人教版（2019）高一物理必修第一册 4.5牛顿运动定律的几类典型问题 习题课课件(共26张PPT)

(共26张PPT)
第四章
运动和力的关系
习题课：牛顿运动定律的几类典型问题
　　受力分析就是把物体所受外力的详细情况，全面、细致地分析清楚！并用力的示意图方法规范地表示出来！
何为“受力分析”？
　　受力分析的技能，是解决全部力学问题的核心技能与技巧。是每一个学习物理的同学都必须充分地掌握的！凡是在力学的学习过程中的感到比较困难的同学，大多数都缘于其较差的受力分析水平和不良的受力分析习惯！！！
郑重告诫：
种类
产生条件
方向
大小
特点
有质量的两个物体之间
重心（重心不一定在物体上）
沿两物体中心连线向里
万有引力
重力
物体在地球表面及附近
总是竖直向下
跟水平面垂直
1.普遍性2.相互性3.宏观性
一．高中物理中常见的几种力
重力是万有引力的一个分力
物体在赤道时
物体在两极时
如果不考虑地球自转，物体在地球表面及其附近时，可认为万有引力等于重力。
星球的解体问题
种类
产生条件
方向
大小
特点
两个物体直接接触，　　
发生弹性形变。
2.轻绳：沿绳且离开受力物体
1.弹簧的弹力F=kx
2.牛顿定律或平衡条件计算
弹力
3.轻杆：杆对物体的弹力不一定沿杆的方向
1.接触面：垂直于接触面，跟形变方向相反
弹力和静摩擦力是被动力，它们由主动力和物体的运动状态（加速度）共同决定。
通常用平衡条件或牛顿运动定律判断方向和求解大小。
摩擦力
滑动摩擦力
静摩擦力
1.接触面粗糙
2.相互接触
3.发生弹性形变
有相对运动趋势
有相对运动
1.与弹力方向垂直
2.与接触面相切
与相对运动方向相反
与相对运动趋势方向相反
两个有关
两个无关
牛顿定律或平衡条件计算
0滑动摩擦力大小可根据f=μN直接求解或根据牛顿定律和平衡条件间接求解
种类
产生条件
方向
大小
特点
只要电荷在电场中就会受到电场力
正（负）电荷受到电场力的方向与电场方向相同（反）
电场力做功与路径无关，电场力做功等于电势能的减少量
电场力
磁场力
洛伦兹力
安培力
通电导线在磁场中，并且电流方向和磁场方向不平行。
运动电荷在磁场中，并且运动方向和磁场方向不平行。
左手定则。安培力的方向总是垂直电流方向和磁场方向决定的平面。
左手定则。洛伦兹力的方向总是垂直电荷速度方向和磁场方向决定的平面。洛伦兹力永远不做功。
1.匀强磁场2.B、I垂直
3.L为有效长度
1.匀强磁场2.B、v垂直
安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质。两者大小为倍数关系，方向相同
一、力的物质性：任何一个力都不可能脱离物体而单独存在，必须同时与两个物体相联系，即施力物体和受力物体。
二、力的条件性：依据各种力产生和存在的条件和特性进行受力分析。在分析某个力是否存在时，必须根据该力产生的的条件是否完全具备来判断。比如：两物体若未直接接触，则不存在弹力和摩擦力；两个物体直接接触，但没有相互挤压，则不存在弹力，也不存在摩擦力；两个物体接触面光滑，则一定不存在摩擦力等等
例1：子弹从枪口射击后，在跟水平成30°仰角的方向上运动，画出子弹的受力分析图。
二、受力分析四依据
三、力的相互性：某物体对其它物体施加了力的同时，也必然受到其它物体对它的力的作用。不存在只施力而不受力的物体，也不存在只受力而不施力的物体。在分析几个相互联系的物体的受力情况时，可从力的相互性考虑。
四、力和运动的一致性：物体处于怎样的运动状态是由受力情况决定的,
受力情况和运动状态总是一致的.比如：处于平衡状态（静止或匀速运动）的物体,其合外力为零等等。
例2
如图，两物块在水平拉力作用下作匀速直线运动，两物块保持相对静止,分别画出两物受力分析图。
二、受力分析四依据
1、明确研究对象，即明确分析哪个物体的受力情况。
2、隔离研究对象。将研究对象从周围的物体中隔离出来，并分析周围有哪些物体对研究对象施加了力的作用。
3.要养成按步骤分析力的习惯。
A.
重力一定有:作用点在物体的重心.
B.
弹力看四周:看研究对象与跟其他物体有几个接触点(面),某个点(面)若有挤压,则画出弹力.
