牛顿第二定律的应用ppt课件（粤教版必修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,_,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，,_,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：,由受力情况判断物体的运动状态；,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,0,0,，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,的斜面下滑，滑块与斜面间动摩擦因数为,，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,F,f,ma,F,N,mg,cos,0,F,f,F,N,联立以上几式得,a,g,(sin,cos,),方向沿斜面向下，滑块做匀加速直线运动,答案：,g,(sin,cos,),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 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：,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,的斜面上，物体和斜面间的动摩擦系数为,，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,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,mg,sin,F,f,ma,y,方向：,F,N,mg,cos,F,sin,0,f,F,N,三式联立求解得：,F,m,(,a,g,sin,g,cos,)/(cos,sin,),答案：,m,(,a,g,sin,g,cos,)/(cos,sin,),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,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,不变,),，则两根细绳的拉力变化情况是,(,),A,T,a,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,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,，,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,，,a,g,sin,，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,mg,，,T,1,sin,T,2,，,T,2,mg,tan,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,tan,ma,，,所以加速度,a,g,tan,，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,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：,明确研究的系统或运动的全过程,画出系统的受力图和运动全过程的示意图,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：,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,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,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,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：,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,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,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,，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,cos,),，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,cos,)cos,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,sin,)sin,这个值小于静止时水平面对斜面的支持力,答案：,mg,(sin,cos,)cos,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,45.,由牛顿第二定律得：,T,cos,ma,，,T,sin,mg,，,解得：,祝,您,学业有成,