还剩47页未读，
继续阅读
高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用备课ppt课件
展开
这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用备课ppt课件，共55页。PPT课件主要包含了加速度，运动学的规律，牛顿第二定律，答案A，答案C，答案BCD，学科素养培优，答案B等内容，欢迎下载使用。
5 牛顿运动定律的应用
知识点一 从受力确定运动情况
1.根据牛顿第二定律我们知道:力是产生加速度的原因,也就是力是改变物体运动状态的原因.如图所示,用力推车,车做加速运动;用头顶球,足球运动方向发生改变.这说明“运动”与“力”总是息息相关的.从物体的受力出发,可以了解物体的运动情况.那么,怎样把受力和运动联系起来?
答案:因为牛顿第二定律确定了加速度与力的关系,而在运动学公式中有加速度与运动参量的关系,所以加速度作为“桥梁”,把物体的受力与运动联系起来.
2.通常可以用哪些关系求物体的加速度?
3.从受力确定运动情况:如果已知物体的受力情况,可以由牛顿第二定律求出物体的 ,再通过 确定物体的运动情况.
知识点二 从运动情况确定受力
1.一位同学通过电视机观看火箭发射的情景,他听到现场指挥倒计时结束发出“点火”命令后,立刻用停表计时,测得火箭底部到达发射架顶端的时间为t,他想估算出火箭受到的推力,试分析还要知道哪些条件.不计空气阻力,重力加速度为g.
2.从运动情况确定受力:如果已知物体的运动情况,根据运动学规律求出物体的 ,结合受力分析,再根据 求出力.
探究一 从受力确定运动情况
在高速公路上,车辆驶入下坡路段后持续使用刹车容易造成刹车毂过热,致使车辆制动性能降低或制动失灵,而发生追尾、对撞等恶性交通事故.为避免这种事故,经常在高速下坡路段修一段“避险车道”,如图所示.避险车道均采用上坡式制动坡床,坡度一般为35°~40°,失控车辆冲上这个车道后,利用上坡路段和地面砂石的阻力,强制车辆减速停车.
1.假如你是设计“避险车道”的工程师,怎样确定车道的最短长度?
答案:汽车驶入避险车道,做匀减速运动,汽车从进入避险车道到安全停下所运动的位移就是车道的最短长度.先分析汽车在避险车道上的受力情况,然后根据牛顿第二定律求出加速度,再利用运动学公式确定车道的最短长度.
2.若已知汽车在高速公路上行驶的最大速度为vm,重力加速度为g,要计算避险车道的长度,还要知道哪些物理量?
从受力确定运动情况.(1)解题思路.
(2)解题步骤.①确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力示意图.②根据力的合成与分解,求出物体所受的合力(包括大小和方向).③根据牛顿第二定律列方程,求出物体运动的加速度.④结合物体运动的条件,选择运动学公式,求出要求的运动学参量.
【典例1】一木箱装货物后质量为50 kg,静止在地面上.某人以200 N斜向上的力拉木箱,拉力的方向与水平面成30°角,木箱与地面间的动摩擦因数为0.2,g取10 m/s2.求:(1)木箱的加速度大小;(2)第2 s末木箱的速度大小.
解析:取木箱为研究对象,木箱的受力情况如图所示,取加速度a的方向为x轴的正方向,建立直角坐标系xOy.
答案: (1)1.86 m/s2 (2)3.72 m/s
【典例2】如图所示,在游乐场里有一种滑沙运动,某人坐在滑板上从斜坡的A点由静止开始滑下,滑到斜坡底端B点后,沿水平滑道再滑行一段距离到达C点停下来.如果人和滑板的总质量m=60 kg,滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因数均为μ=0.5,斜坡的倾角θ=37°(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8),斜坡与水平滑道间是平滑连接的,整个运动过程中空气阻力忽略不计,g取10 m/s2.
(1)人从斜坡上滑下的加速度大小是多少?(2)若由于场地的限制,水平滑道的最大距离BC为l=20.0 m,则人从斜坡上滑下的距离AB应不超过多少?
[学会审题](1)分析人下滑过程及在水平滑道上的受力情况.(2)运用牛顿第二定律和运动学规律分析求解相关量.
(2)人在水平滑道上的受力分析如图乙所示.
