資源簡介

(共34張PPT)
第四章 運動和力的關系
4.5 牛頓運動定律的應用
目錄
contents
從受力確定運動情況
01
02
從運動情況確定受力
03
典例分析
導入新課
為了盡量縮短停車時間，旅客按照站臺上標注的車門位置候車。列車進站時總能準確地停靠在對應車門的位置。這是如何做到的呢？
第二定律：物體加速度的大小跟所受到的作用力成正比，跟它的質量成反比； 加速度方向跟作用力方向相同。
公式: F=ma
第三定律：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上。
第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。
運動學規律
速度公式 ：v = v0+at
導出公式：v 2－ v02 =2ax
力和運動情況聯系在一起
運動學五大物理量：v0、v、a、t、x
牛頓第二定律F合＝ma，確定了運動和力的關系，使我們能夠把物體的運動情況與受力情況聯系起來。
F合＝ma
橋梁
v＝v0＋at
＝2ax
重力
彈力
摩擦力
兩類動力學問題
1.兩類動力學問題
第一類：已知受力情況求運動情況。
第二類：已知運動情況求受力情況。
2. 解題關鍵
(1)兩類分析——物體的受力分析和物體的運動分析；
(2)兩個橋梁——加速度是聯系運動和力的橋梁；速度是各物理過程間相互聯系的橋梁．
從受力確定運動情況
01
知識要點
處理這類問題的基本思路是：
先分析物體受力情況求合力，
據牛頓第二定律求加速度，
再用運動學公式求所求量(運動學量)。
已知物體受力情況確定運動情況，指的是在受力情況已知的條件下，要求判斷出物體的運動狀態或求出物體的速度、位移等。
【例題】：運動員把冰壺沿水平冰面投出，讓冰壺在冰面上自由滑行，在不與其他冰壺碰撞的情況下，最終停在遠處的某個位置。按比賽規則，投擲冰壺運動員的隊友，可以用毛刷在冰壺滑行前方來回摩擦冰面，減小冰面的動摩擦因數以調節冰壺的運動。
（1）運動員以3.4 m/s的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動摩擦因數為0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠？g 取 10 m/s2。
（2）若運動員仍以3.4 m/s的速度將冰壺投出，其隊友在冰壺自由滑行10m后開始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動摩擦因數變為原來的90%，冰壺多滑行了多少距離？
（1）運動員以 3.4 m/s 的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動摩擦因數為 0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠？g 取 10 m/s2。
1.明確研究對象
2.受力情況分析
mg
FN
Ff
3.運動過程分析
【解析】冰壺運動方向為正方向建立一維坐標系
Ff ＝ - 1FN ＝- 1mg
a1=-0.2m/s2
-μmg=ma1
由
vt 2－ v02 =2a1x1
x1=28.9m
冰壺滑行了 28.9 m
（2）若運動員仍以 3.4 m/s 的速度將冰壺投出，其隊友在冰壺自由滑行 10 m 后開始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動摩擦因數變為原來的 90%，冰壺多滑行了多少距離？
【解析】設冰壺滑行 10 m 后的速度為 v10，則
v102 ＝ v02 ＋ 2a1x10
冰壺的加速度
a2 ＝－ 2 g ＝－0.02×0.9×10 m/s2 ＝－0.18 m/s2
滑行 10 m 后為勻減速直線運動，由 v2－ v102＝2a2x2 ， v＝0，得
第二次比第一次多滑行了
（10＋21－28.9）m＝2.1m
解題的—般步驟
（1）確定研究對象，對研究對象進行受力分析和運動分析，并畫 出物體的受力、運動示意圖。
（2）選擇合適的運動學公式，求出物體的加速度。
（3）根據牛頓第二定律列方程，求出物體所受的合力。
（4）根據力的合成與分解的方法，由合力和已知力求出未知力。
【針對練習】一個靜止在水平面上的物體，質量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平面向右運動，物體與水平地面間的滑動摩擦力為4.2N。求物體4s末的速度和4s內的位移。
F
由牛頓第二定律可得:
F - f= ma
4s末的速度
4s內的位移
解：
如圖，物體受力分析
mg
FN
F
f
【針對練習】一個靜止在水平面上的物體，質量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平面向右運動，物體與水平地面間的滑動摩擦力為4.2N。求物體4s末的速度和4s內的位移。
【拓展一】一個靜止在水平地面上的物體，質量是2Kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右運動。物體與地面的動摩擦因數為0.25，求物體在4 s末的速度和4 s內的位移。（g=10m/s2）
【拓展一】一個靜止在水平地面上的物體，質量是2Kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右運動。物體與地面的動摩擦因數為0.25，求物體在4 s末的速度和4 s內的位移。