C.摩擦力看接触面:注意有弹力的接触面如果是不光滑的,并且有相对运动或相对运动趋势时,则画出摩擦力.
一重
二弹
三摩擦
四其他
三、受力分析的一般步骤：
※四、注意事项：
1、分析一个力，都应找到施力物体，没有施力物体的力是不存在的，这是防止“多力”的有效措施之一。
2、只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体所施的力。
3、判断弹力有无和静摩擦力有无及方向可用假设法
4、不要把“效果力”和“性质力”混淆重复分析，通常只分析“性质力”不分析“效果力”。
7、受力分析时，把研究对象当作一个质点（除轻杆）来处理，所有力都画在同一点上。
5、结合物体的运动状态和力作用的相互性也是确保受力分析正确的有效途径。
6、用整体法进行受力分析时，系统以外的物体对系统内物体的作用力都认为是系统受到的力，系统内物体之间的作用力（内力）不需要画出来。
瞬时加速度问题
情景导引
如图所示,用手向下压弹簧玩偶的头部,若人向下压的
力为F,弹簧玩偶的头部质量为m,人手实然撤离时,弹簧玩
偶头部的加速度为多大
?
要点提示
人手向下压时,弹簧玩偶的头部受三个力作用:手向下的压力F、重力mg和弹簧的弹力FN,三力作用下弹簧玩偶头部处于平衡状态,所以FN=mg+F,当人手离开的瞬间,弹力和重力不变,所以弹簧玩偶头部的加速度为
。
探究一
探究二
探究三
探究一
探究二
探究三
知识归纳
两类模型
根据牛顿第二定律,加速度a与合外力F存在着瞬时对应关系。所以分析物体在某一时刻的瞬时加速度,关键是分析该时刻物体的受力情况及运动状态,再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。应注意两类基本模型的区别:
(1)刚性绳(或接触面)模型:这种不发生明显形变就能产生弹力的物体,剪断(或脱离)后,弹力立即改变或消失,形变恢复几乎不需要时间。
(2)弹簧(或橡皮绳)模型:此种物体的特点是形变量大,形变恢复需要较长时间,在瞬时问题中,其弹力的大小往往可以看成是不变的。
典例剖析
【例1】
如图中小球质量为m,处于静止状态,弹簧与竖直方向的夹角为θ。则:
(1)绳OB和弹簧的拉力各是多少?
(2)若烧断绳OB瞬间,物体受几个力作用?这些力的大小是多少?
(3)烧断绳OB瞬间,求小球m的加速度的大小和方向。
探究一
探究二
探究三
受力条件变化时瞬时加速度的求解思路
(1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况,求出各力大小(若物体处于平衡状态,则利用平衡条件;若处于加速状态则利用牛顿运动定律)。
(2)分析当状态变化时(烧断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等),哪些力变化,哪些力不变,哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力,发生在被撤去物接触面上的弹力都立即消失)。
(3)求物体在状态变化后所受的合外力,利用牛顿第二定律,求出瞬时加速度。
探究一
探究二
探究三
变式训练1(多选)质量均为m的A、B两球之间连有一轻弹簧,放在光滑的水平台面上,A球紧靠墙壁,如图所示。今用力F将B球向左推压弹簧,静止后,突然将力F撤去的瞬间(　　)
解析
撤去F之前,水平方向受到推力F和弹簧的弹力作用,处于静止状态,有:F=F弹。
A球受到弹簧向左的弹力和墙壁向右的支持力处于静止状态。F撤去瞬间,弹簧弹力不变,所以A球受力不变,合力仍然为零,加速度为零,A错误,B正确;对于B球,此时水平方向只受到弹簧向右的弹力,所以加速度
,C错误,D正确,故选B、D。
答案
BD
探究一
探究二
探究三
探究一
探究二
探究三
动力学中的临界和极值问题
情景导引
?
许多生意火爆的餐厅要求服务员服务更多的顾客,服务员需要用最短的时间将菜肴送至顾客处。假定某服务员用手托托盘方式
(如图)给顾客上菜,要求全程托盘水平。托盘和
手之间的动摩擦因数为0.2,g取10
m/s2,可认为最
大静摩擦力等于滑动摩擦力。服务员运动的最
大加速度是多少?
