2019-2020版新教材高中物理 第四章 第5节 牛顿运动定律的应用课件 新人教版必修第一册

第5节牛顿运动定律的应用核心素养物理观念科学思维科学态度与责任1.能结合物体的受力情况，确定物体的运动情况。2.能结合物体的运动情况对物体的受力情况进行分析。掌握应用牛顿运动定律和运动学公式解决问题的基本思路和方法。能运用牛顿运动定律和运动学规律分析生产、生活、科技中的问题。知识点两类基本问题1.从受力确定运动情况：如果已知物体的受力情况，可以由牛顿第二定律求出物体的，再通过确定物体的运动情况。2.从运动情况确定受力：如果已知物体的运动情况，根据运动学规律求出物体的，结合受力分析，再根据求出力。[思考判断](1)根据物体加速度的方向可以判断物体所受合外力的方向。()(2)根据物体加速度的方向可以判断物体受到的每个力的方向。()(3)物体运动状态的变化情况是由它的受力决定的。()(4)物体运动状态的变化情况是由它对其他物体的施力情况决定的。()加速度运动学的规律加速度牛顿第二定律√×√×根据受力情况确定运动情况玩滑梯是小孩非常喜欢的活动，如果滑梯的倾角为θ，一个小孩从静止开始下滑，小孩与滑梯间的动摩擦因数为μ，滑梯长度为L，怎样求小孩滑到底端的速度和需要的时间？[观察探究]答案首先分析小孩的受力，利用牛顿第二定律求出其下滑的加速度，然后根据公式v2＝2ax和x＝12at2即可求得小孩滑到底端的速度和需要的时间。核心要点[探究归纳]1.问题界定：根据物体受力情况确定运动情况，指的是在物体的受力情况已知的条件下，判断出物体的运动状态或求出物体的速度和位移等物理量。2.解题思路[试题案例][例1]如图所示，在倾角θ＝37°的足够长的固定斜面底端有一质量m＝1.0kg的物体，物体与斜面间的动摩擦因数μ＝0.25。现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动，拉力F＝10N，方向平行于斜面向上。经时间t＝4.0s绳子突然断了(已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，g取10m/s2)，求：(1)绳断时物体的速度大小；(2)从绳子断后物体沿斜面上升的最大位移。解析(1)物体向上运动过程中，受拉力F、斜面支持力FN、重力mg和摩擦力Ff，如图甲所示，设物体向上运动的加速度为a1，根据牛顿第二定律有：F－mgsinθ－Ff＝ma1又Ff＝μFN，FN＝mgcosθ解得：a1＝2.0m/s2则t＝4.0s时物体的速度大小v1＝a1t＝8.0m/s(2)绳断后物体沿斜面向上做匀减速直线运动，设运动的加速度大小为a2，受力如图乙所示。根据牛顿第二定律，对物体沿斜面向上运动的过程有：mgsinθ＋Ff＝ma2Ff＝μFN，FN＝mgcosθ，代入数值联立解得a2＝8.0m/s2。答案(1)8.0m/s(2)4.0m做匀减速运动的位移为x2＝v212a2＝4.0m方法点拨解题步骤(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力图。(2)根据力的合成法或分解法(一般采用正交分解法)，求出物体所受的合外力(包括大小和方向)。(3)根据牛顿第二定律，求出物体运动的加速度。列方程列方程时注意正方向的选取(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——位移和速度等。[针对训练1]如图所示，一个质量为4kg的物体以v0＝12m/s的初速度沿着水平地面向左运动，物体与水平面间的动摩擦因数为0.2，物体始终受到一个水平向右、大小为12N的恒力F作用(g取10m/s2)，求：(1)开始时物体的加速度大小和方向；(2)5s末物体受到地面的摩擦力大小和方向；(3)5s末物体的速度大小和方向。解析(1)物体受到向右的滑动摩擦力，受力分析如图甲所示，Ff＝μFN＝μmg＝8N。设物体的加速度大小为a，根据牛顿第二定律得：(2)物体减速到零所需的时间t＝v0a＝125s＝2.4s，由于F＞Ff，故物体速度减为零后改为向右的匀加速运动，2.4s后摩擦力仍为滑动摩擦力Ff，大小为8N，方向水平向左。F＋Ff＝ma，即a＝F＋Ffm＝5m/s2，方向水平向右。则5s末的速度v＝a′t′＝1×(5－2.4)m/s＝2.6m/s，方向水平向右。答案(1)5m/s2方向水平向右(2)8N方向水平向左(3)2.6m/s方向水平向右(3)2.4s后物体的受力情况如图乙所示，加速度a′＝F－Ffm＝1m/s2，方向水平向右。