《用牛顿运动定律解决问题(一)》ppt课件2

第四章牛顿运动定律学案6用牛顿运动定律解决问题（一）名师伴你行2008年9月25日，我国三名航天员乘坐中国自己研制的“神舟”七号飞船在太空飞行了3天，并进行了太空行走，于9月28日17时37分降落在内蒙古四子王旗中部草原。我国的科学工作者可以根据飞船的受力情况确定飞船在任意时刻的位置和速度，当然，这种计算很复杂，是由电子计算机来完成的。请你大致描述一下他们解决这一问题的思路。学点1从受力确定运动情况（1）已知受力确定运动情况的基本思路受力分析运动学公式及正交分解（2）已知受力确定运动情况的解题步骤①确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力示意图。②根据力的合成与分解的方法，求出物体所受的合力（包括大小和方向）。③根据牛顿第二定律列方程。求出物体的加速度。④结合给定的物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需的运动参量。受力情况加速度a运动情况【例1】一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下，山坡的倾角θ=30°，滑雪板与雪地的动摩擦因数是0.04，求5s内滑下来的路程和5s末的速度大小。（取g=10m/s2）【答案】58m23.3m/s【解析】以滑雪人为研究对象，受力情况如图4-6-1所示。研究对象的运动状态为：垂直于山坡方向处于平衡，沿山坡方向做匀加速直线运动。将重力mg分解为垂直于山坡方向和沿山坡方向的分力，据牛顿第二定律列方程：FN-mgcosθ=0①mgsinθ-F=ma②又因为F=μFN③由①②③可得:a=g(sinθ-μcosθ)故x=1/2at2=1/2g(sinθ-μcosθ)t2=1/2×10×(1/2-0.04×)×52m≈58mv=at=10×(1/2-0.04×)×5m/s=23.3m/s。图4-6-13232【评析】这是一个典型的已知物体的受力情况求物体的运动情况的问题，解据F=ma决此类问题的基本思路是：根据受力分析确定合力确定加速度据运动学公式a确定运动情况。一质点从距离光滑的斜面底端10m处以速度v0=10m/s沿着斜面上滑，已知斜面的倾角θ=30°，求质点滑到斜面底端所用的时间。【答案】4.83s（1）从运动情况确定受力的基本思路运动学公式受力情况说明：求解动力学的两类问题，其中，受力分析是基础，牛顿第二定律和运动学公式是工具，加速度是桥梁。（2）从运动情况确定受力的解题步骤①确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图；②选择合适的运动学公式，求出物体的加速度；③根据牛顿第二定律列方程，求出物体所受的合力；④根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力。运动情况加速度a运动情况如果已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的力。学点2从运动情况确定受力【例2】如图4-6-2所示，一位滑雪者如果以v0＝20m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡，从冲坡开始计时，至3.8s末，雪橇速度变为零。如果雪橇与人的质量共为m=80kg，求滑雪人受到的阻力是多少？（取g=10m/s2）【答案】20.8N，沿斜面向下图4-6-2【评析】这是典型地根据运动情况确定受力情况的问题。对于这一类问题关键是理清基本的解题思路，做好受力分析，把握好加速度a这一桥梁。【解析】如图4-6-3所示，建立坐标系，以v0方向为x轴的正方向，并将重力进行分解。G1=Gsin30°G2=Gcos30°在x方向上，Ｆ３为物体受到的阻力大小；在y方向上，因为物体的运动状态没有变化，所以重力的一个分力Ｇ２等于斜坡的支持力FN。Ｇ２＝FN沿x方向可建立方程-F3-G1=ma①又因为a=(v1-v0)/t②所以a=(0-20)/3.8m/s2≈-5.26m/s2。其中“－”号表示加速度方向与x轴正方向相反。又因为G1=mgsin30°所以F3=－８０×10×12N-80×(-5.26)N=-400N+420.8N=20.8N，方向沿斜面向下。图4-6-3质量m=1.5kg的物块（可视为质点），在水平恒力F作用下，从水平面上Ａ点由静止开始运动，运动一段距离撤去该力，物块继续滑行t=2.0s后停在B点,已知A、B两点间的距离s=5.0m，物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.20，求恒力F的大小。