2019-2020学年高中物理 第3章 5 牛顿运动定律的应用课件 教科版必修1

5.牛顿运动定律的应用1.掌握运用牛顿运动定律解决动力学问题的基本方法、步骤.2.学会用整体法、隔离法进行受力分析,并熟练应用牛顿运动定律求解有关问题.运动与力1.已知物体的受力情况,确定物体的运动情况根据牛顿第二定律,已知物体的受力情况可以求出物体的加速度,再知道物体的初始条件(初位置和初速度),根据运动学公式,就可以求出物体在任意时刻的位置和速度,也就确定了物体的运动情况2.已知物体的运动情况,分析物体的受力情况根据物体的运动情况,由运动学公式求出加速度,再根据牛顿第二定律可确定物体所受的合力,从而求出某些未知力或与力相关的某些量,如动摩擦因数、劲度系数、力的方向等整体法整体法是选取整个系统为研究对象,对整个系统应用牛顿第二定律列出方程的方法.它主要适用于两个或两个以上物体以某种方式连接时,加速度相同的情况,用这种方法可避免讨论系统内物体间相互作用的内力隔离法隔离法是把某个物体从系统中“隔离”出来作为研究对象,分析受力情况,依据牛顿第二定律列方程求解的方法.如果问题较复杂,涉及未知量较多,还要“隔离”第二个物体、第三个物体等.总体原则是列方程数与未知量个数相等警示:整体法和隔离法是相辅相成的,把这两种方法结合使用,处理问题将十分方便探究一探究二动力学两类基本问题已知力,求运动已知运动,求力由于运动学公式中有加速度a,牛顿第二定律中也有加速度a,所以加速度是联系运动和力的桥梁和纽带探究一探究二已知力,求运动已知运动,求力流程图如下:物体受力情况↓物体的合力加速度↓运动学公式↓物体运动情况流程图如下:物体运动情况↓运动学公式↓加速度物体的合力↓物体受力情况探究一探究二已知力,求运动已知运动,求力解题步骤:(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)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,求出物体运动的加速度(4)结合物体运动的初始条件,选择运动学公式,求出所需求的运动学量——任意时刻的位移和速度,以及运动轨迹等解题步骤:(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动过程分析,并画出受力图和运动草图(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,由合力求出所需求的力探究一探究二连接体问题的处理方法——整体法和隔离法连接体问题是指两个或两个以上相互作用的物体构成的系统,这类问题常涉及求解系统内各物体间的相互作用力,解决这类问题的关键是研究对象的选取.1.求各部分加速度相同的连接体的加速度或合力时,优先考虑“整体法”.2.如果还需求物体间的作用力,再用“隔离法”,且一定要从需求作用力的那个作用面将物体隔离.3.如果连接体中各部分的加速度不同,一般选用“隔离法”.【例题1】(已知力,求运动)质量为12kg的箱子放在水平地面上,箱子和地面的动摩擦因数为0.3,现在用倾角为37°的60N的力拉箱子,如图所示,3s末撤去拉力,则撤去拉力时箱子的速度为多少?箱子继续运动多长时间静止?(g取10m/s2)甲乙解析:选择箱子为研究对象,受力分析如图甲所示,沿水平和竖直方向将力正交分解,并利用牛顿运动定律,得水平方向:Fcos37°-μN=ma竖直方向:Fsin37°+N=mg解得a=1.9m/s2,v=at=5.7m/s当撤去拉力F后,物体的受力变为如图乙所示,则由牛顿第二定律得f'=μN'=μmg=ma,a=μg=3m/s2,t=𝑣𝑎=1.9s.答案:5.7m/s1.9s反思本例题考查了支持力和摩擦力的被动力特征,当主动力F变化时,支持力N、摩擦力f都随之变化.这是力学和运动学的综合.【例题2】(已知运动,求力)质量为0.1kg的弹性球从空中某高度由静止开始下落,该下落过程对应的v-t图像如图所示.弹性球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰撞前的34.设球受到的空气阻力大小恒为𝑓,𝑔取10m/s2,求:(1)弹性球受到的空气阻力f的大小;(2)弹性球第一次碰撞后反弹的高度h.解析:(1)由v-t图像可知,弹性球下落过程的加速度为a1=Δ𝑣Δ𝑡=4-00.5m/s2=8m/s2根据牛顿第二定律,得mg-f=ma1所以弹性球受到的空气阻力f=mg-ma1=(0.1×10-0.1×8)N=0.2N.(2)弹性球第一次反弹后的速度v1=34×4m/s=3m/s根据牛顿第二定律,得弹性球上升的加速度为a2=𝑚𝑔+𝑓𝑚=0.1×10+0.20.1m/s2=12m/s2根据v2−𝑣12=−2𝑎2ℎ,得弹性球第一次反弹的高度h=𝑣122𝑎2=322×12m=0.375m.答案:(1)0.2N(2)0.375m反思本题是已知运动情况求受力情况类型的题.正确分析物体的运动情况是解题的关键,弄清整个物理过程是解题的前提.根据运动情况应用运动学公式求出加速度,再用牛顿第二定律求物体的受力情况.【例题3】如图所示,两个质量相同的物体A和B紧靠在一起,放在光滑的水平桌面上,如果它们分别受到水平推力F1和F2的作用,而且F1F2,则A施于B的作用力大小为()A.F1B.F2C.12𝐹1+𝐹2D.12(𝐹1−𝐹2)解析:仅考虑水平方向,因两个物体向同一方向以相同加速度运动,因此可把两个物体当作一个整体.设每个物体质量为m,则整体质量为2m.对整体(见图甲):F1-F2=2ma,所以a=𝐹1-𝐹22𝑚.把A和B隔离,设A对B的作用力为F,对B(见图乙):F-F2=ma.所以F=ma+F2=𝑚(𝐹1-𝐹2)2𝑚+𝐹2=𝐹1+𝐹22.答案:C反思整体法和隔离法是牛顿第二定律应用中极为普遍的方法.隔离法是根本,但有时较烦琐;整体法较简便,但用整体法无法求解系统内力.所以两种方法配合使用,才能高效解题.