答案:(1)2 m/s2 (2)50 m
探究二 从运动情况确定受力
如图所示,房屋屋顶的设计要考虑很多因素,其中很重要的一点是要考虑排水问题.如果某地降雨量较大,设计的房屋屋顶应使雨滴能尽快淌离房顶,设雨滴沿屋顶流下时不考虑阻力且初速度为0.
1.设计屋顶时需要考虑哪些因素?
2.某同学设计了以下几种坡度的屋顶(房屋的宽度一定),试分析哪一种排水效果最好(水最快淌离屋顶).
从运动情况确定受力.(1)解题思路.
(2)解题步骤.①确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动过程分析,并画出受力示意图和运动草图.②选择合适的运动学公式,求出物体的加速度.③根据牛顿第二定律列方程,求物体所受的合力.④根据力的合成或分解的方法,由合力求出所需的力.
【典例3】如图所示,一位滑雪者以v0=20 m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的斜坡,从刚冲上斜坡开始计时,至3.8 s末,该滑雪者的速度变为0.如果该滑雪者(含滑雪设备)的质量为m=80 kg,求该滑雪者受到的阻力.g取10 m/s2.
[学会审题](1)根据已知条件求出加速度.(2)分析滑雪者的受力情况.(3)运用牛顿第二定律求出其受到的阻力.
答案:21 N,方向沿斜坡向下
根据牛顿第二定律,有mgsin 30°+Ff=ma,代入数据解得Ff=21 N,方向沿斜坡向下.
答案:3.125×104 N
解决动力学问题的两个关键点
1.一个物体静止在光滑水平面上,现有水平恒力F作用在物体上,使物体由静止开始运动,当物体的位移为x0时,立刻换成-4F的力,作用相同时间,该过程中物体的总位移为( )A.-x0 B.x0 C.0 D.-2x0
2.一种汽车安全带控制装置的示意图如图所示,当汽车处于静止或匀速直线运动时,摆锤竖直悬挂,锁棒水平,棘轮可以自由转动,安全带能被拉动.当汽车突然刹车时,摆锤由于惯性绕轴摆动,使得锁棒锁定棘轮,安全带不能被拉动.若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置,汽车可能的运动方向和运动状态是( )
A.向左行驶、匀速直线运动B.向左行驶、突然刹车C.向右行驶、突然刹车D.向右行驶、匀速直线运动
解析:解析:对摆锤进行受力分析,建立直角坐标系,如图所示.摆锤在水平方向所受合力不为0且方向向左,故摆锤的加速度方向向左,所以若汽车向左运动,则可能向左做匀加速运动;若汽车向右运动,则可能向右做匀减速运动.故选项C正确.
3.行车过程中,如果车距不够,刹车不及时,汽车将发生碰撞,车里的人可能受到伤害,为了尽可能地减轻碰撞造成的伤害,人们设计了安全带.假定乘客质量为70 kg,汽车车速为90 km/h,从踩下刹车到车停止需要的时间为5 s,安全带对乘客的作用力大小约为(不计人与座椅间的摩擦)( )A.450 NB.400 NC.350 ND.300 N
4.(2021全国乙卷)水平地面上有一质量为m1的长木板,木板的左端上有一质量为m2的物块,如图甲所示.用水平向右的拉力F作用在物块上,F随时间t的变化关系如图乙所示,其中F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小.木板的加速度a1随时间t的变化关系如图丙所示.已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1,物块与木板间的动摩擦因数为μ2.假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等,重力加速度大小为g.则( )
解析:由题图丙可知t>t2时木板做匀加速运动,物块与木板相对运动,t1μ1(m1+m2)g,
5.如图所示,楼梯口一倾斜的天花板与水平面成θ=37°角,一装修工人手持木杆绑着的刷子粉刷天花板,工人所持木杆对刷子的作用力始终竖直向上,大小为F=10 N,刷子的质量为m=0.5 kg,刷子可视为质点,刷子与天花板间的动摩擦因数为μ=0.5,天花板长为l=4 m,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,试求:(1)刷子沿天花板向上运动的加速度大小;(2)工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间.
解析:(1)以刷子为研究对象,受力分析如图所示.
答案:(1)2 m/s2 (2)2 s
6.21世纪新能源环保汽车在设计阶段要对其各项性能进行测试.某次新能源汽车性能测试中,牵引力传感器传回的牵引力随时间变化的关系如图甲所示;但由于故障,速度传感器只传回了第25 s以后的数据,如图乙所示.已知汽车质量为1 500 kg,若测试平台是水平的,且汽车由静止开始做直线运动,汽车所受阻力恒定.
