新学年高中物理第四章牛顿运动定律课件.ppt

*,*,第四章,牛顿运动定律,学案,9,章末总结,专题整合,自我检测,网络构建,网络构建,牛顿运动定律,牛顿第一定律,内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状,态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态,理,解,力是改变物体,的原因,一切物体在任何情况下都具有惯性，,是惯,性大小的惟一量度,运动状态,质量,牛顿,第二,定律,内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成,，,跟它的质量成,，加速度的方向跟,相同,表达式：,F,ma,理解,性：,a,的方向与,F,的方向一致,性：,a,随,F,的变化而变化,独立性：每个力都能使物体产生一个加速度,正比,反比,作用力的方向,矢量,瞬时,力学单位制：基本量与基本单位、导出单位、单位制,的应用,牛顿,第三,定律,内容：,物体之间的作用力与反作用力总是大小,相等，方向相反，作用在同一条直线上,理解,同时产生，同时变化，同时消失,同种,分别作用在,相互作用的物体上,作用力、反作用力和一对平衡力的区别,两个,性质,两个,牛顿运动定律的应用,两类基本问题,已知运动情况求受力情况,已知受力情况求运动情况,超重与失重,失重：加速度,a,，,F,N,G,完全失重：,a,_,，,F,N,0,向下,向上,g,共点力作用下物体的平衡,平衡状态：静止或,平衡条件：,求解方法,三角形法,直角三角形法,相似三角形法,匀速直线运动,F,合,0,正交分解法,一、动力学的两类基本问题,专题整合,1.,掌握解决动力学两类基本问题的思路方法,其中受力分析和运动过程分析是基础，牛顿第二定律和运动学公式是工具，加速度是连接力和运动的桥梁,.,2.,求合力的方法,(1),合成法,若物体在两个共点力的作用下产生加速度，可用平行四边形定则求,F,合,，然后求加速度,.,(2),正交分解法：物体受到三个或三个以上的不在同一条直线上的力作用时，常用正交分解法,.,一般把力沿加速度方向和垂直于加速度方向进行分解,.,例,1,如图,1,所示，楼梯口一倾斜的天花板与,水平地面成,37,角，一装潢工人手持木杆,绑着刷子粉刷天花板，工人所持木杆对刷子,的作用力始终保持竖直向上，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,，天花板长为,L,4 m,，,g,取,10 m/s,2,，,sin 37,，,cos 37,，试求：,图,1,(1),刷子沿天花板向上的加速度；,解析,以刷子为研究对象，受力分析如图,设滑动摩擦力为,F,f,，天花板对刷子的弹力为,F,N,，由牛顿第二定律得,(,F,mg,)sin 37,(,F,mg,)cos 37,ma,代入数据，得,a,2 m/s,2,.,答案,2 m/s,2,(2),工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间,.,代入数据，得,t,2 s.,答案,2 s,(1)对Ft图象要结合物体受到的力，根据牛顿第二定律分别求出各段的加速度，分析每一时间段的运动性质.,(传送带问题)如图8所示，水平传送带以2 m/s的速度运动，传送带长AB20 m，今在其左端将一工件轻轻放在上面，工件被带动传送到右端，已知工件与传送带间的动摩擦因数，试求：(g10 m/s2),解析设竖直墙壁和水平地面对A、B的作用力分别为F1、F2,取A、B组成的整体为研究对象，受力分析如图甲所示.,(图象在动力学中的应用)如图7甲所示为一风力实验示意图.,0 