物理：4.5《牛顿第二定律的应用》课件(粤教版必修1)

牛顿第二定律的应用一、动力学问题的分类1、第一类：已知受力情况求运动情况即先由物体的受力情况求出合力，利用牛顿第二定律求出物体的加速度，再根据物体的初始条件利用运动学公式求出物体的运动情况----即任一时刻的位置、速度等2、第二类：已知运动情况求受力情况即先根据物体的运动情况，利用运动学公式求出物体的加速度，再由牛顿第二定律推断或者求出物体的受力情况但不管哪一类问题，确定物体的加速度是解题的关键二、应用牛顿第二定律解题规律分析题目类型及流程如下：F合=maa1、Vt=V0+at20212attVS、3、Vt2-V02=2as1、由左向右是已知力求运动状态，可将V、a、s、t中任何一个物理量作为未知量求解2、由右向左是已知运动求受力情况，可将未知力F、m中任何一个物理量作为未知量求解例题1：一个静止在水平地面上的物体，质量是2Kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动，物体与水平地面间的滑动摩擦力是4.2N。求物体4s末的速度和4s内发生的位移。解：对物体进行受力分析画图如右由图知：F合=F-f=maa=2/1.122.44.6smmfFsmatvvt/4.441.100mattvs8.841.121212204s末的速度4s内的位移Ff三.应用牛顿运动定律解题步骤：1、明确研究对象和研究过程；2、分析受力情况、画出受力示意图；3、分析运动情况、画出运动过程示意图；4、应用F合=ma及运动学公式列方程解题。例题：2．一静止木箱质量为m，与水平地面间的动摩擦因数为μ，现用斜向右下方与水平方向成θ角的力F推木箱，求经过t秒时木箱的速度。水平方向：F合=F1-f=Fcos-f=ma竖直方向：N=G+F2=G+Fsinf=µNVt=V0+at=atGFNfF1=FCosF2=FSinGFNfF1=FCosF2=FSin建立直角坐标系XYX方向：F合=F1-f=Fcos-f=maY方向：N=G+F2=G+Fsinf=µNVt=V0+at=at练习1、如图，一质量为m=5Kg的物体沿水平地面向左运动，物体与地面间的动摩擦因数为u=0.4，当物体向左的水平速度为v1=10m/s时，开始受到一个水平向右的拉力F=30N的作用。取g=10m/s2，问（1）经过多长时间物体的速度变为8m/s，向右运动？（2）这段时间内物体通过的位移是多大？分析：物体水平向左运动时，水平方向上受向右的滑动摩擦力和水平向右的拉力F而做匀减速直线运动，直到速度为0,由于水平向右的拉力F＞umg=20N，物体再由静止开始向右匀加速,直到速度达到题目中的要求为止。解：在物体向左运动过程中，设其加速度为a1则由牛顿第二定律a1=（F+umg)/m=（30+0.4×5×10)/5=10m/s2设物体向左运动速度减为0的时间为t1则t1=v1/a1=10/10s=1s物体向左运动的位移为s1s1=v1t1+a1t12/2=10×1+（1/2)×（-10)×12m=5m方向向左设物体向右的加速度为a2则a2=（F-umg)/m=（30-0.4×5×10）/5=2m/s2设物体向右速度达到v2=8m/s时，时间为t2t2=v2/a2=4s发生的位移为s2=a2t22/2=(1/2)×2×42m=16m方向向右所以物体速度由向左10m/s变为向右8m/s，所用时间为t=t1+t2=1s+4s=5s在这5内的位移是s=s1-s2=16m-5m=11m方向向右例３、一个滑雪的人，质量m=75kg，以V0=2m/s的初速度沿山坡匀加速地滑下，山坡的倾角ß=300，在t=5s的时间内滑下的路程s=60m，求滑雪人受到的阻力(包括滑动摩擦力和空气阻力)。思路：已知运动情况求受力。应先求出加速度a，再利用牛顿第二定律F合=ma求滑雪人受到的阻力。解：第一步求a因为V0=2m/s，s=60m，t=5s据公式求得a=4m/s220212attVS、第二步求F合阻力要对人进行受力分析画受力图，如下GfN因为是匀加速滑下，所以加速度向下，速度向下XYGYGX练习2、质量为5Kg的物体在与水平面成370角斜向右上方的拉力F的作用下，沿水平桌面向右做直线运动，经过5m的距离，速度由4m/s变为6m/s，已知物体跟桌面间的动摩擦因数u=0.1，求作用力F的大小.(g=10m/s2sin370=3/5cos370=4/5)分析：此题的物理情景是物体在拉力F的作用下做匀加速直线运动，运动5m的路程，速度由4m/s增加到6m/s，是一个已知物体的运动状态，求物体受力的问题。解题步骤：1．确定研究对象，分析物体运动状态此题的研究对象为物块，运动状态为匀加速直线运动2．由运动学公式求出物体的加速度由v2t-v20=2as得a=(v2t-v20)/2s=(62-42)/(2×5)=2m/s23．由牛顿第二定律求物体所受的合外力F合=ma=5×2N=10N4．分析物体受力情况，建立直角坐标系，由力的合成与分解求出FX方向Fcos370-f=ma=F合Y方向N+Fsin370-mg=0又f=uN联立三式可得F=17.6N练习3.质量为m＝4kg的小物块在一个平行于斜面的拉力F＝40N的作用下，从静止开始沿斜面向上滑动，如图8所示。已知斜面的倾角α＝37°，物块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.2，斜面足够长，力F作用5s后立即撤去，求：（1）前5s内物块的位移大小及物块在5s末的速率；（2）撤去外力F后4s末物块的速度。8解(1)分析受力情况画受力图G8NfX建立直角坐标系YGYGX解：(2)5s末撤去F，物块由于惯性仍向上滑行一定距离和一段时间。其受力如下：GNfVa建立直角坐标系XYGYGX请计算物块向上滑行的时间。（时间不足4S）则4S末，物块已经向下滑了。GNfVaYGYGXX物块向下滑时，a的大小改变。V＝V0＋at(时间t应该是4s减去物块上滑的时间注意：建立直角坐系的关键：X轴与加速度a同向。但不必建立时也不用建立。应用牛顿第二定律解题可分为两类：一类是已知物体受力情况求解物体的运动情况;另一类是已知物体的运动情况求解物体的受力情况．但无论是哪一类习题，它们的解题关键都是求加速度，它们的解题方法都遵循基本规律应用牛顿定律解题的步骤为:1、认真分析题意，建立物理图景。明确已知量和所求量2、选取研究对象，所选取的对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的系统（有关这一点我们以后再讲解）3、对研究对象的受力进行分析。利用力的合成与分解，求合力表达式方程或分力表达式方程。4、对研究对象的状态进行分析，运用运动学公式，求得物体加速度表达式。5、根据牛顿第二定律F=ma，联合力的合成、分解的方程和运动学方程组成方程组。6、求解方程组，解出所求量，若有必要对所求量进行讨论。