牛顿第二定律的应用ppt课件（粤教版必修1）

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1、金品质,•,高追求 我们让你更放心,！,◆,物理,•,必,修,1,•,(,配,粤教版,)◆,,金品质,•,高追求 我们让你更放心！,,◆,物理,•,必,修,1,•,(,配,粤教版,)◆,,,返回,第五节　牛顿第二定律的应用,力与运动,,1,．知道应用牛顿第二定律解答两类基本问题．,,2,．能结合物体的运动情况进行受力分析．,,3,．能根据受力情况进行分析、判断和研究物体的运动情况．,,4,．掌握解题的基本思路和分析方法．,,5,．能结合运动学公式来解简单的力学问题．,1,．牛顿第二定律的内容：物体的,________,与物体,__________,成正比，与,_______

2、___,成反比．加速度的方向与合外力方向,________,．,,2,．牛顿第二定律的表达式为,________,；其中,F,是物体,__________,；,a,是指物体的,________,．,,3,．用牛顿第二定律解题的一般步骤：,,(1),选择,________,；,,(2),分析研究对象的,________(,画受力图,),；,1,．加速度　所受的合外力　物体的质量　相同,,2,．,F,＝,ma,所受的合外力　加速度,,3,．研究对象　受力情况,(3)________________,，一般尽量使一条坐标轴与加速度方向,________,．对只有两个力的简单情况，可直接用平行四边形定

3、则；,,(4),根据,__________,列方程,(,分别沿两坐标轴方向列两个方程,),；,,(5),联立方程求解；,,(6),分析解方程所得结果的,________,，确定最后结果．,建立直角坐标系　重合　牛顿第二定律　合理性,4,．运用牛顿运动定律解决的动力学问题常常可以分为两种类型：,,类型一：已知物体的,_______,，求解物体的,______,．如物体运动的,______,、,______,及,______,等．,,类型二：已知物体的,________,，要求推断物体的,________,．如确定力的,________,和,________,等．,,但不管哪种类型，,_____,

4、始终是联系,_____,的桥梁．,,5,．常用的运动学公式为匀变速直线运动公式，,________,；,________,；,________.,4,．受力情况　运动情况　位移　速度　时间　运动情况　受力情况　大小　方向　加速度　运动和力,,5,．,v,t,＝,v,0,＋,at,,s,＝,v,0,t,＋,1/2,at,2,,v,t,2,－,v,0,2,＝,2,as,考点一　 用牛顿运动定律解决两类基本问题,动力学的两类基本问题：,,①,由受力情况判断物体的运动状态；,,②,由运动情况判断物体的受力情况．,,解决这两类基本问题的方法是，以加速度,(,a,),为桥梁，由运动学公式和牛顿

5、定律列方程求解．,解决这类问题进行正确的受力分析和运动过程分析是关键，要习惯于画受力图和运动草图．,1,．由受力情况判断物体的运动状态,,在受力情况已知的情况下，要求判断出物体的运动状态或求出物体的运动速度或位移．处理这类问题的基本思路是：先求出几个力的合力，由牛顿第二定律,(,F,＝,ma,),求出加速度，再由运动学的有关公式求出速度或位移．,如右图所示，一个静止在水平面上的物体，质量是,2.0 kg,，在水平方向受到,4.4 N,的拉力，物体受到水平面施加的滑动摩擦力是,2.2 N,，求物体在,4.0 s,末时的速度和,4.0 s,内发生的位移？,解析：,此题目是根据已知的受力情况来求物体

6、的运动情况．物体受到四个力的作用，水平拉力,F,、滑动摩擦力,f,、物体的重力,G,、水平面的支持力,N,.,物体在竖直方向没有加速度，重力,G,和支持力,N,大小相等，方向相反，彼此平衡．,如上图所示，合外力就是水平方向的外力,F,和,f,的合力．物体在水平面上运动，而且水平方向的滑动摩擦力已经给出，不需要根据竖直方向的压力来求．这样就可以只考虑水平方向的力，不考虑竖直方向的彼此平衡的力．取水平向左的正方向，则由牛顿第二定律得：,F,－,f,＝,ma,.,,∴,a,＝,(,F,－,f,)/,m,＝,(4.4,－,2.2)/2.0 m/s,2,＝,1.1 m/s,2,,物体运动的初速度,v,0

