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4.5.牛頓運動定律的應用(19張PPT)課件 2024-2025學年高一物理人教版(2019)必修第一冊

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4.5.牛頓運動定律的應用(19張PPT)課件 2024-2025學年高一物理人教版(2019)必修第一冊

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(共19張PPT)
第四章 運動和力的關系
第5節(jié) 牛頓運動定律的應用
1、牛頓第一定律內(nèi)容:一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)和靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。
表達式: F=ma
方向: a與 F方向瞬時對應
牛頓第二定律內(nèi)容:物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的質(zhì)量成反比; 加速度的方向跟作用力的方向相同。
牛頓第三定律內(nèi)容:兩個物體之間的作用力與反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上。
復習回顧
2、運動學公式
不含x
不含v
不含t
不含a
2 - 2 = 2ax
復習回顧
玩滑梯是小孩子非常喜歡的活動,在歡樂的笑聲中,培養(yǎng)了他們勇敢的品質(zhì)。小孩沿著滑梯從頂端滑到底端的速度與哪些因素有關?
思考
1、能結(jié)合物體的運動情況進行受力分析。
2、知道動力學的兩類問題,理解加速度是解決兩類動力學問題的橋梁。 
3、掌握解決動力學問題的基本思路和方法,會用牛頓運動定律和運動學公式解決有關問題。
F合
運動學
公式
運動情況
(v,x,t ?)
a
受力情況決定運動情況
F = ma
Fy = may
Fx = max
如果已知物體的受力情況,可以由牛頓第二定律求出物體的加速度,再通過運動學的規(guī)律確定物體的運動情況。
從受力確定運動情況
1
【例題1】: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(guī)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(shù)以調(diào)節(jié)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(shù)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 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(shù)變?yōu)樵瓉淼?90%,冰壺多滑行了多少距離?
(1)選擇滑行的冰壺為研究對象。冰壺所受的合力等于滑動摩擦力 Ff (圖 4.5-3)。設冰壺的質(zhì)量為 m ,以冰壺運動方向為正方向建立一維坐標系,滑動摩擦力 Ff 的方向與運動方向相反,則
Ff = - 1FN = - 1mg
根據(jù)牛頓第二定律,冰壺的加速度為
加速度為負值,方向跟 x 軸正方向相反
將 v0 = 3.4 m/s,v = 0 代入 v2 - v02 = 2a1x1,得冰壺的滑行距離為
冰壺滑行了 28.9 m
(2)設冰壺滑行 10 m 后的速度為 v10,則對冰壺的前一段運動有
v102 = v02 + 2a1x10
冰壺后一段運動的加速度為
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=2a2 x2 ,v=0,得
第二次比第一次多滑行了
第二次比第一次多滑行2.1 m。
(10 + 21 - 28.9)m = 2.1 m
如果已知物體的運動情況,根據(jù)運動學公式求出物體的加速度,再根據(jù)牛頓第二定律就可以確定物體所受的力。
運動情況反映受力情況
F合
(未知力?)
運動學
公式
運動情況
(v,x,t )
a
從運動確定受力
2
【例題2】如圖,一位滑雪者,人與裝備的總質(zhì)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(nèi)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(jù)勻變速直線運動規(guī)律,有
其中 v0= 2 m/s,t=5s,x=60 m,則有
根據(jù)牛頓第二定律,有
y 方向
x方向
FN-mgcosθ = 0
mgsinθ-Ff =ma

FN = mgcosθ
Ff =m(g sin θ-a)
其中,m = 75 kg,θ = 30°,則有
Ff=75 N,F(xiàn)N=650 N
根據(jù)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。
一、 從受力確定運動情況
二、從運動情況確定受力
物體運動情況
運動學公 式
加速度 a
牛頓第二定律
物體受力情況
物體運動情況
運動學公 式
加速度a
牛頓第二定律
物體受力情況
動力學的兩類基本問題
加速度a是聯(lián)系力和運動的橋梁
牛頓第二定律公式(F=ma)和運動學公式(勻變速直線運動v=v0+at, x=v0t+at2/2, v2-v02=2ax等)中,均包含有一個共同的物理量——加速度a。
由物體的受力情況,用牛頓第二定律可求加速度,再由運動學公式便可確定物體的運動狀態(tài)及其變化;反過來,由物體的運動狀態(tài)及其變化,用運動學公式可求加速度,再由牛頓第二定律便可確定物體的受力情況。
可見,無論是哪種情況,加速度始終是聯(lián)系力和運動的橋梁。求加速度是解決有關力和運動問題的基本思路,正確的受力分析和運動過程分析則是解決問題的關鍵。
兩類問題的解題步驟
明確研究對象
受力分析和
運動過程分析
選取正方向
或建立坐標系
確定合力
列方程求解
根據(jù)問題需要和解題方便,選擇某個物體或幾個物體構成的系統(tǒng)為研究對象
畫好受力示意圖、情景示意圖,明確物體的運動性質(zhì)和運動過程
通常以加速度的方向為正方向或以加速度方向為某一坐標的正方向
若物體只受兩個力作用,通常用合成法;若受3個或3個以上的力,一般用正交分解法
根據(jù)牛頓第二定律

列方程求解,必要時對結(jié)果進行討論
1.假設汽車緊急制動后,受到的阻力與汽車所受重力的大小差不多。當汽車以20 m/s的速度行駛時,突然制動,它還能繼續(xù)滑行的距離約( )
A.40 m    B.20 m
C.10 m D.5 m
B
2. 質(zhì)量為 2 kg 的物體從高處下落,設空氣阻力恒定,其經(jīng)過某一位置時的速度是 5 m/s,再經(jīng) 2 s 測得的速度為 15 m/s,求空氣的阻力。( g = 10 m/s2 )
解析:物體的運動示意圖如圖所示
對物體受力分析,如圖
由牛頓第二定律 mg-F=ma
得 F=10 N
應用牛頓運動定律解題的基本思路

G=mg
F=μFN
F=kx
其他力
F合
a
運動規(guī)律
v0
v
x
t

運動
物理量
v = v0 + at
x = v0t + at2
v 2- v02 = 2ax
受力情況F1、F2…
運動情況v0、s…
F合
a
力的合成與分解
牛頓第二定律
運動學公式
受力情況決定運動情況
運動情況反映受力情況

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