2019-2020年高中物理3.5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用（第1課時(shí)）教學(xué)案教科版必修1.doc

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2019-2020年高中物理3.5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用（第1課時(shí)）教學(xué)案教科版必修1 [目標(biāo)定位]　1.明確動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題.2.掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的基本思路和方法． 用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決的幾類基本問題 1．已知物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況可求得物體的質(zhì)量. 2．根據(jù)物體的受力和初始運(yùn)動(dòng)情況，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以確切地知道物體以后的運(yùn)動(dòng)． 3．根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可推知物體的受力情況． →→→ 　想一想： 如圖351所示為某次真空實(shí)驗(yàn)中用頻閃照相機(jī)拍攝到的金屬球與羽毛在真空中下落時(shí)的照片，由照片可以看出，在真空中金屬球與羽毛的下落運(yùn)動(dòng)是同步的，即它們有相同的加速度． 圖351 問題：根據(jù)牛頓第二定律，物體的加速度與其質(zhì)量成反比，羽毛與金屬球具有不同質(zhì)量，為何它們的加速度相同呢？ 答案　牛頓第二定律中物體的加速度與其質(zhì)量成反比的前提是合力不變．本問題中真空中羽毛及金屬球都是只受重力作用，故根據(jù)牛頓第二定律a＝知，它們的加速度均為自由落體加速度g. 一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況 1．基本思路 首先對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力情況和運(yùn)動(dòng)情況分析，把題中所給的情況弄清楚，然后由牛頓第二定律，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行求解． 2．解題步驟 (1)確定研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，并畫出物體的受力圖． (2)根據(jù)力的合成與分解，求出物體所受的合力(包括大小和方向)． (3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體運(yùn)動(dòng)的加速度． (4)結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)的初始條件，選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，求出所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)量——任意時(shí)刻的位移和速度，以及運(yùn)動(dòng)軌跡等． 已知物體的受力情況求得a，求x、v0、v、t. 例1　樓梯口一傾斜的天花板與水平地面成θ＝37，一裝潢工人手持木桿綁著刷子粉刷天花板，如圖352所示，工人所持木桿對(duì)刷子的作用力始終保持豎直向上，大小為F＝10 N，刷子的質(zhì)量為m＝0.5 kg，刷子可視為質(zhì)點(diǎn)，刷子與板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ為0.5，天花板長(zhǎng)為L(zhǎng)＝4 m，取sin 37＝0.6，試求： 圖352 (1)刷子沿天花板向上的加速度； (2)工人把刷子從天花板底端推到頂端所用的時(shí)間 解析　(1)以刷子為研究對(duì)象，受力分析如圖，以平行和垂直斜面建立坐標(biāo)系．設(shè)向上推力為F，滑動(dòng)摩擦力為Ff，天花板對(duì)刷子的彈力為FN，由牛頓第二定律，得 (F－mg)sin 37－μ(F－mg)cos 37＝ma 代入數(shù)據(jù)，得a＝2 m/s2. (2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，得L＝at2.代入數(shù)據(jù)，得t＝2 s. 答案　(1)2 m/s2　(2)2 s 借題發(fā)揮　(1)正確的受力分析是解答本類題目的關(guān)鍵．(2)若物體受兩個(gè)力作用，用合成法求加速度往往要簡(jiǎn)便一些；若物體受三個(gè)或三個(gè)以上的力作用時(shí)，要正確應(yīng)用正交分解法求加速度． 針對(duì)訓(xùn)練　一個(gè)靜止在水平面上的物體，質(zhì)量為2 kg，受水平拉力F＝6 N的作用從靜止開始運(yùn)動(dòng)，已知物體與平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，求物體2 s末的速度及2 s內(nèi)的位移．(g取10 m/s2) 解析　物體豎直方向受到的重力與支持力平衡，合力為零，水平方向受到拉力F和滑動(dòng)摩擦力，則根據(jù)牛頓第二定律得F－f＝ma，又f＝μmg 聯(lián)立解得，a＝1 m/s2. 所以物體2 s末的速度為 v＝at＝12 m＝2 m 2 s內(nèi)的位移為x＝at2＝2 m. 答案　2 m/s　2 m 二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力 1．