7、,＝,0,，将,a,值代入公式得：,,v,M,t,＝,v,0,＋,at,＝,0,＋,1.1,×,4.0,m/s,＝,4.4,m/s,,s,＝,v,0,t,＋,1/2,at,2,＝,0,＋,1/2,×,1.1,×,42 m,＝,8.8 m,,答案：,4.4,m/s,,8.8 m,练习,1,．如图所示，质量为,m,的滑块沿倾角为,θ,的斜面下滑，滑块与斜面间动摩擦因数为,μ,，求滑块下滑的加速度．,解析：,物体受力如图所示，并建立下图所示坐标系．,由牛顿第二定律得,,mg,sin,θ,－,F,f,＝,ma,①,,F,N,－,mg,cos,θ,＝,0,②,,F,f,＝,μF,N,③,,联立以上几式得

8、,,a,＝,g,(sin,θ,－,μ,cos,θ,),,方向沿斜面向下，滑块做匀加速直线运动,,答案：,g,(sin,θ,－,μ,cos,θ,),2,．由运动情况判断物体的受力情况,,对于第二类问题，在运动情况已知情况下，要求判断出物体的未知力的情况，其解题思路一般是：已知加速度或根据运动规律求出加速度，再由牛顿第二定律求出合力，从而确定未知力，至于牛顿第二定律中合力的求法可用力的合成和分解法则,(,平行四边形法则,),或正交分解法．,一辆质量为,1.0,×,10,3,kg,的小汽车正以,10,m/s,的速度行驶，现在让它在,12.5 m,的距离内匀减速地停下来，求所需的阻力．,解析：,这个题

9、目是根据运动情况求解汽车所受的阻力．研究对象汽车：,m,＝,1.0,×,10,3,kg,；运动情况：匀减速运动至停止,v,＝,0,，,x,＝,12.5 m,．初始条件,v,0,＝,10,m/s,，求阻力,F,阻．,,由运动情况和初始 条件，根据运动学公式 可求出加速度．再根据

10、 牛顿第二定律求出汽车 受的合外力，最后由受 力分析可知合外力即阻力．,画图分析如图所示，选,v,0,方向为正方向,,由运动学公式,v,2,－,v,＝,2,ax,得：,,a,＝,(0,－,v,)/2,x,＝－,10,2,/2,×,12.5 m/s,2,＝－,4 m/s,2,,据牛顿第二定律列方程，竖直方向：,F,N,－,G,＝,0.,,水平方向

11、：,,F,阻,＝,ma,＝,1.0,×,10,3,×,(,－,4) N,＝－,4.0,×,10,3,N,，,,负值表示力的方向跟速度方向相反．,,答案：,4.0,×,10,3,N,与速度方向相反．,点评：,确定物体受力情况就是确定物体受到的未知力，有时需要通过确定力进一步确定出与力有关的其他几个量，如物体的质量、动摩擦因数、弹簧的形变量、斜面倾角大小等．,练习,2,．质量为,m,的物体放在倾角为,α,的斜面上，物体和斜面间的动摩擦系数为,μ,，如沿水平方向加一个力,F,，使物体沿斜面向上以加速度,a,做匀加速直线运动，如图所示，则,F,多大？,解析：,(1),受力分析：物体受四个力作用：重力,

12、mg,、弹力,F,N,、推力,F,、摩擦力,F,f,，,,(2),建立坐标系：以加速度方向即沿斜面向上为,x,轴正向，分解,F,和,mg,如图所示；,(3),建立方程并求解,,x,方向：,,F,cos,,α,－,mg,sin,,α,－,F,f,＝,ma,①,,,y,方向：,,F,N,－,mg,cos,,α,－,F,sin,,α,＝,0,②,,f,＝,μF,N,③,,三式联立求解得：,,F,＝,m,(,a,＋,g,sin,,α,＋,μg,cos,,α,)/(cos,,α,－,μ,sin,,α,),,答案：,m,(,a,＋,g,sin,,α,＋,μg,cos,,α,)/(cos,,α,－,μ,si

13、n,,α,),考点二　 牛顿三个运动定律的区别与联系,,,牛顿第一定律,牛顿第二定律,牛顿第三定律,区别,内容,一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止,物体的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度方向跟合外力的方向相同,作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上,,公式,,F,合,＝,ma,F,＝－,F,′,区别,意义,明确了力的概念，指出了力是物体运动状态发生改变的原因，即力是产生加速度的原因,揭示了加速度是力作用的结果，揭示了力、质量、加速度的定量关系,揭示了物体间力的作用的相互性，明确了相互作用力的关系,,研究方

