高中物理人教版必修一 4.6 用牛顿运动定律解决问题（一）1 （教案+学案+课件）

4.6 用牛顿运动定律解决问题（一） 交通警察在处理交通事故时，有时会根据汽车在路面上留下的刹车痕迹及汽车轮胎与地面的动摩擦因数，来判断发生事故前汽车是否超速．请同学们思考一下，如何应用运动学知识并结合牛顿运动定律来分析和判断呢？ 利用牛顿运动定律来处理两类基本问题 1．求解两类动力学基本问题的示意图 2．应用牛顿运动定律的基本思路 (1)灵活选取研究对象． (2)将研究对象提取出来，分析物体的受力情况并画受力示意图，分析物体的运动情况并画运动过程简图． (3)利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度．通常用正交分解法建立直角坐标系，并将有关矢量进行分解，取加速度的方向为正方向，题中各物理量的方向与规定的正方向相同时取正值，反之取负值． (4)列出方程并求解，检查答案是否完整、合理． 两类问题的解题思路和步骤 1．由物体的受力情况确定运动情况 (1)基本思路：首先对研究对象进行受力情况和运动情况分析，把题中所给的情况弄清楚，然后由牛顿第二定律，结合运动学公式进行求解． (2)一般步骤 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根据力的合成与分解，求出物体所受的合外力(包括大小和方向)． ③根据牛顿第二定律列方程，求出物体运动的加速度． ④结合物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需的运动学量——任意时刻的位移和速度，以及运动轨迹等． 2．由物体的运动情况确定受力情况 (1)解题思路 从物体的运动情况入手，应用运动学公式求得物体的加速度，再应用牛顿第二定律求得所受的合力，进而求得所求力． (2)解题步骤 ①确定研究对象． ②对研究对象进行受力分析，并画出物体受力示意图． ③根据相应的运动学公式，求出物体的加速度． ④根据牛顿第二定律列方程求出物体所受的力． ⑤根据力的合成和分解方法，求出所需求解的力． 受力分析 1．受力分析的依据 (1)在受力分析时，只分析根据力的性质命名的力，一般不需要画出“合力”或“分力”的示意图． (2)每分析一个力，应该可以找出该力的施力物体和该力对物体产生的效果，否则，该力的存在就值得考虑，如不要误认为物体在运动方向上一定受到力的作用． (3)为使问题简化，常忽略某些次要的力，如物体在空中下落，忽略了空气阻力，轻杆、轻绳、轻滑轮等轻质物体的重力一般情况下不用考虑． (4)受力分析时，有时还需结合物体的运动状态． 2．受力分析的方法 (1)明确研究对象，即对谁进行受力分析． (2)把要研究的物体从周围物体中隔离出来． (3)按顺序分析受力情况，画出力的示意图，其顺序为：重力、弹力、摩擦力、其他力． 整体法与隔离法处理连接体问题 1．连接体问题 所谓连接体就是指多个相互关联的物体，它们一般具有相同的运动情况(有相同的速度、加速度)，如：几个物体或叠放在一起，或并排挤放在一起，或用绳子、细杆联系在一起的物体组(又叫物体系)． 2．隔离法与整体法 (1)隔离法：在求解系统内物体间的相互作用力时，从研究的方便性出发，将物体系统中的某部分分隔出来，单独研究的方法． (2)整体法：整个系统或系统中的几个物体有共同的加速度，且不涉及相互作用时，将其作为一个整体研究的方法． 3．对连接体的一般处理思路 (1)先隔离，后整体． (2)先整体，后隔离. 一、由受力情况确定运动情况 例1 一木箱装货物后质量为50 kg，木箱与地面间的动摩擦因数为0.2，某人以200 N斜向下的力推箱，推力的方向与水平面成30°角，g取10 m/s2.求： (1)木箱的加速度； (2)第2 s末木箱的速度． 解析　取木箱为研究对象，木箱受力情况如右图所示，其中F为推力，mg为重力，FN为支持力，Ff为滑动摩擦力．建立直角坐标系xOy，并取加速度a的方向为x轴的正方向． (1)将推力F沿x轴和y轴两个方向进行分解得： Fx=Fcos 30°，Fy=Fsin 30° 根据牛顿第二定律有 Fx合=Fx-Ff=ma Fy合=FN-Fsin 30°-mg=0 又有Ff=μFN 联立解得：a= 代入数据得：a=1.06 m/s2. (2)第2 s末速度为：v2=at=1.06×2 m/s=2.12 m/s. 答案　(1)1.06 m/s2　(2)2.12 m/s 二、由运动情况确定受力情况 例2 将质量为0.5 kg的小球以14 m/s的初速度竖直上抛，运动中球受到的空气阻力大小恒为2.1 N，则球能上升的最大高度是多少？ 解析　通过对小球受力分析求出其上升的加速度及上升的最大高度．以小球为研究对象，受力分析如右图所示． 在应用牛顿第二定律时通常默认合力方向为正方向，题目中求得的加速度为正值，而在运动学公式中 一般默认初速度方向为正方向，因而代入公式时由于加速度方向与初速度方向相反而代入负值． 根据牛顿第二定律得mg＋F