人教版高中物理必修第一冊(cè)第四章4.5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用從受力確定運(yùn)動(dòng)情況

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(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律確定物體的運(yùn)動(dòng)情況。處理這類問(wèn)題的基本思路是：先分析物體受力情況求合力，據(jù)牛頓第二定律求加速度，再用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求所求量。勻變速直線運(yùn)動(dòng)F=ma受力情況因重力彈力摩擦力已知外力運(yùn)動(dòng)情況果速度時(shí)間位移從受力確定運(yùn)動(dòng)情況從受力確定運(yùn)動(dòng)情況【例題1】運(yùn)動(dòng)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(yuǎn)處的某個(gè)位置。按比賽規(guī)則，投擲冰壺運(yùn)動(dòng)員的隊(duì)友，可以用毛刷在冰壺滑行前方來(lái)回摩擦冰面，減小冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)以調(diào)節(jié)冰壺的運(yùn)動(dòng)。（1）運(yùn)動(dòng)員以3.4m/s的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠(yuǎn)？g取10m/s2

。（2）若運(yùn)動(dòng)員仍以3.4m/s的速度將冰壺投出，其隊(duì)友在冰壺自由滑行10m后開(kāi)始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的90%，冰壺多滑行了多少距離？從受力確定運(yùn)動(dòng)情況①本題中的研究對(duì)象是誰(shuí)？②研究對(duì)象受多少個(gè)力的作用？畫出正確的受力分析示意圖。研究對(duì)象運(yùn)動(dòng)情況是怎樣的？畫出運(yùn)動(dòng)過(guò)程的示意簡(jiǎn)圖。③分析已知條件，應(yīng)該如何求加速度？④如何確定研究對(duì)象最終的運(yùn)動(dòng)情況？問(wèn)題討論

從受力確定運(yùn)動(dòng)情況分析受力情況求合力牛頓第二定律求加速度運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求位移FNGFfGFN

從受力確定運(yùn)動(dòng)情況從受力確定運(yùn)動(dòng)情況從受力確定運(yùn)動(dòng)情況解題思路受力情況求合力牛頓第二定律求加速度運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求速度、位移、時(shí)間橋梁從運(yùn)動(dòng)情況確定受力處理這類問(wèn)題的基本思路是：先分析物體受力情況求合力，據(jù)牛頓第二定律求加速度，再用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求所求量。勻變速直線運(yùn)動(dòng)F=ma受力情況因重力彈力摩擦力已知外力運(yùn)動(dòng)情況果速度時(shí)間位移從運(yùn)動(dòng)情況確定受力【例題2】如圖，一位滑雪者，人與裝備的總質(zhì)量為75kg，以2m/s的初速度沿山坡勻加速直線滑下，山坡傾角為30°，在5s的時(shí)間內(nèi)滑下的路程為60m。求滑雪者對(duì)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10m/s2。從運(yùn)動(dòng)情況確定受力【解析】以滑雪者為研究對(duì)象，建立如圖所示的直角坐標(biāo)系，滑雪者沿山坡向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有其中v0＝2m/s，t＝5s，x＝60m，則有根據(jù)牛頓第二定律，有y方向x方向FN－mgcosθ＝0mgsinθ－Ff＝maa=?x=60m；t=5s;v0

=2

m/s從運(yùn)動(dòng)情況確定受力得FN＝mgcosθFf＝m（gsinθ－a）其中，m＝75kg，θ＝30°，則有Ff＝75N，F(xiàn)N＝650N

根據(jù)牛頓第三定律，滑雪者對(duì)雪面的壓力大小等于雪面對(duì)滑雪者的支持力大小，為650N，方向垂直斜面向下?；┱呤艿降淖枇Υ笮?5N，方向沿山坡向上。從運(yùn)動(dòng)情況確定受力1．已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出物體的加速度，再根據(jù)牛頓第二定律求出物體所受的合外力，進(jìn)而知道物體受到其他力的情況．2.處理這類問(wèn)題的基本思路是：先分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求加速度，再在分析物體受力情況的基礎(chǔ)上，用牛頓第二定律列方程求所求量(力)。從運(yùn)動(dòng)情況確定受力從運(yùn)動(dòng)情況確定受力解題思路受力情況求力牛頓第二定律求合力運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求加速度橋梁【例題】：運(yùn)動(dòng)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(yuǎn)處的某個(gè)位置。按比賽規(guī)則，投擲冰壺運(yùn)動(dòng)員的隊(duì)友，可以用毛刷在冰壺滑行前方來(lái)回摩擦冰面，減小冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)以調(diào)節(jié)冰壺的運(yùn)動(dòng)。（1）運(yùn)動(dòng)員以3.4m/s的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠(yuǎn)？g取10m/s2。（2）若運(yùn)動(dòng)員仍以3.4m/s的速度將冰壺投出，其隊(duì)友在冰壺自由滑行10m后開(kāi)始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的90%，冰壺多滑行了多少距離？（1）運(yùn)動(dòng)員以3.4m/s的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠(yuǎn)？g

