4.5牛顿定律的应用(共18张ppt)

(共18张PPT)
经典力学的局限性
授课教师：docer读秀
新人教版必修第一册
4.5 牛顿定律的应用
为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台上标注的车门位置候车。列车进站时总能准确地停靠在对应的车门位置。这是如何做到的呢？
牛顿第二定律确定了力和运动的关系，无论哪类问题，始终要抓住加速度是联系力与运动的桥梁，使我们能够把物体的运动情况与受力情况联系起来。因此，它在许多基础科学和工程技术中都有广泛的应用。中学物理中我们只研究一些简单的实例。
一、从受力确定运动情况
已知物体受力情况确定运动情况，指的是在受力情况已知的条件下，要求判断出物体的运动状态或求出物体的速度、位移等。
基本思路：先分析物体受力情况求合力，据牛顿第二定律求加速度，再用运动学公式求所求量(运动学量)。
例题1.如图所示,一物体在与水平方向成θ角的拉力F作用下,从静止开始运动。已知物体质量m=2kg,与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,F=20N,θ=37°。物体运动2s时撤掉拉力。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2。求:
(1)前2s内物体的加速度大小;
(2)撤掉拉力后,物体在水平面上向前滑行的位移的大小。
(1)对物体进行受力分析,如图所示
在水平方向上,根据牛顿第二定律有
Fcosθ-f=ma1
在竖直方向上,根据平衡条件有
N=mg-Fsinθ
且f=μN
代入数据联立解得a1=6m/s2
(2)根据速度公式有v=a1t=12m/s
撤去拉力后,根据牛顿第二定律有
-μmg=-ma2
向前滑行的位移大小为
可得x=14.4m
针对训练如图2所示，一根足够长的水平杆固定不动，一个质量m＝2 kg的圆环套在杆上，圆环的直径略大于杆的截面直径，圆环与杆间的动摩擦因数μ＝0.75.对圆环施加一个与水平方向成θ＝53°角斜向上、大小为F＝25 N的拉力，使圆环由静止开始做匀加速直线运动(sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，g取10 m/s2)．求：
(1)圆环对杆的弹力大小；
(2)圆环加速度的大小；
(3)若拉力F作用2 s后撤去，圆环在杆上滑行的总距离．
二、从运动情况确定受力
已知物体运动情况确定受力情况，指的是在运动情况（知道三个运动学量）已知的条件下，要求得出物体所受的力或者相关物理量（如动摩擦因数等）。
基本思路：先分析物体的运动情况，据运动学公式求加速度，再在分析物体受力情况的基础上，用牛顿第二定律列方程求所求量(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。
解:以滑雪者为研究对象。建立如图4.5-5所示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。
根据匀变速直线运动规律，有
其中 v0＝ 2 m/s，t＝5s，x＝60 m，则有
根据牛顿第二定律，有
y 方向
x方向
FN－mgcosθ ＝ 0
mgsinθ－Ff ＝ma
得
FN ＝ mgcosθ
Ff ＝m（g sin θ－a）
其中，m ＝ 75 kg，θ ＝ 30°，则有
Ff＝75 N，FN＝650 N
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 650 N，方向垂直斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为 75 N，方向沿山坡向上。
针对训练民航客机一般都有紧急出口，发生意外情况的飞机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气囊会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面，斜面的倾角为30°，人员可沿斜面匀加速滑行到地上．如果气囊所构成的斜面长度为8 m，一个质量为50 kg的乘客从静止开始沿气囊滑到地面所用时间为2 s．求：
(1)乘客滑至斜面底端时的速度大小；
(2)乘客与气囊之间的动摩擦因数．
(1)8 m/s　(2)
受力分析
运动情况
说明:两类基本问题中,受力分析是关键，牛二定律是桥梁，求解加速度是枢纽,所以不管是哪一类问题,都要设法先求出加速度。
受力情况F1、F2…
运动情况v0、s…
F合
a
力的合成与分解
牛顿第二定律
运动学公式
总结：
1、两类问题：
2.解决两类动力学基本问题的方法:以加速度为“桥梁”,由运动学公式和牛顿运动定律列方程求解。