2018-2019沪科版物理必修一配套课件：5.4牛顿运动定律的案例分析

课 题: 第五章 研究力和运动的关系§5.4 牛顿运动定律的事例剖析物理必修一沪科版 5.4 牛顿运动定律事例剖析导教案物体与平面间的动摩擦因数0.2 ，求物体 2 s 末的速度及 2 s 内的位移。

（ g 取 10 m/s 2 ）设计人审查人 : 高一物理备课组 日期 :【学习目标】1．进一步学习对物体的受力状况及运动状况进行剖析的方法。

2．掌握应用牛顿运动定律和运动学公式解答相关问题的基本思路和方法。

【要点难点】知道动力学的两大问题的解题方法，并会简单的应用.预习案1、 运动学基本公式有哪些？2、 牛顿第二定律的公式3、牛顿第二定律确立了 _______的关系，使我们能够把物体的 _______状况和 ______状况联系起来。

4．假如已知物体的受力状况， 能够由牛顿第二定律求出物体的___________，再经过 __________ 就能够确立物体的运动状况。

5．假如已知物体的运动状况，依据运动学公式求出物体的加快度，于是就能够由牛顿第二定律 确立物体所受的 ___________。

研究案研究点一：已知物体的受力状况，确立物体的运动状况对物体进行受力剖析 → 求出协力 → 求出加快度 →求出 t 、 v 、 S7、一辆小车在水平路面上行驶，车厢内悬挂的小球细线与竖直方向的夹角为 θ ，求小车的加快度。

θ研究点二： 已知物体的运动状况确立物体的受力状况依据物体运动状况→求出加快度→求出协力→受力剖析→确立各个分力的大小↑↑↑运用运动学公式依据牛顿第二定律利用分解合成法↑① S vt② Svt③ v tv oat④ vv ov t2⑤ S v o t1at 2 ⑥ v t 2 v o 22a S28、质量为 m 的物体放在倾角为 θ 的斜面上，物体与斜面间动摩擦因数为 μ 。

用一个水平力 F ，使物体沿斜面向上以加快度a 做匀加快直线运动，则力F 的大小为多大？↑↑↑利用分解合成法利用牛顿第二定律利用运动学公式v↑↑FF合① Svt② S vtv ov tF 合 =ma a③ v tv o at④ vm29、一位滑雪者假如以0 20m / s 的初速度沿直线冲上一倾角为 30°6、一个静止在水平面上的物体，质量为2 kg ，受水平拉力 F=6 N 的作用从静止开始运动，已知⑤ S v o t1 at2 2 22aS2⑥ v tv o1 / 2物理必修一沪科版 5.4 牛运定律事例剖析教案的山坡，从冲坡开始，至 3.8 s 末，雪橇速度零。

