牛顿定律的应用.ppt
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1、 利用牛顿第二定律处理连接体问题时常用的方法是整体法和隔离法。利用牛顿第二定律处理连接体问题时常用的方法是整体法和隔离法。(1)整体法:当系统中各物体的加速度相同时,我们可以把系统内的所有物体看成一整体法:当系统中各物体的加速度相同时,我们可以把系统内的所有物体看成一个整体,这个整体的质量等于各物体的质量之和,当整体受到的外力已知时,可用牛顿个整体,这个整体的质量等于各物体的质量之和,当整体受到的外力已知时,可用牛顿第二定律求出整体的加速度,这种处理问题的思维方法叫整体法。第二定律求出整体的加速度,这种处理问题的思维方法叫整体法。(2)隔离法:从研究的方便出发,当求系统内物体间相互作用时,常把
2、物体从系统中隔离法:从研究的方便出发,当求系统内物体间相互作用时,常把物体从系统中“隔离隔离”出来,进行分析,依据牛顿第二定律列方程,这种处理连接体问题的思维方法出来,进行分析,依据牛顿第二定律列方程,这种处理连接体问题的思维方法叫隔离法。叫隔离法。要点一要点一 连接体问题的求解连接体问题的求解名师支招:名师支招:(1)利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的桥梁作用,寻利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的桥梁作用,寻找加速度与未知量的关系,利用运动学规律、牛顿第二定律和力的运算法则列找加速度与未知量的关系,利用运动学规律、牛顿第二定律和力的运算法则列式求解。式求解。(
3、2)处理连接体问题时,整体法与隔离法往往交叉使用,一般的思路是先用处理连接体问题时,整体法与隔离法往往交叉使用,一般的思路是先用整体法求加速度,再用隔离法求物体间的作用力。整体法求加速度,再用隔离法求物体间的作用力。(3)利用牛顿第二定律可以处理匀变速直线运动问题,也可以定性分析非匀利用牛顿第二定律可以处理匀变速直线运动问题,也可以定性分析非匀变速直线运动的规律,它常和力学、电磁学等有关知识结合起来考查一些综合变速直线运动的规律,它常和力学、电磁学等有关知识结合起来考查一些综合问题。问题。11.20092009年高考安徽理综卷年高考安徽理综卷在在2008年北京残奥会开幕式上,年北京残奥会开幕式
4、上,运动员手拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬,体现了残运动员手拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬,体现了残 疾运动员坚韧不拔的意志和自强不息的精神。为了探求上疾运动员坚韧不拔的意志和自强不息的精神。为了探求上 升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用,可将过程简化。升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用,可将过程简化。一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮,一端挂一吊椅,一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的运动员拉住,如图另一端被坐在吊椅上的运动员拉住,如图3-2-1所示。设运所示。设运 动员的质量为动员的质量为65 kg,吊椅的质量为,吊椅的质量为15 kg,不计定滑轮与绳
5、,不计定滑轮与绳 子间的摩擦。重力加速度取子间的摩擦。重力加速度取g=10 m/s2。当运动员与吊椅一。当运动员与吊椅一 起正以加速度起正以加速度a=1 m/s2上升时,试求:上升时,试求:(1)运动员竖直向下拉绳的力;运动员竖直向下拉绳的力;(2)运动员对吊椅的压力。运动员对吊椅的压力。【答案】【答案】(1)440 N,方向竖直向下方向竖直向下 (2)275 N,方向竖直向下,方向竖直向下体验应用体验应用图图3-2-12 1.认真分析题意,明确已知条件和所求量。认真分析题意,明确已知条件和所求量。2.选取研究对象作隔离体。所选取的研究对象可以是一个物体,也选取研究对象作隔离体。所选取的研究对
