4.5 牛顿第二定律的应用 课件-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

4.5 牛顿第二定律的应用 第四章 运动和力的关系 ——身正心定 闳中博学—— 新教材人教版 物理（必修第一册） 张二朝 学习目标 1.掌握用牛顿运动定律解决两类问题。 2.理解加速度是解决动力学问题的桥梁。 3.掌握解决动力学问题的基本思路和方法。 课堂引入 为了尽量缩短停车时间，旅客按照车门标注的位置候车。列车进站时总能准确的停在对于车门的位置。这是如何做到的呢？ 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 　　牛顿第二定律在许多基础科学和工程技术中都有广泛的应用。那么如何运用牛顿第二定律来解决实际生活中的问题呢？ 从受力确定运动情况 　观看下面的视频，思考：冰壶比赛中为什么运动员要用刷子不断地摩擦冰面呢？ 例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 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？ 问题讨论： （1）本题中的研究对象是谁？ （2）研究对象受多少个力的作用？画出正确的受力分析示意图。 （3）研究对象的运动情况是怎样的？画出运动过程的示意简图。 （4）分析已知条件，应该如何求加速度？ （5）如何确定研究对象最终的运动情况？ 解：（1） 选择滑行的冰壶为研究对象。冰壶所受的合力等于滑动摩擦力Ff，设冰壶的质量为m，以冰壶运动方向为正方向建立一维坐标系， 滑动摩擦力Ff 的方向与运动方向相反，则 Ff =-µ1F N = -µ1mg 根据牛顿第二定律，冰壶的加速度为 a1===-μ1g =-0.02 ×10 m/s2=-0.2 m/s2 加速度方向与x 轴方向相反。 将 v0 = 3.4 m/s，v = 0 代入 v2 - v02 = 2a1x1，x1=-=- m=28.9 m 分析受力情况求合力 牛顿第二定律求加速度 运动学公式求位移 FN G Ff G FN (2)设冰壶滑行10m后的速度为v10，则对冰壶的前一段运动有 v102＝v02 ＋ 2a1x10 冰壶后一段运动的加速度为 a2＝-µ2g＝-0.02×0.9×10m/s2＝-0.18m/s2 滑行10m后为匀减速直线运动，由v2－v102＝2a2x2，v＝0，得 x2＝-=-=- m=21 m 第二次比第一次多滑行了 （10＋21－28.9）m＝2.1m 第二次比第一次多滑行了2.1m。 从运动情况确定受力 【例题2】如图，一位滑雪者，人与装备的总质量为75 kg，以2 m/s 的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为 30°，在5 s的时间内滑下的路程为60 m。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），g取10 m/s2。 1.选谁做为研究对象？ 2.研究对象受哪几个力？画出受力分析示意图。 3.研究对象的运动情况是怎么样的？ 4.根据已知条件，如何求滑雪者的加速度？ 5.如何确定滑雪者所受力的大小？ Gy Gx FN F阻 G x y 解：以滑雪者为研究对象。建立如图所示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。有 解得： a=4m/s2 根据牛顿第二定律，沿y 方向 FN=mgcosθ x方向 mgsinθ－Ff＝ma 解得 Ff＝75N， FN＝650N 根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为650N，方向垂直斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为75N，方向沿山坡向上。 (1)你认为“从受力确定运动情况”这类问题中，要做好哪两个分析？ (2)你认为“从受力确定运动情况”这类问题中，要把力和运动联系在一起的桥梁是什么？ (3)你认为“从受力确定运动情况”这类问题中，我们应该按照怎样的步骤解决来解决？ 思考与讨论 1.两个分析 两个分析 过程分析 受力分析 逐一分析不同过程运动特点，找出相邻过程的联系点。 逐过程分析物体受力，注意摩擦力、弹力可能变化。 2.一个桥梁 受力情况 运动情况 加速度a 由F=ma 运动学公式 由受力情况确定运动情况 由运动情况确定受力情况 明确研究对象； 受力分析和运动状态分析； 力的合成和分解，确定合外力； 选取正方向，由牛顿第二定律、运动学公式列方程求解。 3.两类问题的解题步骤 开始 输入研究对象 知道物体运动情况 v=v0+at x=v0t+(1/2)at2 求a F合=ma 输出力 是 否 知道物体受力情况 否 是 a=F合/m v=v0+at x=v0t+(1/2)at2 输出v，x 结束 流程图 1．在交通事故的分析中，刹车线的长度是很重要的依据，刹车线是汽车刹车后，停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹。在某次交通事故中，汽车的刹车线长度是14 m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7，g取10 m/s2，则汽车刹车前的速度为（　　） A．7 m/s B．14 m/s C．10 m/s D．20 m/s B 练习 2. 某气枪子弹的出口速度达100 m/s,若气枪的枪膛长0.5 m,子弹的质量为20 g,若把子弹在枪膛内的运动看作匀变速直线运动,则高压气体对子弹的平均作用力为 (　　) A.1×102 N B.2×102 N C.2×105 N D.2×104 N B 练习 3．如图所示，质量为m＝3 kg的木块放在倾角θ＝30°的足够长的固定斜面上，木块可以沿斜面匀速下滑。若用沿斜面向上的力F作用于木块上，使其由静止开始沿斜面向上加速运动，经过t＝2 s时间木块沿斜面上滑4 m的距离，则推力F的大小为(g取10 m/s2)(　　) A．42 N　　　　　　　 B．6 N C．21 N D．36 N D 练习 4．元宵节期间人们燃放起美丽的烟火以庆祝中华民族的传统节日，按照设计，某种型号的装有烟花的礼花弹从专用炮筒中射出后，在3 s末到达离地面90 m的最高点时炸开，构成各种美丽的图案。假设礼花弹从炮筒中竖直向上射出时的初速度是v0，上升过程中所受的平均阻力大小始终是自身重力的 k 倍，那么 v0 和 k 分别等于(　　) A．30 m/s,1 B．30 m/s,0 C．60 m/s,0.5 D．60 m/s,1 D 练习 5．充气火箭是一种操作非常简单的玩具，只需要踩一下气囊，小火箭就会飞起来。某次游玩时，同学将火箭竖直向上摆放，发射后测量发现火箭到达最高点和从最高点下落回地面的时间之比约为，火箭的运动视为只在竖直方向上，上升和下落的过程中小火箭所受阻力大小不变，则可估算小火箭受到的阻力大小约为（     ） A．B． C． D． A 练习 6．一辆货车运载着圆柱形光滑的空油桶。在车厢底，一层油桶平整排列，相互紧贴并被牢牢固定，上层只有一只桶 C ，自由地摆放在桶 A、B 之间，没有用绳索固定。桶 C 受到桶 A 和桶 B 的支持，和汽车一直保持静止，如图所示。 （1）当汽车以某一加速度向左加速时，A 对 C 和 B 对 C 的支持力大小，会增大还是减小？请说明理由。 （2）当汽车向左运动的加速度增大到一定值时，桶 C 就脱离 A 而运动到 B 的右边，这个加速度有多大？ 练习 课堂小结 受力情况 加速度a 运动情况 加速度a F=ma F=ma 运动学分析 运动学分析 第一类问题 第二类问题 THANKS 谢谢 ——身正心定 闳中博学—— 人教版（2019） 物理（必修第一册） $$