5.4牛顿运动定律的案例分析[知识梳理]一、牛顿第二定律的适用范围1．牛顿第二定律只适用于惯性(惯性、非惯性)参考系，即相对地面静止或匀速直线运动的参考系．2．牛顿第二定律只适用于宏观(宏观、微观)物体、低速(高速、低速，与光速相比)运动的情况．二、牛顿第二定律的应用1．已知受力情况确定运动情况根据物体的受力情况求出物体受到的合外力，然后应用牛顿第二定律F＝ma 求出物体的加速度，再根据初始条件由运动学公式就可以求出物体的运动情况——物体的速度、位移或运动时间．2．已知运动情况确定受力情况根据物体的运动情况，应用运动学公式求出物体的加速度，然后再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力，进而求出某些未知力．[基础自测]1．思考判断(1)相对于地球静止或做匀速直线运动的参考系才是惯性参考系．(√)(2)很大的物体如星球，才叫宏观物体．(×)【提示】宏观物体是比原子、分子大得多的物体．(3)低速就是速度很小时才适用于牛顿运动定律．(×)【提示】低速是指远小于光速的速度．(4)根据物体加速度的方向可以判断物体所受合外力的方向．(√)(5)根据物体加速度的方向可以判断物体受到的每个力的方向．(×)【提示】根据物体加速度的方向只能判断合外力的方向．(6)加速度是联系运动和力的桥梁．(√)(7)物体运动状态的变化情况是由它的受力决定的．(√)(8)物体运动状态的变化情况是由它对其他物体的施力情况决定的．(×)【提示】物体运动状态的变化情况由物体受力情况决定．(9)物体运动状态的变化情况决定了它的受力情况．(×)【提示】物体运动状态的变化情况是由受力情况决定的．2．静止在光滑水平地面上的物体的质量为2 kg，在水平恒力F推动下开始运动，4 s末它的速度达到4 m/s，则F的大小为()【导学号：79092121】A．2 N B．1 NC．4 N D．8 NA[在水平恒力F推动下物体做匀加速直线运动的加速度为a＝v－0t＝44m/s2＝1 m/s2.由牛顿第二定律得F＝ma＝2×1 N＝2 N．]3．如图5-4-1所示，底板光滑的小车上用两个量程为20 N，完全相同的弹簧测力计甲和乙系住一个质量为1 kg的物块．在水平地面上，当小车做匀速直线运动时，两弹簧测力计的示数均为10 N，当小车做匀加速直线运动时，弹簧测力计甲的示数变为8 N，这时小车运动的加速度大小是()图5-4-1A．2 m/s2B．4 m/s2C．6 m/s2D．8 m/s2B[当弹簧测力计甲的示数变为8 N时，弹簧测力计乙的示数变为12 N，这时物块所受的合力为4 N．由牛顿第二定律F＝ma得物块的加速度a＝Fm＝4m/s2，故选项B正确．][合作探究·攻重难]2．解题步骤(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力图．(2)根据力的合成与分解，求出物体所受的合外力(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)结合物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需求的运动学量——任意时刻的位移和速度，以及运动轨迹等．楼梯口一倾斜的天花板与水平地面成θ＝37°角，一装潢工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板，如图5-4-2所示．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μ为0.5，天花板长为L＝4 m，取sin 37°＝0.6，(g 取10 m/s2)试求：图5-4-2(1)刷子沿天花板向上的加速度．(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，以平行和垂直斜面建立坐标系．设向上推力为F，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°－μ(F－mg)cos 37°＝ma，代入数据，得a＝2 m/s2.(2)由运动学公式得L＝12at2代入数据，得t＝2 s.[答案](1)2 m/s2(2)2 s合成法与正交分解法(1)当物体受两个力的时候，可用合成法分析它们的合力．(2)当物体受到两个以上的力产生加速度时，通常用正交分解法处理．一般将力正交分解为沿加速度方向和垂直加速度方向的分量，沿加速度方向F x＝ma，垂直于加速度方向F y＝0.[针对训练]1．一个物体在水平恒力F的作用下，由静止开始在一个粗糙的水平面上运动，经过时间t，速度变为v，如果要使物体的速度变为2v，下列方法正确的是()A．将水平恒力增加到2F，其他条件不变B．将物体质量减小一半，其他条件不变C．物体质量不变，水平恒力和作用时间都增为原来的两倍D．将时间增加到原来的2倍，其他条件不变D[由牛顿第二定律得F－μmg＝ma，所以a＝Fm－μg，对比A、B、C三项，均不能满足要求，故选项A、B、C均错，由v＝at可得选项D对．] 2．如图5-4-3所示，质量为40 kg的雪橇(包括人)在与水平方向成37°角、大小为200 N的拉力F作用下，沿水平面由静止开始运动，经过2 s撤去拉力F，雪橇与地面间动摩擦因数为0.20.g取10 m/s2，cos 37°＝0.8，sin 37°＝0.6.求：图5-4-3(1)刚撤去拉力时雪橇的速度v的大小．(2)撤去拉力后雪橇能继续滑行的距离s.[解析](1)对雪橇：竖直方向：N1＋F sin 37°＝mg，且f1＝μN1由牛顿第二定律：F cos 37°－f1＝ma1由运动学公式：v＝a1t1解得：v＝5.2 m/s.(2)撤去拉力后，雪橇的加速度a2＝μg根据－v2＝－2a2s，解得：s＝6.76 m.