第五节 牛顿运动定律的应用（教学课件）物理沪科版2020必修第一册

第四章 牛顿定律 主讲教师：XXX 第五节 牛顿定律的应用 目录 01 牛顿定律的应用 02 超重和失重 宏观世界中，无论陆、海、空各种交通工具的运动还是火箭发射和宇宙航行，都遵循着牛顿运动定律。例如，为了使赛车提速，不仅需要考虑动力和阻力等因素，还要为车体瘦身减重；章导图所示的航空母舰设计时不仅要考虑舰载机安全起飞，为了使舰载机在航空母舰上安全降落，还设计了拦阻索来缩短舰载机的着舰滑行距离。我们几乎时时处处都要用到牛顿运动定律去解决遇到的问题。下面将运用牛顿运动定律来分析，体会用牛顿运动定律解决问题的过程和方法。 哪些力决定了拔河比赛的输赢？ 两队队员受力分析 由于比赛的具体参与者很多，情况比较复杂，我们仅分析右队恰好被获胜的左队拉得向前滑行的情况。我们像上一节开始时一 样，将情况简化为两位队员直接互拉，并将队员抽象为两个质点，分析其受力。 根据牛顿第三定律，左、右两队间的拉力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反。如图所示，左队队员受到右队的拉力FT1。因此，左队队员有相对于地面向右运动的趋势，地面对左队队员有一个向左的摩擦力 Ff1。同理，可对右队队员作受力分析。 对于获胜的左队，只要 FT1 的大小不超过其与地面间的最大静摩擦力，必有 FT1 = Ff1，左队队员所受合力为零。根据牛顿第一定律，队员保持静止状态。对于失利的右队，其与地面间的最大静摩擦力比左队的小，小于右队所受的拉力，即Ff2 ＜ FT2，合力不为零，方向向左。根据牛顿第二定律，右队的加速度向左，滑向左边，从而输掉了比赛。在本例中决定输赢的是左、右两队在水平方向所受的合力。左队之所以会赢是因为他们受到的合力为零，右队之所以会输是因为向左的合力改变了他们的运动状态。在上述实例中，我们根据两队的受力情况，运用牛顿运动定律讨论了决定拔河比赛输赢的原因。在其他情况中同样可以根据物体的运动状态变化，依据牛顿运动定律分析其受力情况。 从受力情况求运动情况 1.基本思路： 分析物体的受力情况，求出物体所受的合外力，由牛顿第二定律求出物体的加速度;再由运动学公式及物体运动的初始条件确定物体的运动情况.流程图如下： 由受力情况 求合外力 由牛顿第二定律求加速度 先由受力情况求 F合=F-f，再由 F合=ma求加速度a 最后由x=1/2at2、v=at等运动学公式求x、v等物理量 牛顿第二定律F合＝ma，确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的运动情况与受力情况联系起来。 F合＝ma 桥梁 v＝v0＋at x＝v0t＋at2 ＝2ax 重力 弹力 摩擦力 注意：（1）同时性 （2）同向性 一般思路： 选中对象并作受力分析 应用牛顿第二定律 求出加速度a 应用运动学公式 确定物体运动情况 【例题1】运动员把冰壶沿水平冰面投出，让冰壶在冰面上自由滑行，在不与其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按比赛规则，投掷冰壶运动员的队友，可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面，减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动。 （1）运动员以 3.4 m/s 的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g 取10 m/s2。 （2）若运动员仍以 3.4 m/s 的速度将冰壶投出， 其队友在冰壶自由滑行10m后开始在其滑行前方 摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的 90%，冰壶多滑行了多少距离？ （1）运动员以 3.4 m/s 的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为 0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g 取 10 m/s2。 1.明确研究对象 2.受力情况分析 mg FN Ff 3.运动过程分析 【解析】冰壶运动方向为正方向建立一维坐标系 Ff ＝ -µ1FN ＝-µ1mg a1=-0.2m/s2 -μmg=ma1 由 vt 2－ v02 =2a1x1 x1=28.9m 冰壶滑行了 28.9 m （2）若运动员仍以 3.4 m/s 的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行 10 m 后开始在其滑行前方摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的 90%，冰壶多滑行了多少距离？ 【解析】设冰壶滑行 10 m 后的速度为 v10，则 v102 ＝ v02 ＋ 2a1x10 冰壶的加速度 a2 ＝－µ2 g ＝－0.02×0.9×10 m/s2 ＝－0.18 m/s2 滑行 10 m 后为匀减速直线运动，由 v2－ v102＝2a2x2 ， v＝0，得 第二次比第一次多滑行了 （10＋21－28.9）m＝2.1m 若已知运动情况又如何知道受力呢？ 加速度 力 运动状态 加速度与力 牛顿第二定律 物体受到外力的作用 外力不为零，就产生加速度 加速度不为零，就产生速度 加速度与力之间有关联 通过牛顿第二定律将其联系起来 合外力不为零