平行和垂直斜面建立坐標系設(shè)向上推力為F，滑動摩擦力為Ff，天花板對刷子的彈力為FN，由牛頓第二定律，得(Fmg)sin 37°(Fmg)cos 37°ma，代入數(shù)據(jù)，得a2 m/s2.(2)由運動學(xué)公式得Lat2代入數(shù)據(jù)，得t2 s.答案(1)2 m/s2(2

7、)2 s合成法與正交分解法(1)當物體受兩個力的時候，可用合成法分析它們的合力(2)當物體受到兩個以上的力產(chǎn)生加速度時，通常用正交分解法處理一般將力正交分解為沿加速度方向和垂直加速度方向的分量，沿加速度方向Fxma，垂直于加速度方向Fy0.針對訓(xùn)練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D由牛頓第二定律得Fmgma，所以ag，對比A、B、

8、C三項，均不能滿足要求，故選項A、B、C均錯，由vat可得選項D對2如圖5­4­3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 37°0.8，sin 37°0.6.求：圖5­4­3(1)剛撤去拉力時雪橇的速度v的大小(2)撤去拉力后雪橇能繼續(xù)滑行的距離s.解析(1)對雪橇：豎直方向：N1Fsin 37°mg，且f1N1由牛頓第二定律：Fcos 37°f

9、1ma1由運動學(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已知運動情況確定受力情況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，對研究對象進行受力分析和運動過程分析，并畫出受力圖和運動草圖(2)選擇合適的運動學(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如圖5­4­4所示的機車，質(zhì)量為100 t，設(shè)它從停車場出發(fā)經(jīng)225 m后速度達到54 k

10、m/h，此時，司機關(guān)閉發(fā)動機，讓機車進站機車又行駛了125 m才停在站上，設(shè)機車所受的阻力保持不變，關(guān)閉發(fā)動機前機車所受的牽引力不變，求機車關(guān)閉發(fā)動機前所受的牽引力圖5­4­4解析設(shè)機車在加速階段的加速度為a1，減速階段的加速度為a2則：v22a1x1，v22a2x2，解得：a10.5 m/s2，a20.9 m/s2，由牛頓第二定律得FFfma1，F(xiàn)fma2，解得：F1.4×105 N.答案1.4×105 N從運動情況確定受力的注意事項(1)由運動學(xué)規(guī)律求加速度，要特別注意加速度的方向，從而確定合外力的方向，不能將速度的方向和加速度的方向混淆(2)題目中

11、所求的力可能是合力，也可能是某一特定的力，均要先求出合力的大小、方向，再根據(jù)力的合成與分解求分力針對訓(xùn)練3.質(zhì)量為0.8 kg的物體在一水平面上運動，如圖5­4­5 a、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5­4­5A98B32C21D43B由v­t圖像可知，圖線a為僅受摩擦力的運動，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B正確4.如圖5­4­

12、;6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狀態(tài)，重力加速度g取10 m/s2，求：圖5­4­6(1)滑塊滑行過程中受到的摩擦力大小(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

13、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3.03 N，f地為正值，說明圖中標出的方向符合實際，故摩擦力方向水平向左答案(1)1.5 N(2)3.03 N方向水平向左當 堂 達 標·固 雙 基1質(zhì)量為1 kg的質(zhì)點，受水平恒力作用，由靜止開始做勻加速直線運動，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：79092122】A.B.C. D.A由運動情況可求得質(zhì)點的加速度a m/s2，則合力Fma N，故A項對2(多選)如圖5­4­7所示，質(zhì)量為2 kg的物體在水平恒力F的作用下在地面上做勻變速直線運動，位

14、移隨時間的變化關(guān)系為xt2t，物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.4，g取10 m/s2，以下結(jié)論正確的是()圖5­4­7A勻變速直線運動的初速度為1 m/sB物體的位移為12 m時速度為7 m/sC水平恒力F的大小為4 ND水平恒力F的大小為12 NABD根據(jù)xv0tat2和xt2t，知v01 m/s，a2 m/s2，故A正確；根據(jù)v2v2ax得，v m/s7 m/s，故B正確；根據(jù)牛頓第二定律得，F(xiàn)mgma，解得Fmamg12 N，故C錯誤，D正確3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 ()A7 m/sB14 m/sC10 m/s D20 m/sB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4如圖5­4­8所示，木楔ABC靜置于粗糙水平地面上，在木楔的傾角為30°的斜面上，有一質(zhì)量m1.0 kg的物塊由靜止