s时物体的速度大小v1a1t8.,四、共点力作用下的平衡问题的常用方法,传送带传递货物时，一般情况下，由摩擦力提供动力，而摩擦力的性质、大小、方向和运动状态密切相关.,由牛顿第二定律得Fmgma1,对物体受力分析，如图甲所示，沿平行于斜面的方向上有Fm1gsin 30Ff，解得Ff5 N，方向沿斜面向下.,解析加速阶段的加速度大小,若物体在两个共点力的作用下产生加速度，可用平行四边形定则求F合，然后求加速度.,二、图象在动力学中的应用,0 s时物体的速度大小v1a1t8.,(动力学的两类基本问题)如图6所示，在倾角,5 kg，B.,二、图象在动力学中的应用,一般把力沿加速度方向和垂直于加速度方向进行分解.,掌握解决动力学两类基本问题的思路方法,二、图象在动力学中的应用,1.,常见的图象形式,在动力学和运动学问题中，常见、常用的图象是位移图象,(,x,t,图象,),、速度图象,(,v,t,图象,),和力的图象,(,F,t,图象、,F,a,图象,),等，这些图象反映的是物体的运动规律、受力规律，而绝非代表物体的运动轨迹,.,2.,图象问题的分析方法,(1),对,F,t,图象要结合物体受到的力，根据牛顿第二定律分别求出各段的加速度，分析每一时间段的运动性质,.,(2),对,a,t,图象，要注意加速度的正、负，分析每一段的运动情况，然后结合物体的受力情况根据牛顿第二定律列方程,.,(3),对,F,a,图象，首先要根据具体的物理情景，对物体进行受力分析，然后根据牛顿第二定律推导出,a,F,间的函数关系式，由函数关系式明确图象的斜率、截距的意义，从而求出未知量,.,例,2,如图,2,甲所示，固定光滑细杆与地面成一定夹角为,，在杆上套有一个光滑小环，小环在沿杆方向的推力,F,作用下向上运动，推力,F,与小环速度,v,随时间变化规律如图乙所示，取重力加速度,g,10 m/s,2,.,求：,图,2,(1),小环的质量,m,；,(2),细杆与地面间的夹角,.,根据牛顿第二定律可得：前,2 s,有,F,1,mg,sin,ma,2 s,后有,F,2,mg,sin,，代入数据可解得：,m,1 kg,，,30.,答案,(1)1 kg,(2)30,针对训练,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,的关系如图,3,甲所示，物块速度,v,与时间,t,的关系如图乙所示,.,取重力加速度,g,10 m/s,2,.,由这两个图象可以求得物块的质量,m,和物块与地面之间的动摩擦因数,分别为,(,),甲乙,图,3,A.0.5 kg,，,B.1.5 kg,，,C.0.5 kg,，,0.2 D.1 kg,，,解析,由,F,t,图象和,v,t,图象可得，物块在,2 s,到,4 s,内所受外力,F,3 N,，物块做匀加速运动，,a,m,/s,2,2 m/,s,2,，,F,F,f,ma,，,F,f,mg,，即,3,10,m,2,m,物块在,4 s,到,6 s,所受外力,F,2 N,，物块做匀速直线运动，,则,F,F,f,，,F,mg,，即,10,m,2,由,解得,m,0.5 kg,，,，故,A,选项正确,.,答案,A,三、传送带问题,传送带传递货物时，一般情况下，由摩擦力提供动力，而摩擦力的性质、大小、方向和运动状态密切相关,.,分析传送带问题时，要结合相对运动情况，分析货物受到传送带的摩擦力方向，进而分析货物的运动规律是解题的关键,.,注意,因传送带由电动机带动，一般货物对传送带的摩擦力不影响传送带的运动状态,.,例,3,某飞机场利用如图,4,所示的传送带将地面上的货物运送到飞机上，传送带与地面的夹角,30,，传送带两端,A,、,B,的距离,L,10 m,，传送带以,v,5 m/s,的恒定速度匀速向上运动,.,在传送带底端,A,轻放上一质量,m,5 kg,的货物，货物与传送带间的动摩擦因数,.,求货物从,A,端运送到,B,端所需的时间,.