2018_2019高中物理第5章研究力和运动的关系5.4牛顿运动定律的案例分析课件沪科版必修1:31张PPT

课件31张PPT。5.4　牛顿运动定律的案例分析第5章　研究力和运动的关系[目标定位]1.掌握应用牛顿运动定律解决动力学问题的基本思路和方法.
2.学会处理动力学的两类基本问题.内容索引知识探究
新知探究 点点落实达标检测
当堂检测 巩固反馈知识探究一、从受力确定运动情况例1　如图1所示，质量m＝2 kg的物体静止在水平地面上，物体与水平面间的动摩擦因数为0.25，现对物体施加一个大小F＝8 N、与水平方向成θ＝37°角斜向上的拉力，已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2.求：
(1)画出物体的受力图，并求出物体的加速度；图1解析　对物体受力分析如图：解得：a＝1.3 m/s2，方向水平向右答案解析答案　见解析图　1.3 m/s2，方向水平向右(2)物体在拉力作用下5 s末的速度大小；(3)物体在拉力作用下5 s内通过的位移大小.答案解析答案　6.5 m/s答案　16.25 m解析　vt＝at＝1.3×5 m/s＝6.5 m/s二、从运动情况确定受力例2　民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口，发生意外情况的飞机着陆后，打开紧急出口的舱门，会自动生成一个由气囊组成的斜面，机舱中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上.若某型号的客机紧急出口离地面高度为4.0 m，构成斜面的气囊长度为5.0 m.要求紧急疏散时，乘客从气囊上由静止下滑到地面的时间不超过2.0 s(g取10 m/s2)，则：
(1)乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大？答案解析答案　2.5 m/s2解析　由题意可知，h＝4.0 m，L＝5.0 m，t＝2.0 s.(2)气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少？答案解析答案　0.92解析　在乘客下滑过程中，对乘客受力分析如图所示，沿x轴方向有mgsin θ－f＝ma，
沿y轴方向有N－mgcos θ＝0，
又f＝μN，联立方程解得针对训练1　质量为0.1 kg的弹性球从空中某高度由静止开始下落，该下落过程对应的v－t图像如图2所示.弹性球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰撞前的 .设球受到的空气阻力大小恒为f，取g＝10 m/s2，求：图2(1)弹性球受到的空气阻力f的大小；答案　0.2 N答案解析解析　由v－t图像可知，弹性球下落过程的加速度为根据牛顿第二定律，得mg－f＝ma1
所以弹性球受到的空气阻力
f＝mg－ma1＝(0.1×10－0.1×8) N＝0.2 N(2)弹性球第一次碰撞后反弹的高度h.答案解析答案　0.375 m三、多过程问题分析1.当题目给出的物理过程较复杂，由多个过程组成时，要明确整个过程由几个子过程组成，将过程合理分段，找到相邻过程的联系点并逐一分析每个过程.(联系点：前一过程的末速度是后一过程的初速度，另外还有位移关系等.)
2.注意：由于不同过程中力发生了变化，所以加速度也会发生变化，所以对每一过程都要分别进行受力分析，分别求加速度.例3　质量为m＝2 kg的物体静止在水平面上，物体与水平面之间的动摩擦因数μ＝0.5，现在对物体施加如图3所示的力F，F＝10 N，θ＝37°(sin 37°＝0.6)，经t1＝10 s后撤去力F，再经一段时间，物体又静止，(g取10 m/s2)则：
(1)说明物体在整个运动过程中经历的运动状态.图3答案解析答案　见解析解析　当力F作用时，物体做匀加速直线运动，撤去F的瞬间物体的速度达到最大值，撤去F后物体做匀减速直线运动直至速度为零.(2)物体运动过程中最大速度是多少？答案解析答案　5 m/s解析　撤去F前对物体受力分析如图甲，有：
Fsin θ＋N1＝mg，Fcos θ－f＝ma1
f＝μN1vt＝a1t1，联立各式并代入数据解得
s1＝25 m，vt＝5 m/s(3)物体运动的总位移是多少？答案解析答案　27.5 m解析　撤去F后对物体受力分析如图乙，有：联立各式并代入数据解得s2＝2.5 m
物体运动的总位移：s＝s1＋s2得s＝27.5 m针对训练2　冬奥会四金得主王濛于2014年1月13日亮相全国短道速滑联赛总决赛.她领衔的中国女队在混合3 000米接力比赛中表现抢眼.如图4所示，ACD是一滑雪场示意图，其中AC是长L＝8 m、倾角θ＝37°的斜坡，CD段是与斜坡平滑连接的水平面.人从A点由静止下滑，经过C点时速度大小不变，又在水平面上滑行一段距离后停下.人与接触面间的动摩擦因数均为μ＝0.25，不计空气阻力，取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：
(1)人从斜坡顶端A滑至底端C所用的时间；图4答案解析答案　2 s解析　人在斜坡上下滑时，受力分析如图所示.
