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首页 物理:4.5《牛顿第二定律的应用》课件(粤教版必修1)

物理:4.5《牛顿第二定律的应用》课件(粤教版必修1).ppt

物理:4.5《牛顿第二定律的应用》课件(粤教版必修1)

烟雨梦兮
2018-10-28 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《物理:4.5《牛顿第二定律的应用》课件(粤教版必修1)ppt》,可适用于自然科学领域

vt=v+at第五节 牛顿第二定律的应用目标导读 掌握应用牛顿运动定律解决动力学问题的基本思路方法学会如何从牛顿运动定律入手求解有关物体运动状态参量学会根据物体运动状态参量的变化求解有关物体的受力情况.预习梳理.匀变速直线运动的规律()速度与时间的关系:()位移和时间的关系:()位移和速度的关系:S=vt+eqf(,)atveqoal(,t)-veqoal(,)=as力加速度受力加速度运动学公式运动学公式合力加速度重力弹力摩擦力运动.牛顿第二定律的作用牛顿第二定律确定了和的关系使我们能够把物体的与联系起来..动力学的两类基本问题()已知受力情况求运动情况:已知物体的受力情况由牛顿第二定律求出物体的再通过就可以确定物体的运动情况.()已知运动情况求受力情况:已知物体的运动情况根据求出物体的加速度再根据牛顿第二定律确定物体所受的.()在两类基本问题中起了桥梁作用..受力分析的一般顺序是:、、、其他力.图探究归纳一、由受力情况确定运动情况典例如图所示在倾角θ=°的足够长的固定的斜面底端有一质量m=kg的物体物体与斜面间动摩擦因数μ=现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动拉力F=N方向平行斜面向上经时间t=s绳子突然断了求:()绳断时物体的速度大小.()从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间.(sin°=cos°=g=ms)思维导图取物体为研究对象进行受力分析→应用牛顿第二定律求a→运用运动学公式求运动的物理量.解析 ()物体受拉力向上运动过程中受拉力F、斜面的支持力N、重力mg和摩擦力f如右图所示设物体向上运动的加速度为a根据牛顿第二定律有F-mgsinθ-f=ma因f=μNN=mgcosθ解得a=mst=s时物体的速度大小为v=at=ms()绳断时物体距斜面底端的位移s=eqf(,)at=m绳断后物体沿斜面向上做匀减速直线运动设运动的加速度大小为a受力如右图所示则根据牛顿第二定律对物体沿斜面向上运动的过程有mgsinθf=maf=μmgcosθ解得a=ms物体做减速运动的时间t==s减速运动的位移s==munknownunknown答案 ()ms ()s此后物体将沿着斜面匀加速下滑设物体下滑的加速度为a受力如右图所示根据牛顿第二定律对物体加速下滑的过程有mgsinθf=maf=μmgcosθ解得a=ms设物体由最高点到斜面底端的时间为t所以物体向下匀加速运动的位移ss=解得t=s≈s所以物体返回到斜面底端的时间为t总=tt=sunknownunknown二、由运动情况确定受力情况典例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在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来.若某型号的客机紧急出口离地面高度为m构成斜面的气囊长度为m.要求紧急疏散时乘客从气囊上由静止下滑到达地面的时间不超过s则()乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大?()气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少?(g=ms)思维导图应用运动学公式求a→取物体为研究对象受力分析→牛顿第二定律求未知力.解析 设h=mL=mt=s斜面倾角为θ则sinθ=eqf(h,L)乘客在气囊上下滑过程由L=eqf(,)at得a=eqf(L,t)代入数值a=ms乘客下滑过程受力分析如下图可得x方向mgsinf=may方向Nmgcos=,关系式f=N则答案 ()ms ()图三、连接体问题(涉及临界问题、整体与隔离法的应用)典例如图所示在光滑的水平面上有一个质量mC=kg的小车C物体A和B通过车上的滑轮用细绳相连.