(,g,取,10 m/s,2,),图,4,解析,以货物为研究对象，由牛顿第二定律得,mg,cos 30,mg,sin 30,ma,解得,a,2.5 m/s,2,然后货物做匀速运动，运动位移,x,2,L,x,1,5 m,货物从,A,到,B,所需的时间,t,t,1,t,2,3 s,答案,3 s,四、共点力作用下的平衡问题的常用方法,1.,矢量三角形法,(,合成法,),物体受三个力作用而平衡时，其中任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反，且这三个力首尾相接构成封闭三角形，可以通过解三角形来求解相应力的大小和方向,.,常用的有直角三角形、动态三角形和相似三角形,.,FyF1yF2yFny0(即y方向合力为零).,失重：加速度a ，FNG,(动力学的两类基本问题)如图6所示，在倾角,跟它的质量成 ，加速度的方向跟,(3)工件由传送带左端运动到右端的时间.,分别作用在 相互作用的物体上,(传送带问题)如图8所示，水平传送带以2 m/s的速度运动，传送带长AB20 m，今在其左端将一工件轻轻放在上面，工件被带动传送到右端，已知工件与传送带间的动摩擦因数，试求：(g10 m/s2),内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成 ，,分别作用在 相互作用的物体上,在正交分解法中，平衡条件F合0可写成：FxF1xF2xFnx0(即x方向合力为零)；,25,现用轻细绳拉物体由静止沿斜面向上运动.,个整体来研究，其受力如图乙所示.,四、共点力作用下的平衡问题的常用方法,工件做匀速运动的时间为：,(1)对Ft图象要结合物体受到的力，根据牛顿第二定律分别求出各段的加速度，分析每一时间段的运动性质.,2.,正交分解法,在正交分解法中，平衡条件,F,合,0,可写成：,F,x,F,1,x,F,2,x,F,nx,0(,即,x,方向合力为零,),；,F,y,F,1,y,F,2,y,F,ny,0(,即,y,方向合力为零,).,3.,整体法和隔离法：在选取研究对象时，为了弄清楚系统,(,连接体,),内某个物体的受力情况，可采用隔离法；若只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的受力时，可采用整体法,.,例,4,如图,5,所示，质量,m,1,5 kg,的物体，置于一粗糙的斜面体上，斜面倾角为,30,，用一平行于斜面的大小为,30 N,的力,F,推物体，物体沿斜面向上匀速运动,.,斜面体质量,m,2,10 kg,，且始终静止，,g,取,10 m/s,2,，求：,图,5,(1),斜面体对物体的摩擦力；,解析,要求系统内部的作用力，所以用隔离法,.,对物体受力分析，如图甲所示，沿平行于斜面的方向上有,F,m,1,g,sin 30,F,f,，解得,F,f,5 N,，方向沿斜面向下,.,答案,5 N,，方向沿斜面向下,(2),地面对斜面体的摩擦力和支持力,.,解析,要求系统受的外力，用整体法,.,因两个物体,均处于平衡状态，故可以将物体与斜面体看做一,个整体来研究，其受力如图乙所示,.,在水平方向上,有,F,f,地,F,cos 30,15 N,，方向水平向左；,在竖直方向上有,F,N,地,(,m,1,m,2,),g,F,sin 30,135 N,，方向竖直向上,.,自我检测,1,2,3,4,自我检测,1.