14、法,根据理想实验归纳总结得出，不能直接用实验验证,用控制变量法研究,F,、,m,、,a,之间的关系，可用实验验证,由实际现象归纳总结得出，可用实验验证,联系,,牛顿三个运动定律是一个整体，是动力学的基础，牛顿第二定律是以牛顿第一定律为基础，由实验总结得出的,,,如图表示某小球所受的合外力与时间的关系，各段的合力大小相同，作用时间相同，设小球从静止开始运动，由此可判定,(,,),,A,．小球向前运动，再返回停止,,B,．小球向前运动再返回不会停止,,C,．小球始终向前运动,,D,．小球向前运动一段时间后停止,解析：,开始时，小球在第,1 s,内做匀加速直线运动，在第,2 s,内做匀减速直线运动在

15、第,2 s,末小球速度恰好为零，然后第,3 s,内又重复第,1 s,内的运动状态，就这样依次加速、减速运动下去，但速度方向不会发生改变，故,C,正确．,,答案：,C,,,点评,：,此类问题，一定要认真分析过程，掌握好力和加速度的瞬时对应关系，搞清运动过程、找准运动规律，应用已学知识求解．,练习,3,．在静止的小车内，用细绳,a,和,b,系住一个小球，绳,a,在竖直方向成,θ,角，拉力为,T,a,，绳,b,成水平状态，拉力为,T,b,.,现让小车从静止开始向右作匀加速直线运动，如图所示，此时小球在车内的位置仍保持不变,(,角,θ,不变,),，则两根细绳的拉力变化情况是,(,,),,A,．,T,a

16、,变大，,T,b,不变,,B,．,T,a,变大，,T,b,变小,,C,．,T,a,变大，,T,b,变大,,D,．,T,a,不变，,T,b,变小,解析：,因小球在竖直方向上没有加速度，所以有：,F,y,＝,0,，且,θ,未变，则,T,Ay,＝,mg,不变，所以,T,A,不变，则,T,Ax,也不变， 小球有向右的,a,，所以,∑,F,x,≠,0(,向右,),，故,T,B,↓,.,,,答案：,D,考点三　 牛顿运动定律的瞬时性,牛顿第二定律是表示力的瞬时作用规律，描述的是力的瞬时作用效果,——,产生加速度．物体在某一时刻加速度的大小和方向，是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方

17、向来决定的．当物体所受到的合外力发生变化时，它的加速度随即也要发生变化，,F,＝,ma,对运动过程的每一瞬间成立，加速度与力是同一时刻的对应量，即同时产生、同时变化、同时消失．,,无明显形变产生的弹力能突变，如,“,绳,”,和,“,线,”,的弹力；有明显形变产生的弹力不能突变，如,“,弹簧,”,和,“,橡皮绳,”,的弹力．,如图所示，一质量为,m,的物体系于长度分别为,L,1,、,L,2,的两根细线上，,L,1,的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为,θ,，,L,2,水平拉直，物体处于平衡状态．现将,L,2,线剪断，求剪断瞬时物体的加速度．若将图,(a),中的细线,L,1,改为长度相同、质量不

18、计的轻弹簧，如图,(b),所示，其他条件不变，求剪断瞬时物体的加速度？,解析：,L,2,被剪断的瞬间，,L,1,上张力的大小发生了突变，此瞬间,,F,合,＝,mg,sin,,θ,，,a,＝,g,sin,,θ,，方向垂直,L,1,向下：,,若将图,(a),中的细线,L,1,改为长度相同、质量不计的轻弹簧．设,L,1,线上拉力为,T,1,，,L,2,线上拉力为,T,2,，重力为,mg,，物体在三力作用下保持平衡：,,T,1,cos,θ,＝,mg,，,T,1,sin,θ,＝,T,2,，,T,2,＝,mg,tan,,θ,,剪断线的瞬间，,T,2,突然消失，物体即在,T,2,反方向获得加速度．因为,mg

19、,tan,,θ,＝,ma,，,,所以加速度,a,＝,g,tan,,θ,，方向在,T,2,反方向．,,答案：,见解析,练习,4,．如图所示，质量为,m,的小球用水平弹簧系住，并用倾角为,30°,的光滑木板,AB,托住，小球恰好处于静止状态．当木板,AB,突然向下撤离的瞬间，小球的加速度为,(,,),解析：,由于弹簧弹力不会突变，但当木板,AB,突然向下撤离的瞬间，小球所受合力与木板的支持力等大方向，故合力方向垂直木板向下．答案,C,正确．,,,答案：,C,1,．,解决连接体的方法,——,整体法与隔离法,,两个或两个以上物体相互连接参与运动的系统称为连接体．解决这类问题通常用到整体法与隔离法．,,

