高中物理必修1人教版4.6用牛顿运动定律解决问题（共24张ppt）

(共24张PPT)
第六节
用牛顿运动定律解决问题（1）
神舟九号与天宫一号交会对接
1.
科技工作者能准确地控制火箭的变轨、飞船的对接、预测卫星的着落点，他们依靠什么来控制物体的运动？
2.
利用我们已有的知识是否也能研究类似的较为简单的问题？
一、匀变速直线运动规律
速度公式
：v
=
v0
+
at
位移公式：x
=
v0t
+at
2/2
导出公式：v
2－
v02
=
2ax
复习回顾
不受力
物体
静止或匀速直线运动
a
=
0
受力
F合
=0
静止或匀速直线运动
a
=
0
F合
≠0
运动状态发生改变
a
≠
0
二、牛顿第一定律
三、牛顿第二定律
F
=
ma
力产生加速度，a
是联系力和运动的桥梁
四、牛顿第三定律
F
=
─F′
提供受力分析的方法
1.
物体的受力情况如何？
2.
物体所受的合力如何？
Fy
=0；
Fx
=
F－Ff
，方向与拉力
F
方向相同
3.
物体的运动情况中已知哪些量？要求末速度和位移，还差什么量？
已知初速度
v0
和时间
t，要求末速度
vt
和位移
x，还差加速度a。
Ff
F
G
FN
一、从受力确定运动情况
一个静止在水平面上的物体，质量是
2
kg，在
6.4
N
的水平拉力作用下沿水平面向右运动，物体与水平地面间的滑动摩擦力为
4.2
N。求物体
4
s
末的速度和
4
s
内发生的位移。
解：物体受力如图:
由牛顿第二定律：F－Ff
=
ma
4
s末的速度
4
s内的位移
4.
如何求加速度？
借助于牛顿第二定律
F合
=
ma，利用合力来求加速度。
5.
本题的解题思路如何？
先受力分析求出合力，再用牛顿第二定律求出加速度，最后用运动学公式求解。
Ff
F
G
FN
物体运
动情况
运动学
公
式
加速度
a
牛顿第
二定律
物体受
力情况
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。
处理这类问题的基本思路是：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)。
“从受力确定运动情况”的基本思路
解：木箱受力如图，将
F
正交分解，则：
例1.
一木箱质量为
m
=
10
kg，与水平地面间的动摩擦因数为
μ
=
0.2，现用斜向右下方
F
=
100
N
的力推木箱，使木箱在水平面上做匀加速运动。F
与水平方向成
θ
=
37°角，求经过
t
=
5
s时木箱的速度。
FN
mg
Ff
F
θ
F1
F2
F2
=
Fsin
θ
F1
=
Fcos
θ
Ff
＝
μFN
联立解得：
竖直方向：FN
(F2
+mg)
=
0
水平方向：F1
Ff=
ma
v
＝at
代入数据可得：v
＝24
m/s
一个滑雪的人，质量
m＝75
kg，以v0＝
2
m/s
的初速度沿山坡匀加速滑下，山坡的倾角θ
＝30°，在
t
＝5
s的时间内滑下的路程
x＝60
m，求滑雪人受到的阻力（包括摩擦和空气阻力）。
θ
F2
F1
θ
mg
F阻
FN
F1
=
mgsin
θ
根据牛顿第二定律:
F1－F阻＝ma
解：由
x
=
v0t
+at
2/2
得
a
＝
t2
2(
x
－v0t
)
方向沿斜面向上
滑雪的人滑雪时受力如图，将
重力分解得：
代入数据可得：
F阻＝67.5
N
二、从运动情况确定受力
得
F阻＝
t2
2m(
x
－v0t
)
本题属于那类力学问题？人共受几个力的作用？各力方向如何？它们之中哪个力是待求量？哪个力实际上是己知的？待求力是谁？物体所受的合力沿什么方向？
物体运
动情况
运动学
公
式
加速度
a
牛顿第
二定律
物体受
力情况
“从运动确定受力情况”的基本思路
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)。
处理这类问题的基本思路是：先分析物体的运动情况，根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)。
(1)
确定研究对象（对谁进行分析）；
(2)
分析受力情况或运动情况，画示意图(受力和运动过程)；
(3)
用牛顿第二定律或运动学公式求加速度；
(4)
用运动学公式或牛顿第二定律求所求量。
解题步骤
例2.