FN = mg
物體受力分析如圖所示
由牛頓第二定律可得:
F- FN= ma
解：
mg
FN
F
f
【拓展二】一個靜止在水平地面上的物體，質量是2Kg，在6.4N的拉力F作用下沿水平地面向右運動。已知F與水平地面的夾角為37°，物體與地面的動摩擦因數為0.25，求物體在4s末的速度和4s內的位移。cos37=0.8，g=10m/s2。
F
370
解：物體受力分析如圖所示
4s末的速度
由牛頓第二定律，可得:
Fcosθ- FN=ma
FN
mg
F
f
θ
FN+Fsinθ=mg
4s內的位移
【拓展二】一個靜止在水平地面上的物體，質量是2Kg，在6.4N的拉力F作用下沿水平地面向右運動。已知F與水平地面的夾角為37°，物體與地面的動摩擦因數為0.25，求物體在4s末的速度和4s內的位移。cos37=0.8，g=10m/s2。
從運動情況確定受力
02
知識要點
基本思路：
先分析物體的運動情況，
據運動學公式求加速度，
再在分析物體受力情況的基礎上，用牛頓第二定律列方程求物體受力情況.
已知物體運動情況確定受力情況，指的是在運動情況（知道三個運動學量）已知的條件下，要求得出物體所受的力或者相關物理量（如動摩擦因數等）。
【例題】如圖，一位滑雪者，人與裝備的總質量為75 kg，以2 m/s 的初速度沿山坡勻加速直線滑下，山坡傾角為 30°，在5 s的時間內滑下的路程為60 m。求滑雪者對雪面的壓力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空氣阻力），g取10 m/s2。
解:以滑雪者為研究對象。建立如圖4.5-5所示的直角坐標系。滑雪者沿山坡向下做勻加速直線運動。
根據勻變速直線運動規律，有
其中 v0＝ 2 m/s，t＝5s，x＝60 m，則有
根據牛頓第二定律，有
y 方向
x方向
FN－mgcosθ ＝ 0
mgsinθ－Ff ＝ma
得
FN ＝ mgcosθ
Ff ＝m（g sin θ－a）
其中，m ＝ 75 kg，θ ＝ 30°，則有
Ff＝75 N，FN＝650 N
根據牛頓第三定律，滑雪者對雪面的壓力大小等于雪面對滑雪者的支持力大小，為 650 N，方向垂直斜面向下。滑雪者受到的阻力大小為 75 N，方向沿山坡向上。
解題的—般步驟
（1）確定研究對象，對研究對象進行受力分析和運動分析，并畫 出物體的受力、運動示意圖。
（2）選擇合適的運動學公式，求出物體的加速度。
（3）根據牛頓第二定律列方程，求出物體所受的合力。
（4）根據力的合成與分解的方法，由合力和已知力求出未知力。
【變式訓練】滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30°的山坡，從剛上坡即開始計時，至3.8s末，滑雪者速度變為0。如果雪橇與人的總質量為m=80kg，求雪橇與山坡之間的摩擦力為多少？g=10m/s2 .
f
mg
FN
對滑雪者受力分析，如圖所示
聯立①②，代入數據，解得
解:
根據牛頓第二定律，可得
①
②
【變式訓練】滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30°的山坡，從剛上坡即開始計時，至3.8s末，滑雪者速度變為0。如果雪橇與人的總質量為m=80kg，求雪橇與山坡之間的摩擦力為多少？g=10m/s2 .
動力學的兩類基本問題的解題思路
受力情況
加速度a
運動情況
加速度a
F=ma
F=ma
運動學分析
運動學分析
第一類問題
第二類問題
解題步驟：
(1)確定研究對象；
(2)分析受力情況和運動情況，畫示意圖(受力和運動過程)；
(3)用牛頓第二定律或運動學公式 求加速度；
(4)用運動學公式或牛頓第二定律 求所求量。
動力學問題的求解
42
受力情況
加速度a
運動情況
加速度a
F=ma
F=ma
運動學分析
運動學分析
第一類問題
第二類問題
課堂小結
典例分析
03
1、在交通事故的分析中,剎車線的長度是很重要的依據,剎車線是汽車剎車后,停止轉動的輪胎在地面上發生滑動時留下的滑動痕跡。在某次交通事故中,汽車的剎車線長度是14 m,假設汽車輪胎與地面間的動摩擦因數恒為0.7,g取 10 m/s2,則汽車剎車前的速度為(　　)
A.7 m/s B.14 m/s C.10 m/s D.20 m/s
B
一個靜止在水平地面上的物體，質量是2Kg，在6.4N的拉力F作用下沿水平地面向右運動。已知F與水平地面的夾角為370，物體與地面的動摩擦因數為0.25，求物體在4s末的速度和4s內的位移。cos37=0.8，g=10m/s2。
典例分析
F
370
【解析】物體受力分析如圖所示
4s末的速度
由牛頓第二定律，可得:
Fcosθ- FN=ma
FN
mg
F
f
θ
FN+Fsinθ=mg
4s內的位移
汽車輪胎與公路路面之間必須要有足夠大的動摩擦因數，才能保證汽車安全行駛。為檢測某公路路面與汽車輪胎之間的動摩擦因數，需要測試剎車的車痕。測試汽車在該公路水平直道上以54 km/h的速度行駛時，突然緊急剎車，車輪被抱死后在路面上滑動，直至停下來。量得車輪在公路上摩擦的痕跡長度是17.2 m，則路面和輪胎之間的動摩擦因數是多少？取 g＝10 m/s2。
典例分析
x
mg
FN
Ff
位移 x＝17.2 m
初速度 v0＝15 m/s
加速度 a
末速度 v＝0
質量 m
動摩擦因數 μ ？
Ff＝－μFN＝－μmg
－μmg＝ma
【解析】
典例分析

展開更多......

收起↑