6、象可以是一个物体,也可以是几个物体组成的系统。同一题目,根据题意和解题需要也可以先可以是几个物体组成的系统。同一题目,根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象。后选取不同的研究对象。3.分析研究对象的受力情况和运动情况。分析研究对象的受力情况和运动情况。4.当研究对象所受的外力不在一条直线上时:如果物体只受两个力,当研究对象所受的外力不在一条直线上时:如果物体只受两个力,可以用平行四边形定则求其合力;如果物体受力较多,一般把它们正交分可以用平行四边形定则求其合力;如果物体受力较多,一般把它们正交分解到两个方向上去分别求合力;如果物体做直线运动,一般把各个力分解解到两个方向上去分别求合力;
7、如果物体做直线运动,一般把各个力分解到沿运动方向和垂直于运动方向上。到沿运动方向和垂直于运动方向上。5.根据牛顿第二定律和运动学公式列方程。物体所受外力、加速度、根据牛顿第二定律和运动学公式列方程。物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式,再按代数和进行运算。速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式,再按代数和进行运算。6.解方程、验结果,必要时对结果进行讨论。解方程、验结果,必要时对结果进行讨论。要点二要点二 应用牛顿运动定律解题的一般步骤应用牛顿运动定律解题的一般步骤3 1.只有在平衡条件下,才能用弹簧测力计测出物体的重力,因为此时弹簧测力计对物体的只有在平衡
8、条件下,才能用弹簧测力计测出物体的重力,因为此时弹簧测力计对物体的拉力拉力(或支持力或支持力)的大小恰好等于它的重力,假若系统在竖直方向有加速度,那么弹簧测力计的的大小恰好等于它的重力,假若系统在竖直方向有加速度,那么弹簧测力计的示数就不等于物体的重力了,当系统有竖直向上的加速度时:示数就不等于物体的重力了,当系统有竖直向上的加速度时:FN=mg+mamg叫叫“超重超重”。当。当系统有竖直向下的加速度时:系统有竖直向下的加速度时:FN=mg-mamg叫叫“失重失重”。当加速度向下且。当加速度向下且a=g时,时,FN=0叫叫“完全失重完全失重”。2.发生发生“超重超重”或或“失重失重”现象与物体
9、的速度现象与物体的速度v的方向无关,只决定于物体的加速度的方的方向无关,只决定于物体的加速度的方向。向。3.物体处于物体处于“超重超重”或或“失重失重”状态,地球作用于物体的重力始终存在,大小也无变化。状态,地球作用于物体的重力始终存在,大小也无变化。4.在在“完全失重完全失重”(a=g,方向竖直向下,方向竖直向下)的状态,平常一切由重力产生的物理现象都会完的状态,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失。比如单摆停摆,液体不再产生向下的压力,浸在液体中的物体不受浮力等。全消失。比如单摆停摆,液体不再产生向下的压力,浸在液体中的物体不受浮力等。5.根据运动情况判断超重、失重根据运动情况判断超重
10、、失重要点三要点三 对超重和失重现象的进一步理解对超重和失重现象的进一步理解名师支招:名师支招:判断物体超重或失重,仅分析加速度的方向即可,只要加速度的竖直分量向上判断物体超重或失重,仅分析加速度的方向即可,只要加速度的竖直分量向上就是超重,加速度的竖直分量向下就是失重。就是超重,加速度的竖直分量向下就是失重。42.游乐园中,游客乘坐能做加速或减速运动的升降机,可游乐园中,游客乘坐能做加速或减速运动的升降机,可 以体会超重或失重的感觉。下列描述正确的是以体会超重或失重的感觉。下列描述正确的是()A.当升降机加速上升时,游客是处在失重状态当升降机加速上升时,游客是处在失重状态 B.当升降机减速下