(1)18 s末汽车的速度是多少?(2)前25 s内汽车的位移是多少?
答案:(1)26 m/s (2)608 m
模型建构——传送带模型中的动力学问题
传送带模型1.水平传送带模型.水平传送带模型分为三种情况,如下表所示.
2.倾斜传送带模型.物体沿倾角为θ的传送带传送时,可以分为两类:物体由底端向上运动;物体由顶端向下运动.解决倾斜传送带问题时要特别注意mgsin θ与μmgcs θ(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)的大小和方向的关系,进一步判断物体所受合力与速度方向的关系,确定物体的运动情况.
【典例1】如图所示,水平方向的传送带顺时针转动,传送带速度大小v=2 m/s 不变,两端A、B间距离为 3 m.一物块从B端以v0=4 m/s滑上传送带,物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.4,g取10 m/s2.物块从滑上传送带至离开传送带的过程中,速度随时间变化的图像是( )
【思维建构】水平传送带问题的解题思路:
【典例2】如图甲所示,倾角为θ的传送带以恒定速率逆时针运行.现将一质量m=2 kg的小物体轻轻放在传送带的A端,物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示,2 s末物体到达B端,取沿传送带向下为正方向,g取10 m/s2,求:(1)小物体在传送带A、B两端间运动的平均速度v的大小.(2)物体与传送带间的动摩擦因数μ.
答案:(1)8 m/s (2)0.5
【典例3】如图所示,有一条沿顺时针方向匀速转动的传送带,其速度v=4 m/s,传送带与水平面的夹角θ=37°,现将质量m=1 kg的物块(物块可视作质点)轻放在其底端,与此同时,给物块一沿传送带方向向上的恒力F,F=8 N,经过一段时间,物块运动到了离地面高h=2.4 m的平台上.已知物块与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8.求物块从传送带底端运动到平台上所用的时间.
5 牛顿运动定律的应用
知识点一 从受力确定运动情况
1.根据牛顿第二定律我们知道:力是产生加速度的原因,也就是力是改变物体运动状态的原因.如图所示,用力推车,车做加速运动;用头顶球,足球运动方向发生改变.这说明“运动”与“力”总是息息相关的.从物体的受力出发,可以了解物体的运动情况.那么,怎样把受力和运动联系起来?
答案:因为牛顿第二定律确定了加速度与力的关系,而在运动学公式中有加速度与运动参量的关系,所以加速度作为“桥梁”,把物体的受力与运动联系起来.
2.通常可以用哪些关系求物体的加速度?
3.从受力确定运动情况:如果已知物体的受力情况,可以由牛顿第二定律求出物体的 ,再通过 确定物体的运动情况.
知识点二 从运动情况确定受力
1.一位同学通过电视机观看火箭发射的情景,他听到现场指挥倒计时结束发出“点火”命令后,立刻用停表计时,测得火箭底部到达发射架顶端的时间为t,他想估算出火箭受到的推力,试分析还要知道哪些条件.不计空气阻力,重力加速度为g.
2.从运动情况确定受力:如果已知物体的运动情况,根据运动学规律求出物体的 ,结合受力分析,再根据 求出力.
探究一 从受力确定运动情况
在高速公路上,车辆驶入下坡路段后持续使用刹车容易造成刹车毂过热,致使车辆制动性能降低或制动失灵,而发生追尾、对撞等恶性交通事故.为避免这种事故,经常在高速下坡路段修一段“避险车道”,如图所示.避险车道均采用上坡式制动坡床,坡度一般为35°~40°,失控车辆冲上这个车道后,利用上坡路段和地面砂石的阻力,强制车辆减速停车.
1.假如你是设计“避险车道”的工程师,怎样确定车道的最短长度?
答案:汽车驶入避险车道,做匀减速运动,汽车从进入避险车道到安全停下所运动的位移就是车道的最短长度.先分析汽车在避险车道上的受力情况,然后根据牛顿第二定律求出加速度,再利用运动学公式确定车道的最短长度.
2.若已知汽车在高速公路上行驶的最大速度为vm,重力加速度为g,要计算避险车道的长度,还要知道哪些物理量?
从受力确定运动情况.(1)解题思路.
(2)解题步骤.①确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力示意图.②根据力的合成与分解,求出物体所受的合力(包括大小和方向).③根据牛顿第二定律列方程,求出物体运动的加速度.④结合物体运动的条件,选择运动学公式,求出要求的运动学参量.