它们的质量分别为mA=kgmB=kgA与C之间的动摩擦因数μ=eqf(,)两者之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力其余摩擦不计在物体B上作用一个水平恒力可以使三者一起向左做匀加速运动g取ms试求力F的最大值和加速度的最大值.思路点拨 当系统中各物体具有相同的加速度要求系统中某两物体间的作用力时往往先用整体法求出加速度再用隔离法求出物体间的相互作用力即先整体再隔离.注意隔离时应分析受力少的物体.整体法和隔离法是物理学中的常用方法.解析 由于A、B、C三者一起向左做匀加速运动说明三者具有相同的加速度因此可以把三者看作一个系统作为一个整体来研究这个整体的质量等于各物体质量之和整体在水平方向上所受的外力为F根据牛顿第二定律即可求出整体的加速度.再隔离A和B分别进行受力分析即可求出外力F显然当F最大时加速度a也最大此时A刚刚要开始滑动.设整体运动的最大加速度为a视A、B、C为一系统则系统在水平方向上由牛顿第二定律可得F=(mA+mB+mC)a①隔离A和B分别对A、B进行受力分析如下图所示.答案 N ms对于A由牛顿第二定律可得T-μmAg=mAa②对于B进行正交分解由牛顿第二定律得Tcosθ-mBg=③F-Tsinθ=mBa④由①④两式可得Tsinθ=(mA+mC)a⑤由③⑤两式可得T=eqr(g+a)⑥由②⑥两式可得a=eqf(,)g=eqf(,)ms=ms则F=(mA+mB+mC)a=a=N图四、牛顿运动定律的综合应用典例如图所示风洞实验室中可产生水平方向的、大小可以调节的风力.现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室中小球孔径略大于细杆直径(如图所示).()当杆在水平方向上固定时调节风力的大小使小球在杆上做匀速运动这时小球所受的风力为小球所受重力的倍求小球与杆之间的动摩擦因数.()保持小球所受风力不变使杆与水平方向的夹角为°并固定则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少?(sin°=cos°=)思路点拨 求解本题时先由水平面上小球做匀速运动时的二力平衡求出动摩擦因数再分析小球在杆与水平面成°角时的受力情况根据牛顿第二定律列出方程求得加速度再由运动学方程求解.解析 ()设小球所受风力为F则F=mg当杆水平固定时小球做匀速运动则所受摩擦力f与风力F等大反向即f=F又因f=μN=μmg以上三式联立解得小球与杆间的动摩擦因数μ=()当杆与水平方向成θ=°角时小球从静止开始沿杆加速下滑.设下滑距离s所用时间为t小球受重力mg、风力F、杆的支持力N′和摩擦力f′作用由牛顿第二定律可得沿杆的方向Fcosθ+mgsinθ-f′=ma垂直杆的方向N′+Fsinθ-mgcosθ=又f′=μN′F=mg解得小球的加速度a=eqf((Fcosθ+mgsinθ),m)+g(sinθ-μcosθ)=eqf(mg(+×),m)+g(-×)=eqf(,)g因s=eqf(,)at故小球的下滑时间为t=eqr(f(s,a))=eqr(f(s,f(,)g))=eqr(f(s,g))答案 () ()eqr(f(s,g))B课时作业.假设汽车突然紧急制动后所受阻力的大小与汽车所受的重力的大小差不多当汽车以ms的速度行驶时突然制动它还能继续滑行的距离约为(  )A.mB.mC.mD.m图.放在水平地面上的一物块受到方向不变的水平推力F的作用F的大小与时间t的关系和物块速度v与时间t的关系如图所示.取重力加速度g=ms由此两图线可以求得物块的质量m和物块与地面之间的动摩擦因数μ分别为(  )答案 AA.m=kgμ=B.m=kgμ=C.m=kgμ=D.m=kgμ=图C.如图表示某小球所受的合力与时间的关系各段的合力大小相同作用时间相同设小球从静止开始运动.由此可判定(  )A.小球向前运动再返回停止B.小球向前运动再返回不会停止C.小球始终向前运动D.小球向前运动一段时间后停止解析 由F-t图象知:第sF向前第sF向后.以后重复该变化所以小球先加速s再减速s,s末速度刚好减为零以后重复该过程所以小球始终向前运动.