[答案](1)5.2 m/s(2)6.76 m本类型问题是解决第一类问题的逆过程，其思路如下：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，求物体所受的合外力．(4)根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力．如图5-4-4所示的机车，质量为100 t，设它从停车场出发经225 m后速度达到54 km/h，此时，司机关闭发动机，让机车进站．机车又行驶了125 m 才停在站上，设机车所受的阻力保持不变，关闭发动机前机车所受的牵引力不变，求机车关闭发动机前所受的牵引力．图5-4-4[解析]设机车在加速阶段的加速度为a1，减速阶段的加速度为a2则：v2＝2a1x1，v2＝2a2x2，解得：a1＝0.5 m/s2，a2＝0.9 m/s2，由牛顿第二定律得F－F f＝ma1，F f＝ma2，解得：F＝1.4×105 N.[答案] 1.4×105 N从运动情况确定受力的注意事项(1)由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合外力的方向，不能将速度的方向和加速度的方向混淆．(2)题目中所求的力可能是合力，也可能是某一特定的力，均要先求出合力的大小、方向，再根据力的合成与分解求分力．[针对训练]3.质量为0.8 kg的物体在一水平面上运动，如图5-4-5 a、b分别表示物体不受拉力作用和受到水平拉力作用时的v-t图像，则拉力和摩擦力之比为()图5-4-5A．9∶8B．3∶2C．2∶1D．4∶3B[由v-t图像可知，图线a为仅受摩擦力的运动，加速度大小a1＝1.5 m/s2；图线b为受水平拉力和摩擦力的运动，加速度大小为a2＝0.75 m/s2；由牛顿第二定律列方程得ma1＝f，ma2＝F－f，解得F∶f＝3∶2，选项B正确．]4.如图5-4-6所示，截面为直角三角形的木块置于粗糙的水平地面上，其倾角θ＝30°.现木块上有一质量m＝1.0 kg的滑块从斜面下滑，测得滑块在0.40 s 内速度增加了1.4 m/s，且知滑块滑行过程中木块处于静止状态，重力加速度g 取10 m/s2，求：图5-4-6(1)滑块滑行过程中受到的摩擦力大小．(2)滑块滑行过程中木块受到地面的摩擦力大小及方向．[解析](1)由题意可知，滑块滑行的加速度a＝ΔvΔt＝1.40.40m/s2＝3.5 m/s2.对滑块受力分析，如图甲所示，根据牛顿第二定律得mg sin θ－f＝ma，解得f＝1.5 N.甲乙(2)根据(1)问中的滑块受力示意图可得N＝mg cos θ.对木块受力分析，如图乙所示，根据牛顿第三定律有N′＝N，根据水平方向上的平衡条件可得f地＋f cos θ＝N′sin θ，解得f地≈3.03 N，f地为正值，说明图中标出的方向符合实际，故摩擦力方向水平向左．[答案](1)1.5 N(2)3.03 N方向水平向左[当堂达标·固双基]1．质量为1 kg的质点，受水平恒力作用，由静止开始做匀加速直线运动，它在t秒内的位移为s m，则合力F的大小为()【导学号：79092122】A.2st2 B.2s2t－1C.2s2t＋1D.2st－1A[由运动情况可求得质点的加速度a＝2st2m/s2，则合力F＝ma＝2st2N，故A项对．]2．(多选)如图5-4-7所示，质量为2 kg的物体在水平恒力F的作用下在地面上做匀变速直线运动，位移随时间的变化关系为x＝t2＋t，物体与地面间的动摩擦因数为0.4，g取10 m/s2，以下结论正确的是()图5-4-7A ．匀变速直线运动的初速度为1 m/sB ．物体的位移为12 m 时速度为7 m/sC ．水平恒力F 的大小为4 ND ．水平恒力F 的大小为12 NABD [根据x ＝v 0t ＋12at 2和x ＝t 2＋t ，知v 0＝1 m/s ，a ＝2 m/s 2，故A 正确；根据v 2－v 20＝2ax 得，v ＝v 20＋2ax ＝1＋2×2×12 m/s ＝7 m/s ，故B 正确；根据牛顿第二定律得，F －μmg ＝ma ，解得F ＝ma ＋μmg ＝12 N ，故C 错误，D 正确．]3．在交通事故的分析中，刹车线的长度是很重要的依据，刹车线是汽车刹车后，停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹．在某次交通事故中，汽车的刹车线长度是14 m ，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7，g 取10 m/s 2，则汽车刹车前的速度为 ( )A ．7 m/sB ．14 m/sC ．10 m/sD ．20 m/sB [设汽车刹车后滑动时的加速度大小为a ，由牛顿第二定律得：μmg ＝ma ，解得：a ＝μg .由匀变速直线运动速度—位移关系式v 20＝2as ，可得汽车刹车前的速度为：v 0＝2as ＝2μgs ＝2×0.7×10×14 m/s ＝14 m/s ，因此B 正确．]4．如图5-4-8所示，木楔ABC 静置于粗糙水平地面上，在木楔的倾角为30°的斜面上，有一质量m ＝1.0 kg 的物块由静止开始沿斜面下滑，当滑行路程x ＝1.4 m 时，其速度v ＝1.4 m/s ，在这过程中木楔没有动．g 取10 m/s2.求：图5-4-8(1)物块下滑的加速度大小．(2)木楔对物块的摩擦力和支持力．[解析] (1)由v 2－v 20＝2ax 得a ＝ 1.422×1.4m/s 2＝0.7 m/s 2.(2)以物块为研究对象，受到三个力．支持力F N＝mg cos 30°＝5 3 N在沿着斜面方向使用牛顿第二定律mg sin 30°－F f＝ma 所以F f＝4.3 N.[答案](1)0.7 m/s2(2)4.3 N5 3 N。