要点提示
托盘受摩擦力而加速,它的最大加速度为2
m/s2,为了手与托盘间不打滑,服务员的加速度最大不能超过2
m/s2。
知识归纳
1.词语判断
若题目中出现“最大”“最小”“刚好”等词语时,一般都有临界状态出现。分析时,可用极限法,即把问题(物理过程)推到极端,分析在极端情况下可能出现的状态和满足的条件。
2.状态衔接处判断
在某些物理情景中,由于条件的变化,会出现两种不同状态的衔接,在这两种状态的分界处,某个(或某些)物理量可以取特定的值,例如具有最大值或最小值。
探究一
探究二
探究三
3.常见类型
(1)弹力发生突变的临界条件
弹力发生在两物体的接触面之间,是一种被动力,其大小由物体所处的运动状态决定。相互接触的两个物体将要脱离的临界条件是弹力为零。
(2)摩擦力发生突变的临界条件
摩擦力是被动力,由物体间的相对运动趋势决定。
①静摩擦力为零是状态方向发生变化的临界状态;
②静摩擦力最大是物体恰好保持相对静止的临界状态。
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例2】
如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上端固定一劲度系数为k的轻弹簧,弹簧下端连有一质量为m的小球,小球被一垂直于斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变。若手持挡板A以加速度a(aθ)沿斜面匀加速下滑,求:
(1)从挡板开始运动到小球与挡板分离所经历的时间。
(2)从挡板开始运动到小球的速度达到最大,小球经过的最小路程。
探究一
探究二
探究三
解析
(1)当小球与挡板分离时,挡板对小球的作用力恰好为零,对小球由牛顿第二定律得mgsin
θ-kx=ma
探究一
探究二
探究三
解决此类问题的关键是对物体运动情况的正确描述,对临界状态的判断与分析,找出处于临界状态时存在的独特的物理关系,即临界条件。
常见的三类临界问题的临界条件:
(1)相互接触的两个物体将要分离的临界条件是相互作用的弹力为零。
(2)绳子松弛的临界条件是绳的拉力为零。
(3)存在静摩擦的系统,相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值。
探究一
探究二
探究三
变式训练2如图所示,细线的一端固定在倾角为45°的光滑楔形滑块A的顶端P处,细线的另一端拴一质量为m的小球。
?
(1)当滑块至少以多大的加速度a向左运动时,小球对滑块的压力等于零?
(2)当滑块以a'=2g的加速度向左运动时,线中拉力为多大?
探究一
探究二
探究三
探究一
探究二
探究三
连接体问题
情景导引
如图,用力F把水迅速提起来,如何知道桶中的水对桶底的压力呢?
要点提示
水桶和水有相同的加速度和速度,即运动状态相同,可先把水桶和水看作一个整体,由牛顿第二定律求出共同的加速度。再隔离水分析,由牛顿第二定律求出压力大小。
知识归纳
1.连接体及其特点
多个相互关联的物体连接(叠放,并排或由绳子、细杆联系)在一起的物体组称为连接体。连接体一般具有相同的运动情况(速度、加速度)。
2.处理连接体问题的常用方法
(1)整体法:若连接物具有相同的加速度,可以把连接体看成一个整体作为研究对象,只分析外力,不分析内力。
(2)隔离法:把研究的物体从周围物体中隔离出来,单独进行分析,从而求解物体之间的相互作用力。
整体法和隔离法不是对立的,往往二者配合使用。
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例3】
北京残奥会开幕式上,运动员手拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬,体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神。为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用,可将过程简化。一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的运动员拉住,如图所示。设运动员的质量为65
kg,吊椅的质量为15
kg,不计定滑轮与绳子间的摩擦。重力加速度g取10
m/s2。当运动员与吊椅一起正以加速度a=1
m/s2上升时,试求:
(1)运动员竖直向下拉绳的力的大小。
(2)运动员对吊椅的压力大小。
探究一
探究二
探究三
答案
(1)440
N　(2)275
N
整体法和隔离法在动力学问题中的应用技巧
(1)隔离法的选取原则:若连接体或关联体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内两物体之间的作用力时,就需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解。
(2)整体法的选取原则:若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求物体之间的作用力,可以把它们看成一个整体来分析整体受到的外力,应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量)。
(3)整体法、隔离法交替运用原则:若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求物体之间的作用力时,可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力。即“先整体求加速度,后隔离求内力”。
探究一
探究二
探究三
变式训练3(多选)如图所示,在光滑地面上,水平外力F拉动小车和木块一起做无相对滑动的加速运动,小车质量是m0,木块质量是m,力大小是F,加速度大小是a,木块和小车之间动摩擦因数是μ,则在这个过程中,木块受到的摩擦力大小是(　　)　
A.μmg
B.
C.μ(m0+m)g
D.ma
解析
因为小车和木块在力F的作用下一起做无相对滑动的加速运动,所以取小车和木块为一整体,由牛顿第二定律可知F=(m0+m)a,设木块受的摩擦力向右,大小为Ff,由牛顿第二定律得Ff=ma,以上两式联立可得Ff=
,B、D正确。
答案
BD
探究一
探究二
探究三