（取g=10m/s2）【答案】15N(3)连接体问题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与隔离法。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F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做整体法。②隔离法：从研究的方便出发，当求系统内物体间相互作用的内力时，常把某个物体从系统中“隔离”出来，进行受力分析，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做隔离法。说明：处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，一般的思路是先用其中一种方法求加速度，再用另一种方法求物体间的作用力或系统所受合外力.【例3】如图4-6-4所示,光滑水平面上放置质量分别为m、2m的A、B两个物体，A、B间的最大静摩擦力为μmg，现用水平拉力F拉B，使AB以同一加速度运动，则拉力F的最大值为（）A.μmgB.2μmgC.3μmgD.4μmg【解析】当A、B之间恰好不发生相对滑动时力F最大，此时，对于A物体所受的合外力为μmg由牛顿第二定律知aA=μmg/m=μg对于AB整体，加速度a=aA=μg由牛顿第二定律得F=3ma=3μmg图4-6-4【评析】整体法和隔离法是高中物理常用的方法，特别是涉及到两个或两个以上的物体时，往往用到此法，但并不是任何两个物体都可以看作整体，只有两物体加速度相同时才可看作整体法。C如图４-6-5所示，光滑水平面上并排放置着A、B两个物体，mA=5kg，mB=3kg，用F=16N的水平外力推动这两个物体，使它们共同做匀加速直线运动，求A、B间弹力的大小。【答案】6N图4-6-5（4）瞬时加速度问题分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻物体的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。此类问题应注意两种基本模型的建立。①刚性绳（或接触面）：一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断（或脱离）后，弹力立即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理。②弹簧（或橡皮绳）：此种物体的特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成是不变的。说明：①力和加速度的瞬时对应性是高考的重点。物体的受力情况应符合物体的运动状态，当外界因素发生变化（如撤力、变力、断绳等）时，需重新进行运动分析和受力分析，切忌想当然！②细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能发生突变。【例4】如图4-6-6甲所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，L2水平拉直，物体处于平衡状态。求解下列问题：（1）现将线L2剪断，求剪断L2的瞬时物体的加速度；（2）若将图4-6-6甲中的细线L1换成长度相同，质量不计的轻弹簧，如图4-6-6乙所示，其他条件不变，求剪断L2的瞬间物体的加速度。【解析】（1）当线L2被剪断的瞬间，因细线L2对球的弹力突然消失，而引起L1上的张力发生突变，使物体的受力情况改变，瞬时加速度沿垂直L1斜向下方，为a=gsinθ（2）当线L2被剪断时，细线L2对球的弹力突然消失，而弹簧的形变还来不及变化（变化要有一个过程，不能突变），因而弹簧的弹力不变，它与重力的合力与细线L2对球的弹力是一对平衡力，等值反向，所以线L2剪断时的瞬时加速度为a=gtanθ，方向水平向右。图4-6-6【评析】求解此题应注意以下两点：（1）其他力改变时，弹簧的弹力不能在瞬间发生突变。（2）其他力改变时，细绳上的弹力可以在瞬间发生突变。【答案】(1)gsinθ（2）gtanθ如图4-6-7所示，A、B质量均为m，中间有一轻质弹簧相连，A用绳悬于O点，当突然剪断OA绳时，关于A物体的加速度，下列说法正确的是（）A.0B.gC.2gD.无法确定C图4-6-7学过本节知识后，你能否解释在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，需要重物的质量m远小于小车的质量M吗？需要。在重物的下落过程中，重物和小车是一连接体，二者具有相同的加速度a,a=mg/(M+m)①对小车而言，其拉力F=Ma=Mmg/(M+m)=mg/(1+m/M)②由②知，只有当m/M0，即mM时，才有F=mg，所以需要重物的质量m远小于小车的质量M。退出