2011年8月11日，我国的“辽宁号”航母出海试验，中国成为拥有航母的国家之一。已知该航母飞行甲板长度
L
=
300
m，歼15战斗机质量为
10
吨，起飞速度要达到
60
m/s，战机被弹射装置弹出时的速度为
v0
=
30
m/s,假设战机滑行时作匀加速运动，其阻力恒为
Ff=
5103
N，求为使战斗机安全起飞，发动机产生的推力至少为多大？
解：对战斗机进行分析，滑行时初速度
v0＝
2
m/s
末速度
v0＝
2
m/s
，滑行长度
L
=
300
m
由v
2－
v02
=
2ax
得战斗机加速度
a
=
(v
2－
v02)/2L
=
45
m/s2
根据牛顿第二定律，FFf
=
ma
则推力
F=
ma
+
Ff
=
5104
N
受力情况
合力F合
a
运动情况
动力学的两类基本问题
一、从受力确定运动情况
二、从运动情况确定受力
物体运
动情况
运动学
公
式
加速度
a
牛顿第
二定律
物体受
力情况
物体运
动情况
运动学
公
式
加速度
a
牛顿第
二定律
物体受
力情况
牛顿第二定律公式（F=ma）和运动学公式（匀变速直线运动公式
v=v0+at,
x=v0t+at2,
v2－v02=2ax等）中，均包含有一个共同的物理量——加速度a。
由物体的受力情况，利用牛顿第二定律可以求出加速度，再由运动学公式便可确定物体的运动状态及其变化；反过来，由物体的运动状态及其变化，利用运动学公式可以求出加速度，再由牛顿第二定律便可确定物体的受力情况。
加速度
a
是联系运动和力的桥梁
可见，无论是哪种情况，加速度始终是联系运动和力的桥梁。求加速度是解决有关运动和力问题的基本思路，正确的受力分析和运动过程分析则是解决问题的关键。
应用牛顿运动定律解题的一般步骤
1.
确定研究对象。
2.
分析研究对象的受力情况，必要时画受力的示意图。
3.
分析研究对象的运动情况，必要时画运动过程简图。
4.
利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度。
5.
利用运动学公式或牛顿第二定律进一步求解要求的物理量。
例3.
光滑的水平面上有质量分别为
m1、m2
的两物体
静止靠在一起
(如图)，现对
m1
施加一个大小为
F
方向向右的推力作用。求此时物体
m2
受到物体
m1的作用力
F1。
m1
m2
F
F
F1
F1
FN1
解法一
：分别以
m1、m2
为隔离体作受力分析
FN2
m1g
m2g
对
m1
有
：F
–
F1=
m1a
对
m2
有:
F1
=
m2a
联立可得
整体法与隔离法
F1＝
m1+
m2
m2F
解法二：对
m1、m2
视为整体作受力分析
有:
F
=(m1+
m2)a
对m2作受力分析，有
:
F1=
m2a
联立可得
F
FN
(m1+m2)g
F1
FN2
m2g
F1＝
m1+
m2
m2F
连结体问题的处理方法
连结体：两个(或两个以上)物体相互连结参与运动的系统。
1.
隔离法：将各个物体隔离出来，分别对各个物体根据牛顿定律列式，并要注意标明各物体的加速度方向，找到各物体之间的速度制约关系。
2.
整体法：若连结体内(即系统内)各物体的加速度相同，又不需要系统内各物体间的相互作用力时，可取系统作为一个整体来研究。
3.
整体法与隔离法交叉使用：若连接体内各物体具有相同的加速度时，应先把连接体当成一个整体列式。如还要求连接体内物体相互作用的内力，则把物体隔离，对单个物体根据牛顿定律列式。
应用牛顿运动定律解题的基本思路
力
G=mg
F=μFN
F=kx
其他力
F合
a
运动规律
v0
v
x
t
桥
运动
物理量
v
=
v0
+
at
x
=
v0t
+at
2/2
v
2－
v02
=
2ax
运动情况
加速度
a
受力情况
运动学公式
牛顿第二定律
1．质量为
M
的木块位于粗糙水平桌面上，若用大小为
F的水平力拉木块，木块做匀速直线运动。当水平拉力逐渐增大（方向不变）时，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：若水平拉力逐渐减小呢？
加速度增大，速度减小
A
2.
质量为
2
kg
的物体从高处下落，设空气阻力恒定，其经过某一位置时的速度是
5
m/s，再经
2
s
测得的速度为
15
m/s，求空气的阻力。(
g
=
10
m/s2
)
解析：物体的运动示意图如图所示
对物体受力分析，如图
由牛顿第二定律
mg
F
=
ma
得
F
=
10
N
a＝(vv0)/t
=
5
m/s2
答案
：10
N
θ
m
M
F
3.
质量为
M
的斜面放置于水平面上，其上有质量为
m
的小物块，各接触面均无摩擦力，将水平力
F
加在
M
上，要求
m
与
M
不发生相对滑动，力
F
应为多大?
4.
某城市的一条水平道路上，规定车辆行驶速度不得超过60
km/h。在一次交通事故中，肇事车是一辆卡车，量得这辆卡车紧急刹车时留下的刹车痕迹长
25.0
m。经过测试得知这种轮胎与路面的动摩擦因数为
0.8，请利用你所学过的知识帮交警判断一下该车是否超速。(
g
取10
m/s2
)
超速
F
θ
5.
如图，质量为
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
0.5，现对物体施加一个大小F
=
10
N，与水平方向成
θ
=
37°角的斜向上的拉力(如图)。求物体在拉力的作用下
4s
内通过的位移。(
g
=
10
m/s2，sin
37°=
0.6
，cos
37°=
0.8
)
4
m