高中物理课件教科版必修1第3章第5节：牛顿运动定律及其应用

课件30张PPT。牛顿运动定律及其应用
牛顿第二定律定律内容（实验方法、表达式）特点：同时性、同向性、同体性应用动力学的两类基本问题同向性问题瞬时性问题力、加速度、速度关系超重与失重力学单位制1．力与运动关系的定性分析例1. 一个物体在几个力作用下处于静止状态，若保持其它力不变，将其中的一个力F1逐渐减小到零（方向保持不变），然后又将F1逐渐恢复原状，在这个过程中物体的（ ） A、加速度增大，速度增大 B、加速度减小，速度增大 C、加速度先增大后减小，速度增大 D、加速度和速度都是先增大后减小思考：一小球自由下落，经h高度后落在弹簧上，试分析小球从碰到弹簧开始到弹簧被压缩到最短的过程中，小球位移、速度、加速度的变化规律。
例2. 如图，一轻质弹簧一端固定在墙上的O点，能自由伸长到B点。今用一小物体m把弹簧压缩到A点（m与弹簧不连接），然后释放，小物体能经过B点运动到C点而静止，物体m与水平面的动摩擦因数μ恒定，则（ ）
A、物体从A到B速度越来越大 B、物体从A到B速度先增大后减小 C、物体从A到B加速度越来越小， D、物体从A到B加速度先增大后减小2．瞬时加速度的分析例3. 如图，在光滑的水平面上，质量分别为m1和m2的木块A和B之间用轻弹簧相连，在拉力F的作用下，以加速度a做匀加速直线运动，某时刻突然撤去拉力F，此瞬时A和B的加速度为a1和a2，则（ ） A、a1＝a2＝0 B、a1＝a，a2＝0 C、
D、 a1＝a，方法总结：确定物体在某一时刻的瞬时加速度，关键在于：1、正确确定该瞬时物体受到的作用力，还要注意
分析物体在这一瞬时前、后的受力及其变化情况。
2、明确两种基本模型的特点。
⑴轻绳不需要形变恢复时间，在瞬时问题中，其
弹力可以突变，成为零或别的值。
⑵轻弹簧（或橡皮绳）需要较长的形变恢复时间，
在瞬时间问题中，其弹力不能突变，大小不变。例4 、如图所示，一根轻质弹簧和一根细线共同拉住一个质量为m的小球，平衡时细线恰是水平的，弹簧与竖直方向的夹角为θ.若突然剪断细线，则在刚剪断的瞬时，弹簧拉力的大小是 ，小球加速度的大小为 ，方向与竖直方向的夹角等于 . 解：小球受力如图示： 平衡时合力为0由平衡条件 F= mg/cosθ剪断线的瞬时，弹簧拉力不变。小球加速度的大小为a=T/m=g tgθ
方向沿水平方向。小球再回到原处时,由圆周运动规律，
F1 -mg cosθ=mv2 / l =0∴F1 = mg cosθmg/cosθg tgθ90°2010全国卷.如右图，轻弹簧上端与一质量为m的木块1相连，下端与另一质量为M的木块2相连，整个系统置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态。现将木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，木块1、2的加速度大小分别为 、 。重力加速度大小为g。则有 例5 、在运动的升降机中天花板上用细线悬挂一个物体A，下面吊着一个轻质弹簧秤（弹簧秤的质量不计），弹簧秤下吊着物体B，如下图所示，物体A和B的质量相等，都为m＝5kg，某一时刻弹簧秤的读数为40N，设g=10 m/s2，则细线的拉力等于_____ ，若将细线剪断，在剪断细线瞬间物体A的加速度是 ，方向 ______ ；
物体B的加速度是 ；
方向 _____ 。 80N18 m/s2向下2 m/s2向下同向性问题分析例6如图所示，在小车中的悬线上挂一个小球，当小车做变速运动时，悬线将不再竖直方向上，则当悬线保持与竖直方向夹角为θ时，小车的加速度是多少？试讨论小车的可能运动情况。 例7质量为m的物体放在倾角为α的斜面上，物体和斜面间的动摩擦系数为μ，如沿水平方向加一个力F，使物体沿斜面向上以加速度a做匀加速直线运动，如下图甲，则F多大？
【例8】如图表示某人站在一架与水平成θ角的以加速度a向上运动的自动扶梯台阶上，人的质量为m，鞋底与阶梯的摩擦系数为μ，求此时人所受的摩擦力． 例9. 一质量为M、倾角为θ的楔形木块，静止在水平桌面上，与桌面的动摩擦因素为μ，一物块质量为m，置于楔形木块的斜面上，物块与斜面的接触是光滑的，为了保持物块相对斜面静止，可用一水平力F推楔形木块，如图示，此水平力的大小等于 。解：对于物块，受力如图示：物块相对斜面静止，只能有向左的加速度，
所以合力一定向左。由牛顿运动定律得mg tg θ=ma a= gtg θ对于整体受力如图示：由牛顿运动定律得F – f = (m+M)aN2 =(m+M)gF = μN2= μ (m+M)g ∴F=f+(m+M)a= (m+M)g(μ +tg θ) (m+M)g(μ+ tgθ)例10、如图，有一斜木块，斜面是光滑的，倾角为θ，放在水平面上，用竖直放置的固定挡板A与斜面夹住一个光滑球，球质量为m，要使球对竖直挡板无压力，球连同斜木块一起应向 (填左、右)做加速运动，加速度大小是 . 解: 画出小球的受力图如图示: 合力一定沿水平方向向左,F=mgtg θ∴a= gtg θ左gtgθ练习、如图示，倾斜索道与水平方向夹角为θ，已知tg θ=3/4，当载人车厢匀加速向上运动时，人对厢底的压力为体重的1.25倍，这时人与车厢相对静止，则车厢对人的摩擦力是体重的 （ ）
A. 1/3倍 B.4/3倍
C. 5/4倍 D.1/4倍解：将加速度分解如图示， 由a与合力同向关系，分析人的受力如图示：N-mg=may ay=0.25g f = max = m ay / tg θ