根据运动情况确定受力情况[要点归纳]1.问题界定根据物体运动情况确定受力情况，指的是在物体的运动情况(如物体的运动性质、速度、加速度或位移)已知的条件下，要求得出物体所受的力。2.解题思路核心要点3.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，求物体所受的合外力。(4)根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需求的力。[试题案例][例2]一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动，4s内通过8m的距离，此后关闭发动机，汽车又运动了2s停止，已知汽车的质量m＝2×103kg，汽车运动过程中所受的阻力大小不变，求：(1)关闭发动机时汽车的速度大小；(2)汽车运动过程中所受到的阻力大小；(3)汽车牵引力的大小。解析(1)汽车开始做匀加速直线运动，则由牛顿第二定律得－Ff＝ma2，解得Ff＝4×103N。x1＝v＋02t1，解得v＝2x1t1＝4m/s。(2)汽车滑行减速过程中加速度a2＝0－vt2＝－2m/s2(3)开始加速过程中加速度为a1，则x1＝12a1t21解得a1＝1m/s2由牛顿第二定律得F－Ff＝ma1解得F＝Ff＋ma1＝6×103N。答案(1)4m/s(2)4×103N(3)6×103N特别提醒解决动力学两类问题的注意点(1)由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合力的方向，不能将速度的方向和加速度的方向混淆。(2)物体的受力情况与运动状态有关，所以受力分析和运动分析往往同时考虑、交叉进行，作受力分析图时，把所受的外力画到物体上的同时，速度和加速度的方向也应标在图中。(3)求解两类动力学基本问题涉及的物理知识：①牛顿第二定律F＝ma；②牛顿第三定律F＝－F′；③运动学公式v＝v0＋at，x＝v0t＋12at2，v2－v20＝2ax，x＝v＋v02t。注意正方向的选取。[针对训练2]一物体静止在水平地面上，若给物体施加一水平推力F，使其做匀加速直线运动。物体与地面间的动摩擦因数为0.4，物体的质量为10kg，在开始运动后的第6s内发生的位移为11m，g取10m/s2。求所施加的力F的大小。解析设物体运动的加速度为a，由匀加速直线运动公式x＝12at2得(12a×62－12a×52)m＝11m，解得a＝2m/s2由牛顿第二定律有F－μmg＝maF＝ma＋μmg＝10×2N＋0.4×10×10N＝60N答案60N科学思维——临界极值问题的分析方法1.临界状态：当物体从某种特性变化到另一种特性时，发生质的飞跃的转折状态，通常叫作临界状态。出现“临界状态”时，既可以理解成“恰好出现”，也可理解为“恰好不出现”的物理状态。2.解决临界极值问题的方法(1)极限法：在题目中若出现“最大”“最小”“刚好”等词语时，则一般隐含着临界问题，处理这类问题时，应把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，分析出临界条件，以达到尽快求解的目的。(2)假设法：在有些物理过程中，没有明显出现临界问题的线索，但在变化过程中可能出现临界问题，也可能不出现临界问题，解答这类题时，一般用假设法。(3)数学方法：将物理过程转化为数学表达式，根据数学表达式求解得出临界条件。[针对训练]如图所示，一细线的一端固定于倾角为45°的光滑楔形滑块A的顶端P处，细线的另一端拴一质量为m的小球。试求当滑块以a＝2g的加速度向左运动时线的拉力F(方向可用正弦或余弦表示)。解析本题中当滑块向左运动的加速度较小时，滑块对小球存在支持力；当滑块向左运动的加速度较大时，小球将脱离滑块斜面而“飘”起来。因此，本题存在一个临界条件：当滑块向左运动的加速度为某一临界值时，斜面对小球的支持力恰好为零(小球将要离开斜面而“飘”起来)。此时小球受两个力：重力mg，绳的拉力F，如图所示。在y轴上有：Fsinθ＝mg①在x轴上有：Fcosθ＝ma②即当滑块向左运动的加速度为a＝g时，小球恰好对斜面无压力。当a＝2g时，小球已“飘”起来了，此时小球的受力情况如上图所示(但θ不再为45°)，故根据①②两式并将a＝2g代入解得F＝5mg，此即为所求的拉力大小。与水平方向的夹角的正弦值sinθ′＝mgF＝55。由①②两式并将θ＝45°代入可得：a＝g答案5mg与水平方向的夹角的正弦值为55