取10m/s2。1.明確研究對(duì)象2.受力情況分析mgFNFf3.運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析【解析】冰壺運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较蚪⒁痪S坐標(biāo)系Ff

＝-μ1FN

＝-μ1mga1=-0.2m/s2-μmg=ma1由vt

2－v02=2a1x1x1=28.9m冰壺滑行了28.9m（2）若運(yùn)動(dòng)員仍以3.4m/s的速度將冰壺投出，其隊(duì)友在冰壺自由滑行10m后開(kāi)始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的90%，冰壺多滑行了多少距離？【解析】設(shè)冰壺滑行10m后的速度為

v10，則v102

＝

v02

＋2a1x10冰壺的加速度a2

＝－μ2

g

＝－0.02×0.9×10m/s2

＝－0.18m/s2滑行10m后為勻減速直線運(yùn)動(dòng)，由

v2－v102＝2a2x2

，v＝0，得第二次比第一次多滑行了（10＋21－28.9）m＝2.1m解題步驟：（1）確定研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，并畫出物體的受力、運(yùn)動(dòng)示意圖。（2）選擇合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，求出物體的加速度。（3）根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體所受的合力。（4）根據(jù)力的合成與分解的方法，由合力和已知力求出未知力?！踞槍?duì)練習(xí)】一個(gè)靜止在水平面上的物體，質(zhì)量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平面向右運(yùn)動(dòng)，物體與水平地面間的滑動(dòng)摩擦力為4.2N。求物體4s末的速度和4s內(nèi)的位移。F

由牛頓第二定律可得:F-f=ma4s末的速度4s內(nèi)的位移解：如圖，物體受力分析mgFNFf【針對(duì)練習(xí)】一個(gè)靜止在水平面上的物體，質(zhì)量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平面向右運(yùn)動(dòng)，物體與水平地面間的滑動(dòng)摩擦力為4.2N。求物體4s末的速度和4s內(nèi)的位移?！纠}】如圖，一位滑雪者，人與裝備的總質(zhì)量為75kg，以2m/s的初速度沿山坡勻加速直線滑下，山坡傾角為30°，在5s的時(shí)間內(nèi)滑下的路程為60m。求滑雪者對(duì)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10m/s2。解:以滑雪者為研究對(duì)象。建立如圖4.5-5所示的直角坐標(biāo)系。滑雪者沿山坡向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有其中