(,动力学的两类基本问题,),如图,6,所示，在倾角,37,的足够长的固定的斜面底端有一质量,m,1.0 kg,的物体,.,物体与斜面间的动摩擦因数,0.25,现用轻细绳拉物体由静止沿斜面向上运动,.,拉力,F,10 N,，方向平行斜面向上,.,经时间,t,4.0 s,绳子突然断了，求：,图,6,1,2,3,4,(1),绳断时物体的速度大小；,解析,物体向上运动过程中，受拉力,F,、斜面,支持力,F,N,、重力,mg,和摩擦力,F,f,，如图所示，,设物体向上运动的加速度为,a,1,，根据牛顿第二定律有：,F,mg,sin,F,f,ma,1,又,F,f,F,N,，,F,N,mg,cos,1,2,3,4,解得：,a,1,2.0 m/s,2,t,4.0 s,时物体的速度大小,v,1,a,1,t,8.0 m/s,答案,8.0 m/s,1,2,3,4,(2),从绳子断开始到物体再返回到斜面底端的运动时间,.(,已知,sin 37,，,cos 37,，取,g,10 m/s,2,),解析,绳断时物体距斜面底端的位移为,x,1,a,1,t,2,16 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,2,，受力如图所示，则根据牛顿第二定律有：,1,2,3,4,mg,sin,F,f,ma,2,解得,a,2,8.0 m/s,2,物体匀减速运动的时间,1,2,3,4,此后物体沿斜面匀加速下滑，设物体下滑的,加速度为,a,3,，受力如图所示,.,根据牛顿第二定,律可得,mg,sin,F,f,ma,3,，得,a,3,4.0 m/s,2,答案,4.2 s,1,2,3,4,2.(,图象在动力学中的应用,),如图,7,甲所示为一风力实验示意图,.,开始时，质量为,m,1 kg,的小球穿在固定的足够长的水平细杆上，并静止于,O,点,.,现用沿杆向右的恒定风力,F,作用于小球上，经时间,t,1,0.4 s,后撤去风力,.,小球沿细杆运动的,v,t,图象如图乙所示,(,g,取,10 m/s,2,),，试求：,图,7,1,2,3,4,(1),小球沿细杆滑行的距离；,答案,1.2 m,1,2,3,4,(2),小球与细杆之间的动摩擦因数；,解析,减速阶段的加速度大小,由牛顿第二定律得,mg,ma,2,即动摩擦因数,答案,1,2,3,4,(3),风力,F,的大小,.,解析,加速阶段的加速度大小,由牛顿第二定律得,F,mg,ma,1,解得,F,7.5 N,答案,7.5 N,1,2,3,4,3.(,传送带问题,),如图,8,所示，水平传送带以,2 m/s,的速度运动，传送带长,AB,20 m,，今在其左端将一工件轻轻放在上面，工件被带动传送到右端，已知工件与传送带间的动摩擦因数,，试求：,(,g,10 m/s,2,),图,8,1,2,3,4,(1),工件开始时的加速度,a,；,解析,工件被放在传送带上时初速度为零，相对于传送带向左运动，受滑动摩擦力向右，大小为,F,f,mg,，工件加速度,a,g,10 m,/s,2,1 m/,s,2,，方向水平向右,答案,1 m/s,2,，方向水平向右,1,2,3,4,(2),工件加速到,2 m/s,时，工件运动的位移；,解析,工件加速到,2 m/s,所需时间,在,t,0,时间内运动的位移,答案,2 m,1,2,3,4,(3),工件由传送带左端运动到右端的时间,.,解析,由于,x,0,20 m,，故工件达到与传送带同样的速度后与传送带相对静止，一起运动至,B,端,.,工件做匀速运动的时间为：,所以工件由传送带左端运动到右端的时间为：,t,t,0,t,1,11 s,答案,11 s,1,2,3,4,4.(,共点力的平衡问题,),如图,9,所示，球,A,重,G,1,60 N,，斜面体,B,重,G,2,100 N,，斜面倾角,30,，一切摩擦均不计，则水平力,F,为多大时，才能使,A,、,B,均处于静止状态？此时竖直墙壁和水平地面受到的弹力为多大？,图,9,1,2,3,4,解析,设竖直墙壁和水平地面对,A,、,B,的作用力分别为,F,1,、,F,2,取,A,、,B,组成的整体为研究对象，受力分析如图甲所示,.,由受力平衡得,F,2,G,1,G,2,160 N,F,1,F,1,2,3,4,取,A,为研究对象，受力分析如图乙所示,.,由受力,平衡得,