11、降时,游客是处在超重状态当升降机减速下降时,游客是处在超重状态 C.当升降机减速上升时,游客是处在失重状态当升降机减速上升时,游客是处在失重状态 D.当升降机加速下降时,游客是处在超重状态当升降机加速下降时,游客是处在超重状态B C体验应用体验应用5【例【例1】质量为】质量为2t的汽车在的汽车在4 000 N的水平牵引力作用下,沿水平公路运动了的水平牵引力作用下,沿水平公路运动了1 min;然后牵引力减为;然后牵引力减为3500N,又运动了,又运动了1 min;最后将牵引力撤去,直至汽车停止运动。汽车与地面间阻力为车重的最后将牵引力撤去,直至汽车停止运动。汽车与地面间阻力为车重的0.05倍,求
12、汽车在上述过程中一共走了多少路程?倍,求汽车在上述过程中一共走了多少路程?(g取取10 m/s2)热点一热点一 已知受力情况求运动情况已知受力情况求运动情况【答案】【答案】37 575 m 【名师支招】【名师支招】运用牛顿运动定律解决动力学问题的关键是对物体进行受力情况分析和运动情况分析,要善于画出物运用牛顿运动定律解决动力学问题的关键是对物体进行受力情况分析和运动情况分析,要善于画出物体的受力图和运动情况示意图。不论是哪类问题,都应明白力与运动是通过加速度这一体的受力图和运动情况示意图。不论是哪类问题,都应明白力与运动是通过加速度这一“桥梁桥梁”来联系起来的。来联系起来的。【解析】【解析】汽
13、车在运动过程中分三个阶段,应对每一个阶段分别进行求解,以汽车为研究对象,汽车受到四个力汽车在运动过程中分三个阶段,应对每一个阶段分别进行求解,以汽车为研究对象,汽车受到四个力的作用,如图的作用,如图3-2-2所示所示 第一阶段,汽车以加速度第一阶段,汽车以加速度a1做匀加速直线运动,由牛顿第二定律建立方程做匀加速直线运动,由牛顿第二定律建立方程 F10.05mgma1 x1=1/2a1t21 由由得得a1=1.5 m/s2,代入,代入得得 x1=2 700 m 第二阶段,汽车以加速度第二阶段,汽车以加速度a2做匀加速直线运动,由牛顿第二定律建立方程做匀加速直线运动,由牛顿第二定律建立方程 F2
14、0.05mgma2 x2=v1t2+1/2a2t22 v1=a1t1 由由得得a21.25 m/s2 由由得得v11.560 m/s90 m/s 则则x2=(90601/21.25602)m7650 m 第三阶段,汽车以加速度第三阶段,汽车以加速度a3做匀减速直线运动,由牛顿第二定律建立方程做匀减速直线运动,由牛顿第二定律建立方程 f=0.05mgma3 v2=v1+a2t2 v22=2a3x3 由由得得a3=0.5 m/s2 由由得得v2=(901.2560)m/s165 m/s 由由得得x327 225 m 全程距离为全程距离为x=x1+x2+x3=(2 700+7 650+27 225)
15、m37 575 m图图3-2-26如图如图3-2-3所示,电动机带动橡皮滚轮匀速转动,在所示,电动机带动橡皮滚轮匀速转动,在滚轮的作用下,可将金属杆沿斜面从最底端滚轮的作用下,可将金属杆沿斜面从最底端A送到汽送到汽车车厢中。已知斜面长车车厢中。已知斜面长AC=2.4 m,车厢高,车厢高CD=1.2 m,金属杆长金属杆长AB=0.8 m,质量,质量m=1103 kg,调节控制滚,调节控制滚轮,使滚轮对杆的压力为轮,使滚轮对杆的压力为FN=4.2104 N,滚轮与杆,滚轮与杆之间的动摩擦因数之间的动摩擦因数=0.5,滚轮边缘的线速度恒为,滚轮边缘的线速度恒为v=4 m/s。(取取g=10 m/s2
16、,计算结,计算结果保留两位有效数字,斜面光滑果保留两位有效数字,斜面光滑)求:求:(1)杆匀加速上升的加速度杆匀加速上升的加速度a;(2)从杆开始运动到其前端运动到从杆开始运动到其前端运动到C点所用的时间点所用的时间t。【答案】【答案】(1)16 m/s2 (2)0.57 s 1图图3-2-37大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点8【例【例2】科研人员乘气球进行科学考察,气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为】科研人员乘气球进行科学考察,气球、座舱、压舱物和科研人员的总质
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