设人沿斜坡下滑的加速度为a，沿斜坡方向，由牛顿第二定律得
mgsin θ－f＝ma，f＝μN
垂直于斜坡方向有N－mgcos θ＝0联立以上各式代入数据解得a＝4 m/s2，t＝2 s(2)人在离C点多远处停下？答案解析答案　12.8 m解析　人在水平面上滑行时，水平方向只受到地面的摩擦力作用.设在水平面上人减速运动的加速度为a′，由牛顿第二定律得μmg＝ma′
设人到达C处的速度为v，则由匀变速直线运动规律得
人在斜面上下滑的过程：v2＝2aL
人在水平面上滑行时：0－v2＝－2a′s
联立以上各式代入数据解得s＝12.8 m课堂要点小结很多动力学问题中，是先分析合力列牛顿第二定律方程，还是先分析运动情况列运动学方程，并没有严格的顺序要求，有时可以交叉进行.但不管是哪种情况，其解题的基本思路都可以概括为六个字：“对象、受力、运动”，即：(1)明确研究对象；(2)对物体进行受力分析，并进行力的运算，列牛顿第二定律方程；(3)分析物体的运动情况和运动过程，列运动学方程；(4)联立求解或定性讨论.达标检测1.(从受力确定运动情况)一个滑雪运动员从静止开始沿山坡滑下，山坡的倾角θ＝30°，如图5所示，滑雪板与雪地间的动摩擦因数是0.04，求5 s内滑下来的路程和5 s末速度的大小(运动员一直在山坡上运动).(小数点后保留一位有效数字)123解析图5答案答案　58.2 m　23.3 m/s解析　以滑雪运动员为研究对象，受力情况如图所示.123研究对象的运动状态为：垂直于山坡方向，处于平衡状态；沿山坡方向，做匀加速直线运动.
将重力mg沿垂直于山坡方向和平行于山坡方向分解，据牛顿第二定律列方程：N－mgcos θ＝0 ①
mgsin θ－f＝ma ②
又因为f＝μN ③
由①②③可得：a＝g(sin θ－μcos θ)1232.(从运动情况确定受力)一物体沿斜面向上以12 m/s的初速度开始滑动，它沿斜面向上以及沿斜面向下滑动的v－t图像如图6所示，求斜面的倾角θ以及物体与斜面间的动摩擦因数μ.(g取10 m/s2)123解析图6答案123上滑过程和下滑过程对物体受力分析如图，下滑过程a下＝gsin θ－μgcos θ，1233.(多过程问题)一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动，4 s内通过8 m的距离，此后关闭发动机，汽车又运动了2 s停止，已知汽车的质量m＝2×103 kg，汽车运动过程中所受阻力大小不变，求：
(1)关闭发动机时汽车的速度大小；答案解析答案　4 m/s123(2)汽车运动过程中所受到的阻力大小；答案答案　4×103 N解析由牛顿第二定律有－f＝ma2，解得f＝4×103 N123(3)汽车牵引力的大小.答案答案　6×103 N解析解析　设开始加速过程中汽车的加速度为a1
由牛顿第二定律有：F－f＝ma1
联立上述两式解得F＝f＋ma1＝6×103 N