20、隔离法与整体法，不是相互对立的，一般问题的求解中，随着研究对象的转化，往往两种方法交叉运用，相辅相成．,,(1),整体法：采用整体法时不仅可以把几个物体作为整体，也可以把几个物理过程作为一个整体，采用整体法可以避免对整体内部进行繁锁的分析，常常使问题解答更简便、明了．其基本步骤如下：,①,明确研究的系统或运动的全过程．,,②,画出系统的受力图和运动全过程的示意图．,,③,寻找未知量与已知量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解．,,(2),隔离法：把所研究对象从整体中隔离出来进行研究，最终得出结论的方法称为隔离法．可以把整个物体隔离成几个部分来处理，也可以把整个过程隔离成几个阶段来处理，还可

21、以对同一个物体，同一过程中不同物理量的变化进行分别处理．运用隔离法解题的基本步骤：,①,明确研究对象或过程、状态，选择隔离对象．选择原则是：一要包含待求量，二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少．,,②,将研究对象从系统中隔离出来；或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来．,,③,对隔离出的研究对象、过程、状态分析研究，画出某状态下的受力图或某阶段的运动过程示意图．,,④,寻找未知量与已知量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解．,如图所示，,A,、,B,两木块的质量分别为,m,A,、,m,B,，在水平推力,F,作用下沿光滑水平面匀加速向右运动，求,A,、,B,间的弹力,N,.,解析：

22、,这里有,a,、,N,两个未知数，需要要建立两个方程，要取两次研究对象．比较后可知分别以,B,、,(,A,＋,B,),为对象较为简单,(,它们在水平方向上都只受到一个力作用,),点评：,这个结论还可以推广到水平面粗糙时,(,A,、,B,与水平面间,μ,相同,),；也可以推广到沿斜面方向推,A,、,B,向上加速的问题，有趣的是，答案是完全一样的．,5,．如图所示，倾角为,θ,的斜面与水平面间、斜面与质量为,m,的木块间的动摩擦因数均为,μ,，木块由静止开始沿斜面加速下滑时斜面始终保持静止．求水平面给斜面的摩擦力大小和方向．,解析：,以斜面和木块整体为研究对象，水平方向仅受静摩擦力作用，而整体中只

23、有木块的加速度有水平方向的分量．可以先求出木块的加速度,a,＝,g(sin,,θ,－,μ,cos,,θ,),，再在水平方向对质点组用牛顿第二定律，很容易得到：,,F,f,＝,mg,(sin,,θ,－,μ,cos,,θ,)cos,,θ,,如果给出斜面的质量,M,，本题还可以求出这时水平面对斜面的支持力大小为：,,F,N,＝,mg,＋,mg,(cos,,α,＋,μ,sin,,α,)sin,,θ,,这个值小于静止时水平面对斜面的支持力．,,答案：,mg,(sin,,θ,－,μ,cos,,θ,)cos,,θ,2,．,面接触物体分离的条件及其应用,,相互接触的物体间可能存在弹力作用．对于面接触的物体，在

24、接触面间弹力变为零时，它们将要分离．抓住相互接触物体分离的这一条件，就可顺利解答相关问题．下面举例说明．,如图所示，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．当滑块至少以加速度,a,＝,________,向左运动时，小球对滑块的压力等于零，当滑块以,a,＝,2,g,的加速度向左运动时，线中拉力,T,＝,________.,解析：,当滑块具有向左的加速度,a,时，小球受重力,mg,、绳的拉力,T,和斜面的支持力,N,作用，如图所示．,,在水平方向有：,,T,cos,45°,－,N,cos,45°,＝,ma,；,,在竖直方向有：,,T,sin,45°,－,N,sin,45°,－,mg,＝,0.,,由上述两式可解出：,由此两式可看出，当加速度,a,增大时，球受支持力,N,减小，绳拉力,T,增加．当,a,＝,g,时，,N,＝,0,，此时小球虽与斜面有接触但无压力，处于临界状态．这时绳的拉力：,,T,＝,mg,/,cos,45°,＝,mg,.,,当滑块加速度,a,>,g,时，则小球将,“,飘,”,离斜面，只受两力作用，如图所示，此时细线与水平方向间的夹角,α,<45°.,由牛顿第二定律得：,,T,cos,,α,＝,ma,，,T,sin,,α,＝,mg,，,,解得：,祝,您,学业有成,