= 0.25mg×4/3 = mg/3 A方法总结：用牛顿第二定律解题时对物体受力的处理方法
1、合成法
2、正交分解法
3、分解加速度法动力学的两类基本问题（1）已知运动求力（2）已知力求运动两类动力学基本问题的解题思路图解如下：07江苏卷 直升机沿水平方向匀速飞往水源取水灭火，悬挂着m=500kg空箱的悬索与竖直方向的夹角θ１＝４５０。直升机取水后飞往火场，加速度沿水平方向，大小稳定在a=1.5 m/s2时，悬索与竖直方向的夹角１４０。如果空气阻力大小不变，且忽略悬索的质量，谋求水箱中水的质量Ｍ。（取重力加速度g=10 m/s2；sin１４０=0.242；cos １４０=0.970）例：如图所示，质量为m = 1㎏的小物块以v0 = 5m/s的初速度滑上一块原来静止在水平面上的木板，木板的质量为M = 4㎏，经过t = 2s后，物块从木板的另一端以v = 1m/s的对地速度滑出，在这一过程中木板的位移为S = 0.5m，求木板与水平面间的动摩擦因素。例：如图示，传送带与水平面夹角为370 ，并以v=10m/s运行，在传送带的A端轻轻放一个小物体，物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5，AB长16米，求：以下两种情况下物体从A到B所用的时间.
（1）传送带顺时针方向转动
（2）传送带逆时针方向转动解： （1）传送带顺时针方向转动时受力如图示：mg sinθ－μmg cosθ= m aa = gsinθ－μgcosθ= 2m/s2S=1/2at2（2）传送带逆时针方向转动物体受力如图： 开始摩擦力方向向下,向下匀加速运动 a1=g sin370 +μ g cos370 = 10m/s2t1=v/a1=1s S1=1/2 ×a1t12 =5m S2=11m 1秒后，速度达到10m/s，摩擦力方向变为向上 a2=g sin370 -μg cos370 = 2 m/s2 物体以初速度v=10m/s , 向下作匀加速运动 S2= vt2+1/2×a2t22 11=10 t2+1/2×2×t22t2=1s∴t=t1+t2=2s 练习：原地起跳时，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。从开始蹬地到离地是加速过程（视为匀加速）加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”。离地后重心继续上升，在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”。现有下列数据：人原地上跳的“加速距离”，“竖直高度”；跳蚤原地上跳的“加速距离”，“竖直高度”。假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距离”仍为0.50m，则人上跳的“竖直高度”是多少？（C05）例2、质量m=2.75t的载重汽车，在F=3000N牵引力的作用下，由静止开始上山坡，当车前进s=100m时速度变为v=26km/h，求该车运动时受到的阻力．(沿山坡每前进1m升高0.05m,g=10 m/s2)（C02） 例3、质量均为m的物体A和B用劲度系数为k的轻弹簧连接在一起,将B放在水平桌面上,A用弹簧支撑着,如图示,若用竖直向上的力拉A,使A以加速度a匀加速上升,试求: (1) 经过多少时间B开始离开桌面
(2) 在B离开桌面之前,拉力的最大值解： (1) 开始时弹簧压缩 x=mg/k B开始离开桌面时，弹簧伸长 x=mg/k A匀加速上升了 S=2x=2 mg/k 由匀加速运动公式(2) 在B离开桌面之前, 对A物体: F-mg-T=ma当T=mg时B离开桌面∴Fmax =2mg+ma例：如图示：竖直放置的弹簧下端固定，上端连接一个砝码盘B，盘中放一个物体A，A、 B的质量分别是M=10.5kg、m=1.5 kg，k=800N/m,对A施加一个竖直向上的拉力，使它做匀加速直线运动，经过0.2秒A与B脱离，刚脱离时刻的速度为v=1.2m/s，取g=10m/s2,求A在运动过程中拉力的最大值与最小值。解：对整体 kx1=(M+m)g F + kx - (M+m)g= (M+m)a脱离时，A 、B间无相互作 用力，
对B kx2-mg=max1- x2 =1/2 at2 a=v/t=6m/s2Fmax=Mg+Ma=168NFmin=(M+m)a=72N 例、如图示， 倾角30°的光滑斜面上，并排放着质量分别是mA=10kg和mB=2kg的A、B两物块，一个劲度系数k=400N/m的轻弹簧一端与物块B相连，另一端与固定挡板相连，整个系统处于静止状态，现对A施加一沿斜面向上的力F，使物块A沿斜面向上作匀加速运动，已知力 F在前0.2s内为变力，0.2s后为恒力，g取10m/s2 ， 求F的最大值和最小值。解：开始静止时弹簧压缩 x1=(m1 +m2)g sinα/ k = 0.15m 0.2s 末A、B即将分离， A、B间无作用力，对B物块：kx2-m2g sinα = m2a ⑴x1-x2=1/2at2 ⑵ 解得 x2=0.05m a=5 m/s2 t=0时，F最小，对AB整体 Fmin = (m1 + m2) a = 60Nt=0.2s 时，F最大，对A物块：Fmax - m1g sinα = m1aFmax = m1g sinα + m1a = 100N