【典例1】一木箱装货物后质量为50 kg,静止在地面上.某人以200 N斜向上的力拉木箱,拉力的方向与水平面成30°角,木箱与地面间的动摩擦因数为0.2,g取10 m/s2.求:(1)木箱的加速度大小;(2)第2 s末木箱的速度大小.
解析:取木箱为研究对象,木箱的受力情况如图所示,取加速度a的方向为x轴的正方向,建立直角坐标系xOy.
答案: (1)1.86 m/s2 (2)3.72 m/s
【典例2】如图所示,在游乐场里有一种滑沙运动,某人坐在滑板上从斜坡的A点由静止开始滑下,滑到斜坡底端B点后,沿水平滑道再滑行一段距离到达C点停下来.如果人和滑板的总质量m=60 kg,滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因数均为μ=0.5,斜坡的倾角θ=37°(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8),斜坡与水平滑道间是平滑连接的,整个运动过程中空气阻力忽略不计,g取10 m/s2.
(1)人从斜坡上滑下的加速度大小是多少?(2)若由于场地的限制,水平滑道的最大距离BC为l=20.0 m,则人从斜坡上滑下的距离AB应不超过多少?
[学会审题](1)分析人下滑过程及在水平滑道上的受力情况.(2)运用牛顿第二定律和运动学规律分析求解相关量.
(2)人在水平滑道上的受力分析如图乙所示.
答案:(1)2 m/s2 (2)50 m
探究二 从运动情况确定受力
如图所示,房屋屋顶的设计要考虑很多因素,其中很重要的一点是要考虑排水问题.如果某地降雨量较大,设计的房屋屋顶应使雨滴能尽快淌离房顶,设雨滴沿屋顶流下时不考虑阻力且初速度为0.
1.设计屋顶时需要考虑哪些因素?
2.某同学设计了以下几种坡度的屋顶(房屋的宽度一定),试分析哪一种排水效果最好(水最快淌离屋顶).
从运动情况确定受力.(1)解题思路.
(2)解题步骤.①确定研究对象,对研究对象进行受力分析和运动过程分析,并画出受力示意图和运动草图.②选择合适的运动学公式,求出物体的加速度.③根据牛顿第二定律列方程,求物体所受的合力.④根据力的合成或分解的方法,由合力求出所需的力.
【典例3】如图所示,一位滑雪者以v0=20 m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的斜坡,从刚冲上斜坡开始计时,至3.8 s末,该滑雪者的速度变为0.如果该滑雪者(含滑雪设备)的质量为m=80 kg,求该滑雪者受到的阻力.g取10 m/s2.
[学会审题](1)根据已知条件求出加速度.(2)分析滑雪者的受力情况.(3)运用牛顿第二定律求出其受到的阻力.
答案:21 N,方向沿斜坡向下
根据牛顿第二定律,有mgsin 30°+Ff=ma,代入数据解得Ff=21 N,方向沿斜坡向下.
答案:3.125×104 N
解决动力学问题的两个关键点
1.一个物体静止在光滑水平面上,现有水平恒力F作用在物体上,使物体由静止开始运动,当物体的位移为x0时,立刻换成-4F的力,作用相同时间,该过程中物体的总位移为( )A.-x0 B.x0 C.0 D.-2x0
2.一种汽车安全带控制装置的示意图如图所示,当汽车处于静止或匀速直线运动时,摆锤竖直悬挂,锁棒水平,棘轮可以自由转动,安全带能被拉动.当汽车突然刹车时,摆锤由于惯性绕轴摆动,使得锁棒锁定棘轮,安全带不能被拉动.若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置,汽车可能的运动方向和运动状态是( )
A.向左行驶、匀速直线运动B.向左行驶、突然刹车C.向右行驶、突然刹车D.向右行驶、匀速直线运动
解析:解析:对摆锤进行受力分析,建立直角坐标系,如图所示.摆锤在水平方向所受合力不为0且方向向左,故摆锤的加速度方向向左,所以若汽车向左运动,则可能向左做匀加速运动;若汽车向右运动,则可能向右做匀减速运动.故选项C正确.