基本思路 首先從物體的運(yùn)動(dòng)情況入手，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求得物體的加速度a，再在分析物體受力的基礎(chǔ)上，靈活利用牛頓第二定律求出相應(yīng)的力． 2．解題步驟 (1)確定研究對(duì)象；對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，畫出力的示意圖． (2)選取合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，求得加速度a. (3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求得合力． (4)根據(jù)力的合成與分解的方法，由合力求出所需的力 已知物體運(yùn)動(dòng)情況a物體受力情況． 例2　我國(guó)《侵權(quán)責(zé)任法》第87條“高空墜物連坐”條款規(guī)定：建筑物中拋擲物品或者從建筑物上墜落的物品造成他人損害，難以確定具體侵權(quán)人的，除能夠證明自己不是侵權(quán)人外，由可能加害的建筑物使用人給予補(bǔ)償．近日，綿陽一小伙就借助該條款贏得了應(yīng)有的賠償．如圖353所示，假設(shè)質(zhì)量為5.0 kg的物體，從離地面36 m高處，由靜止開始加速下落，下落過程中阻力恒定，經(jīng)3 s落地．試求： 圖353 (1)物體下落的加速度的大?。? (2)下落過程中物體所受阻力的大?。?g取10 m/s2) 解析　(1)物體下落過程中做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)， 根據(jù)公式h＝at2可得：a＝＝8 m/s2. (2)根據(jù)牛頓第二定律可得mg－f＝ma， 故f＝mg－ma＝10 N. 答案　(1)8 m/s2　(2)10 N 針對(duì)訓(xùn)練　如圖354所示，水平恒力F＝20 N，把質(zhì)量m＝0.6 kg的木塊壓在豎直墻上，木塊離地面的高度H＝6 m．木塊從靜止開始向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過2 s到達(dá)地面．求： 圖354 (1)木塊下滑的加速度a的大??； (2)木塊與墻壁之間的動(dòng)摩擦因數(shù)．(g取10 m/s2)． 解析　(1)木塊從靜止開始向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過2 s到達(dá)地面，由位移時(shí)間公式得，H＝at2 解得a＝＝3 m/s2. (2)木塊下滑過程受力分析如圖： 豎直方向，由牛頓第二定律有： G－f＝ma 水平方向：由平衡條件有：F＝N f＝μN(yùn) 聯(lián)立解得μ＝＝0.21. 答案　(1)3 m/s2　(2)0.21 三、多過程問題分析 1．當(dāng)題目給出的物理過程較復(fù)雜，由多個(gè)過程組成時(shí)，要明確整個(gè)過程由幾個(gè)子過程組成，將過程合理分段，找到相鄰過程的聯(lián)系點(diǎn)并逐一分析每個(gè)過程．聯(lián)系點(diǎn)：前一過程的末速度是后一過程的初速度，另外還有位移關(guān)系等． 2．注意：由于不同過程中力發(fā)生了變化，所以加速度也會(huì)發(fā)生變化，所以對(duì)每一過程都要分別進(jìn)行受力分析，分別求加速度． 例3　(xx四川資陽期末)如圖355所示，在傾角θ＝37足夠長(zhǎng)的斜面底端有一質(zhì)量m＝1 kg的物體，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5.現(xiàn)用大小為F＝22.5 N、方向沿斜面向上的拉力將物體由靜止拉動(dòng)，經(jīng)時(shí)間t0＝0.8 s撤去拉力F，已知sin 37＝0.6，cos 37＝0.8，取g＝10 m/s2，求： 圖355 (1)t0＝0.8 s時(shí)物體速度v的大?。? (2)撤去拉力F以后物體在斜面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t. 解析　(1)在拉力作用下物體沿斜面向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，作出物體受力分析如圖所示． 根據(jù)受力情況和牛頓運(yùn)動(dòng)定律有： F－mgsin θ－f＝ma f＝μN(yùn)＝μmgcos θ，v＝at0 聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得：v＝10 m/s. (2)撤去拉力后物體先向上做勻減速運(yùn)動(dòng)至速度為0后向下做勻加速運(yùn)動(dòng)至斜面底端．設(shè)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2，拉力作用下物體發(fā)生的位移為x0，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律有： x0＝vt0 向上運(yùn)動(dòng)時(shí)：－mgsin θ－μmgcos θ＝ma1 0－v＝a1t1 x1＝vt1 向下運(yùn)動(dòng)時(shí)：mgsin θ－μmgcos θ＝ma2 x0＋x1＝a2t，t＝t1＋t2 聯(lián)解并代入數(shù)據(jù)得：t＝4 s. 答案　(1)10 m/s　(2)4 s 針對(duì)訓(xùn)練　質(zhì)量為m＝2 kg的物體靜止在水平面上，物體與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5，現(xiàn)在對(duì)物體施加如圖356所示的力F，F(xiàn)＝10 N，θ＝37(sin 37＝0.6)，經(jīng)t1＝10 s后撤去力F，再經(jīng)一段時(shí)間，物體又靜止，(g取10 m/s2)則： 圖356 (1)說明物體在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)歷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； (2)物體運(yùn)動(dòng)過程中最大速度是多少？ (3)物體運(yùn)動(dòng)的總位移是多少？ 解析　(1)當(dāng)力F作用時(shí)，物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，撤去F時(shí)物體的速度達(dá)到最大值，撤去F后物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)． (2)撤去F前對(duì)物體受力分析如圖甲，有：Fsin θ＋FN1＝mg Fcos θ－Ff＝ma1 Ff＝μFN1 x1＝a1t v＝a1t1，聯(lián)立各式并代入數(shù)據(jù)解得x1＝25 m，v＝5 m/s. (3)撤去F后對(duì)物體受力分析如圖乙， 有：Ff′＝μmg＝ma2 2a2x2＝v2，代入數(shù)據(jù)得x2＝2.5 m 物體運(yùn)動(dòng)的總位移：x＝x1＋x2 得x＝27.5 m. 答案　(1)見解析　(2)5 m/s　(3)27.5 m 從受力確定運(yùn)動(dòng)情況 1．如圖357所示，某高速列車最大運(yùn)行速度可達(dá)270 km/h, 機(jī)車持續(xù)牽引力為1.57105N.設(shè)列車總質(zhì)量為100 t，列車所受阻力為所受重力的0.1倍，如果列車在該持續(xù)牽引力牽引下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，那么列車從開始啟動(dòng)到達(dá)到最大運(yùn)行速度共需要多長(zhǎng)時(shí)間？(g取10 m/s2) 圖357 解析　已知列車總質(zhì)量m＝100 t＝1.0105 kg，列車最大運(yùn)行速度v＝270 km/h＝75 m/s，持續(xù)牽引力F＝1.57105 N，列車所受阻力Ff＝0.1mg＝1.0105 N. 由牛頓第二定律得F－Ff＝ma， 所以列車的加速度a＝＝ m/s2＝0.57 m/s2.又由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v＝v0＋at，可得列車從開始啟動(dòng)到達(dá)到最大運(yùn)行速度需要的時(shí)間為t＝＝ s≈131.58 s. 答案　131.58 s 從運(yùn)動(dòng)情況確定受力 2．“殲十”戰(zhàn)機(jī)裝備我軍后，在各項(xiàng)軍事演習(xí)中表現(xiàn)優(yōu)異，引起了世界的廣泛關(guān)注．如圖358所示，一架質(zhì)量m＝5.0103 kg的“殲十”戰(zhàn)機(jī)，從靜止開始在機(jī)場(chǎng)的跑道上滑行，經(jīng)過距離x＝5.0102 m，達(dá)到起飛速度v＝60 m/s.在這個(gè)過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重量的0.02倍．求飛機(jī)滑行時(shí)受到的牽引力多大？(g取10 m/s2) 圖358 解析　滑行過程，飛機(jī)受重力G，支持力FN，牽引力F，阻力Ff四個(gè)力作用，在水平方向上，由牛頓第二定律得： F－Ff＝ma① Ff＝0.02mg② 飛機(jī)勻加速滑行v2－0＝2ax③ 由③式得a＝3.6 m/s2，代入①②式得F＝1.9104 N. 答案　1.9104 N 多過程問題分析 3．靜止在水平面上的物體的質(zhì)量為2 kg，在水平恒力F推動(dòng)下開始運(yùn)動(dòng)，4 s末它的速度達(dá)到4 m/s，此時(shí)將力撤去，又經(jīng)6 s物體停下來，若物體與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)不變，求F的大?。? 解析　前4 s物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得其加速度a1＝＝ m/s2＝1 m/s2 ① 物體在水平方向受恒力F和摩擦力Ff，由牛頓第二定律得：F－Ff＝ma1 ② 后6 s內(nèi)物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，其加速度為a2＝＝ m/s2＝－ m/s2 ③ 且由牛頓第二定律知：－Ff＝ma2 ④ 由①②③④聯(lián)立得：F＝ma1＋Ff＝m(a1－a2)＝2(1＋)N＝ N. 答案　 N 4．物體以12 m/s的初速度從斜面底端沖上傾角為37的斜坡，已知物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25(g取10 m/s2，sin 37＝0.6，cos 37＝0.8)．求： (1)物體沿斜面上滑的最大位移； (2)物體再滑到斜面底端時(shí)的速度大?。? 解析　(1)物體上滑時(shí)受力分析如圖甲所示， 垂直斜面方向： FN＝mgcos 37 平行斜面方向： F＋mgsin 37＝ma1 又F＝μFN 由以上各式解得物體上滑時(shí)的加速度大?。篴1＝gsin 37＋μgcos 37＝8 m/s2 物體沿斜面上滑時(shí)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，速度為0時(shí)在斜面上有最大的位移 故上滑的最大位移 x＝＝ m＝9 m. (2)物體下滑時(shí)受力如圖乙所示垂直斜面方向：FN＝mgcos 37，平行斜面方向：mgsin 37－F＝ma2.又F＝μFN 由以上各式解得物體下滑時(shí)的加速度大小： a2＝gsin 37－μgcos 37＝4 m/s2 由v2＝2a2x解得物體再滑到斜面底端時(shí)的速度大?。? v＝6 m/s. 答案　(1)9 m　(2)6 m/s