图.利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小.实验时让某消防队员从一平台上跌落自由下落m后双脚触地接着他用双腿弯曲的方法缓冲使自身重心又下降了m最后停止.用这种方法获得消防队员受到地面冲击力随时间变化的图线如图所示根据图线所提供的信息以下判断正确的是(  )A.t时刻消防员的速度最大B.t时刻消防员的速度最大C.t时刻消防员的速度最大D.t时刻消防员的加速度最小答案 BD解析 由图象可判断消防队员的运动过程t时刻刚产生地面的冲击力说明此时消防员刚落地此后由于地面的冲击力小于重力所以合力向下消防员继续加速运动t时刻消防员受到的冲击力和重力大小相等而平衡加速度为零速度达到最大此后由于冲击力大于重力合力向上所以消防员开始做减速运动t时刻速度减为零t时刻消防员站稳.图.两重叠在一起的滑块置于固定的、倾角为θ的斜面上如图所示滑块A、B的质量分别为M、mA与斜面间的动摩擦因数为μB与A之间的动摩擦因数为μ已知两滑块都从静止开始以相同的加速度沿斜面滑下滑块B受到的摩擦力(  )A.等于零B.方向沿斜面向上C.大小等于μmgcosθD.大小等于μmgcosθ答案 BC解析 把A、B两滑块作为一个整体设其下滑的加速度为a由牛顿第二定律得(M+m)gsinθ-μ(M+m)gcosθ=(M+m)a解得a=g(sinθ-μcosθ)由于a<gsinθ可见B随A一起下滑过程中必然受到A对它沿斜面向上的摩擦力设摩擦力为fB如右图所示由牛顿第二定律得mgsinθfB=ma解得fB=mgsinθma=mgsinθmg(sinθμcosθ)=μmgcosθ故本题答案为B、C图B.如图所示小车质量为M光滑小球P的质量为m绳质量不计水平地面光滑要使小球P随车一起匀加速运动则施于小车的水平作用力F是(θ已知)(  )A.mgtanθB.(M+m)gtanθC.(M+m)gcotθD.(M+m)gsinθ解析 对小球受力分析如右图所示则mgtanθ=ma所以a=gtanθ对整体F=(Mm)a=(Mm)gtanθ图.如图所示在水平地面上有一个质量为kg的物体它受到与水平方向成°角斜向上的N的拉力时恰好做匀速直线运动g取ms问:当拉力为N时物体的加速度多大?物体由静止开始运动时s末物体的位移多大?解析 由题意知物体受力如下图甲所示由牛顿第二定律可得:Fcos°=f①N+Fsin°=mg②f=μN③由①②③式得μ=eqf(Fcos°,mg-Fsin°)=eqf(×,×-×)=甲      乙答案 ms m④当拉力F=N时物体受力如乙图所示由牛顿第二定律得Fcos°-f=maN′+Fsin°-mg=⑤f=μN′⑥由④⑤⑥式得a=eqf(Fcos°-μ(mg-Fsin°),m)=mss内位移s=eqf(,)at=m图.如图所示斜面是光滑的一个质量是kg的小球用细线吊在倾角为°的斜面顶端斜面静止时球紧靠在斜面上绳与斜面平行当斜面以ms的加速度向右做匀加速运动时求绳子拉力大小及斜面对小球的弹力大小.(g取ms)答案 N 解析 设小球刚好离开斜面时系统的加速度为a​斜面弹力N=此时小球受力如右图所示则有mgcot°=maa​=gcot°=ms因为a=ms>a所以此时小球已离开斜面则N=T==Nunknown图tsv(m·s-)tsv(m·s-).如图所示是世界上第一列投入商业运行的上海磁悬浮列车运行路程km最高速度可达kmh(即ms)走完全程只需min它是靠磁体间相互作用浮离轨道约cm被誉为“飞”起来的交通工具根据车厢内显示屏上显示的时刻和速度值整理后如下表所示(从启动至中途)图假设列车的总质量为×kg列车以较高速度运行时仅受空气阻力作用且空气阻力与速度的平方成正比即F阻=kv式中k=kgm()在图中画出列车在~s内的v-t图象.解析 ()如下图所示()估算列车在以最大速度运行时的牵引力.()估算s这一时刻列车牵引力.答案 ()见解析图 ()×N ()×N()最大速度运行时接近匀速直线运动由平衡条件可得F=F阻=kv=×()N=×N()s时瞬时速度约为ms此时图象近似直线列车做匀加速直线运动加速度a=ms=ms此时阻力为F阻牵引力为F根据牛顿第二定律得FF阻=ma即F=makv=(×××)N=×N

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