3.行车过程中,如果车距不够,刹车不及时,汽车将发生碰撞,车里的人可能受到伤害,为了尽可能地减轻碰撞造成的伤害,人们设计了安全带.假定乘客质量为70 kg,汽车车速为90 km/h,从踩下刹车到车停止需要的时间为5 s,安全带对乘客的作用力大小约为(不计人与座椅间的摩擦)( )A.450 NB.400 NC.350 ND.300 N
4.(2021全国乙卷)水平地面上有一质量为m1的长木板,木板的左端上有一质量为m2的物块,如图甲所示.用水平向右的拉力F作用在物块上,F随时间t的变化关系如图乙所示,其中F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小.木板的加速度a1随时间t的变化关系如图丙所示.已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1,物块与木板间的动摩擦因数为μ2.假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等,重力加速度大小为g.则( )
解析:由题图丙可知t>t2时木板做匀加速运动,物块与木板相对运动,t1
5.如图所示,楼梯口一倾斜的天花板与水平面成θ=37°角,一装修工人手持木杆绑着的刷子粉刷天花板,工人所持木杆对刷子的作用力始终竖直向上,大小为F=10 N,刷子的质量为m=0.5 kg,刷子可视为质点,刷子与天花板间的动摩擦因数为μ=0.5,天花板长为l=4 m,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,试求:(1)刷子沿天花板向上运动的加速度大小;(2)工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间.
解析:(1)以刷子为研究对象,受力分析如图所示.
答案:(1)2 m/s2 (2)2 s
6.21世纪新能源环保汽车在设计阶段要对其各项性能进行测试.某次新能源汽车性能测试中,牵引力传感器传回的牵引力随时间变化的关系如图甲所示;但由于故障,速度传感器只传回了第25 s以后的数据,如图乙所示.已知汽车质量为1 500 kg,若测试平台是水平的,且汽车由静止开始做直线运动,汽车所受阻力恒定.
(1)18 s末汽车的速度是多少?(2)前25 s内汽车的位移是多少?
答案:(1)26 m/s (2)608 m
模型建构——传送带模型中的动力学问题
传送带模型1.水平传送带模型.水平传送带模型分为三种情况,如下表所示.
2.倾斜传送带模型.物体沿倾角为θ的传送带传送时,可以分为两类:物体由底端向上运动;物体由顶端向下运动.解决倾斜传送带问题时要特别注意mgsin θ与μmgcs θ(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)的大小和方向的关系,进一步判断物体所受合力与速度方向的关系,确定物体的运动情况.
【典例1】如图所示,水平方向的传送带顺时针转动,传送带速度大小v=2 m/s 不变,两端A、B间距离为 3 m.一物块从B端以v0=4 m/s滑上传送带,物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.4,g取10 m/s2.物块从滑上传送带至离开传送带的过程中,速度随时间变化的图像是( )
【思维建构】水平传送带问题的解题思路:
【典例2】如图甲所示,倾角为θ的传送带以恒定速率逆时针运行.现将一质量m=2 kg的小物体轻轻放在传送带的A端,物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示,2 s末物体到达B端,取沿传送带向下为正方向,g取10 m/s2,求:(1)小物体在传送带A、B两端间运动的平均速度v的大小.(2)物体与传送带间的动摩擦因数μ.
答案:(1)8 m/s (2)0.5
【典例3】如图所示,有一条沿顺时针方向匀速转动的传送带,其速度v=4 m/s,传送带与水平面的夹角θ=37°,现将质量m=1 kg的物块(物块可视作质点)轻放在其底端,与此同时,给物块一沿传送带方向向上的恒力F,F=8 N,经过一段时间,物块运动到了离地面高h=2.4 m的平台上.已知物块与传送带之间的动摩擦因数μ=0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8.求物块从传送带底端运动到平台上所用的时间.
相关课件
人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系5 牛顿运动定律的应用教课内容ppt课件： 这是一份人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系5 牛顿运动定律的应用教课内容ppt课件，共44页。PPT课件主要包含了分层作业，加速度，运动学，解题步骤，答案05，基本思路，A级必备知识基础练，多过程问题分析，B级关键能力提升练，C级学科素养培优练等内容，欢迎下载使用。
人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用作业课件ppt： 这是一份人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用作业课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了牛顿第二定律，运动学，加速度，核心能力·提升练等内容，欢迎下载使用。
高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用背景图课件ppt： 这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用背景图课件ppt，文件包含新人教版高中物理必修第一册第四章运动和力的关系5牛顿运动定律的应用课件ppt、新人教版高中物理必修第一册第四章运动和力的关系5牛顿运动定律的应用学案docx等2份课件配套教学资源，其中PPT共30页， 欢迎下载使用。