v0＝2m/s，t＝5s，x＝60m，則有根據(jù)牛頓第二定律，有y方向x方向FN－mgcosθ＝0mgsinθ－Ff＝ma得FN

＝

mgcosθFf

＝m（gsinθ－a）其中，m

＝75kg，θ

＝30°，則有Ff＝75N，F(xiàn)N＝650N根據(jù)牛頓第三定律，滑雪者對(duì)雪面的壓力大小等于雪面對(duì)滑雪者的支持力大小，為650N，方向垂直斜面向下?；┱呤艿降淖枇Υ笮?5N，方向沿山坡向上。解題步驟：（1）確定研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，并畫出物體的受力、運(yùn)動(dòng)示意圖。（2）選擇合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，求出物體的加速度。（3）根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體所受的合力。（4）根據(jù)力的合成與分解的方法，由合力和已知力求出未知力。【變式訓(xùn)練】滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30°的山坡，從剛上坡即開(kāi)始計(jì)時(shí)，至3.8s末，滑雪者速度變?yōu)?。如果雪橇與人的總質(zhì)量為m=80kg，求雪橇與山坡之間的摩擦力為多少？g=10m/s2.fmgFN對(duì)滑雪者受力分析，如圖所示聯(lián)立①②，代入數(shù)據(jù)，解得解:根據(jù)牛頓第二定律，可得①②【變式訓(xùn)練】滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30°的山坡，從剛上坡即開(kāi)始計(jì)時(shí)，至3.8s末，滑雪者速度變?yōu)?。如果雪橇與人的總質(zhì)量為m=80kg，求雪橇與山坡之間的摩擦力為多少？g=10m/s2.【問(wèn)題1】如圖,傳送帶從A到B長(zhǎng)度為L(zhǎng),以v0的速率順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).在A端無(wú)初速地放一個(gè)質(zhì)量為m的物體,設(shè)物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,試分析滑塊在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)情況。v0AB二、傳送帶模型1.同向運(yùn)動(dòng)傳送帶長(zhǎng)度滑塊在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)情景滑塊運(yùn)動(dòng)情況滑塊運(yùn)動(dòng)的v-t圖像傳送帶剛夠長(zhǎng)傳送帶不夠長(zhǎng)傳送帶足夠長(zhǎng)v0vv0v0v0v0滑塊一直做勻加速滑塊一直做勻加速滑塊先做勻加速后勻速vtv0v0vtvvtv0t1【問(wèn)題2】如圖,傳送帶從A到B長(zhǎng)度為L(zhǎng),以v0的速率順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)質(zhì)量為m的物體從A端以速度v1滑上傳送帶,設(shè)物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,試分析滑塊在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)情況。v0ABv1傳送帶長(zhǎng)度滑塊在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)情景滑塊運(yùn)動(dòng)情況滑塊運(yùn)動(dòng)的v-t圖像傳送帶剛夠長(zhǎng)傳送帶不夠長(zhǎng)傳送帶足夠長(zhǎng)v0vv0v0v0v0滑塊一直做勻加速滑塊一直做勻加速滑塊先做勻加速后勻速分類討論1:(v1<v0)v0vtv1tvtv0tv1vtv0t1tv1傳送帶長(zhǎng)度滑塊在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)情景滑塊運(yùn)動(dòng)情況滑塊運(yùn)動(dòng)的v-t圖像傳送帶剛夠長(zhǎng)傳送帶不夠長(zhǎng)傳送帶足夠長(zhǎng)v0vv0v0v0v0滑塊一直做勻減速滑塊一直做勻減速滑塊先做勻減速后勻速vtv0t1v1tvtv0v1tv0vtv1t分類討論2:(v1>v0)2.反向運(yùn)動(dòng)【問(wèn)題2】如圖,傳送帶從A到B長(zhǎng)度為L(zhǎng)，以v0的速率逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)質(zhì)量為m的物體從A端以速度v1滑上傳送帶，設(shè)物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，試分析滑塊在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)情況。v0ABv1傳送帶滑塊在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)情景滑塊運(yùn)動(dòng)情況滑塊運(yùn)動(dòng)v-t圖像傳送帶剛夠長(zhǎng)傳送帶不夠長(zhǎng)傳送帶足夠長(zhǎng)v0vv0v=0v0v=0滑塊一直做勻減速滑塊一直做勻減速滑塊先做勻減速后反向勻加速至v1(v1<v0)滑塊先做勻減速后反向勻加速至v0,后做勻速(v1>v0)vt-v0v1tv-v0tv1tvt-v0t1v1t-v1vt-v0t1v1t3.傾斜傳送帶上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間【問(wèn)題】如圖所示,傳送帶與水平面夾角為θ，從A到B長(zhǎng)度為L(zhǎng)，傳送帶以v0的速率順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在傳送帶A端無(wú)初速地放一個(gè)質(zhì)量為m的物體，它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，且μ≥tanθ，求物體從A運(yùn)動(dòng)到B需要的時(shí)間。ABv0【討論1】若傳送帶“不夠長(zhǎng)”(物體到達(dá)B時(shí)，速度仍小于傳送帶的速度)物體從A運(yùn)動(dòng)到B一直做勻加速，故：得：對(duì)物體受力分析如圖，則由牛頓第二定律可求出物塊的加速度：ABv0GfN【討論2】若傳送帶“剛夠長(zhǎng)”(物體到B時(shí)，速度剛好等于傳送帶的速度)物體從A運(yùn)動(dòng)到B一直做勻加速，故：得：ABv0GfN【討論3】若傳送帶“足夠長(zhǎng)”(物體到B前,速度等于傳送帶的速度，之后由于受靜摩擦力而做勻速運(yùn)動(dòng))物體做勻加速時(shí)間為t1，則:物體做勻加速位移為x1,則:物體做勻速時(shí)間為:物體運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為:得：得：ABv0三、板塊模型ABv0ABFAB1.模型概述：一個(gè)物體在另一個(gè)物體上，兩者之間或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)、或相對(duì)靜止。問(wèn)題涉及時(shí)間、速度、加速度、位移及后面要學(xué)到的能量和動(dòng)量等。因能全面考查運(yùn)動(dòng)與力和能等知識(shí)，故該類題型就成了各種類型考試的熱點(diǎn)題型。3.加速度關(guān)系：如果滑塊與木板之間沒(méi)有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以用“整體法”求出它們一起運(yùn)動(dòng)的加速度；如果滑塊與木板之間發(fā)生