《高中物理《用牛頓定律解決問題》學案8（人教版必修1）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理《用牛頓定律解決問題》學案8（人教版必修1）（8頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

111 5.6 用牛頓定律解決問題（一） 自主探究 牛頓第二定律定率的解決了物體受到的合外力和加速度之間的定量關系。那么，你能否根據物體的受力情況分析物體的速度、位移等量的變化規(guī)律呢？ 由牛頓第二定律,我們只要能夠分析物體的受力情況就可以分析出物體的加速度,而在中學階段,我們主要研究物體的勻變速直線運動規(guī)律,所以只要知道物體的加速度,我們就可以分析出物體的速度及位移隨時間變化的規(guī)律。 在前面，我們較深入的研究了物體做勻變速直線運動的規(guī)律，總結出了速度、位移等量隨時間變化的規(guī)律，那你能否根據物體做勻變速直線運動的規(guī)律，并結合牛頓第二定律，分析物體的受力情況嗎？ 同樣，我們通過對物體運動規(guī)律的分析，由勻變速運動規(guī)律，求出物體的加速度，再利用牛頓第二定律，就可以分析出物體的受力情況了。 總之，根據物體的受力情況分析物體的運動情況和根據物體的運動情況分析物體的受力情況分析物體的受力情況，是應用牛頓第二定律解決的兩類重要的問題。牛頓第二定律在物體的受力情況和物體的運動情況之間架起了一座橋梁，而其中真正的橋梁是物體的加速度，所以不管是哪一類問題，求解物體的加速度是關鍵中的關鍵。 教材詳解 1、應用牛頓第二定律應該注意的問題 ①在應用牛頓第二定律解決問題時，要注意研究對象的選取。我們在處理問題時，可以選擇某個物體作為研究對象（隔離法），也可以把幾個物體作為系統(tǒng)（整體法）一起研究。 ②在應用牛頓第二定律解決問題時，要分清楚內力與外力的差別。因為，我們在使用牛頓第二定律解決問題時，常常的要選擇幾個物體作為系統(tǒng)研究，以是問題簡化，而根據牛頓第二定律我們知道改變系統(tǒng)運動狀態(tài)的是物體受到的合外力，內力不會改變物體系的運動狀態(tài)，所以必須分清楚內力與外力的區(qū)別。 ③注意物體受到的合外力F與物體加速度a的瞬時對應關系。正是因為合外力與加速度是瞬時對應的，二者同時存在、同時變化、同時消失，而物體受到的合外力是可以突變的，所以加速度也可以突變。因此，在應用牛頓第二定律分析問題時，需要詳盡的分析物體的受力情況和運動情況。 ④注意牛頓第二定律是矢量式，所以在應用時，要選擇正方向，如果物體受到的力或物體的運動速度等與我們選定的正方向相同，則取正值；反之則取負值。一般我們是選擇加速度方向，即物體受到的合外力方向為正方向。 2、應用牛頓第二定律解答的兩類基本問題 運用牛頓運動定律研究力和運動的關系時，它包括兩類基本問題：①已知物體的受力情況，確定物體的運動情況。即知道物體受到的全部作用力，運用牛頓第二定律求出加速度，如果再知道物體的初始運動狀態(tài)，運用運動學公式就可以求出物體的運動情況—任意時刻的位置和速度，以及運動的軌跡。②已知物體的運動情況，推斷或求出物體所受的未知力。即知道物體的運動情況，運用運動學公式求出物體的加速度，再運用牛頓第二定律推斷或求出物體的受力情況。 3、兩類基本問題解決時的基本思路和一般步驟 ①基本思路是“注重兩態(tài)分析，注重牛頓第二定律的橋梁作用”。兩態(tài)分析就是受力情況分析和運動狀態(tài)分析，牛頓第二定律是聯(lián)系“受力分析”和“運動狀態(tài)分析”的橋梁。力和加速度是“橋頭堡” 在解決具體問題時，要根據問題的情景，首先明確是從受力情況確定加速度還是從運動狀態(tài)確定加速度。然后決定解題過程是從受力情況求加速度，還是從運動狀態(tài)求加速度。最后求解物體的運動情況，或是求解物體的受力情況。 ②一般步驟 A．確定研究對象 B.對物體進行受力分析并畫出受力圖或對物體進行運動狀態(tài)分析 C.選擇正方向或建立直角坐標系,由牛頓第二定律及運動學規(guī)律列方程 D.計算,求解未知量 以上步驟中，關鍵是正確的對物體進行受力分析，它是正確解決問題的前提。核心是求解加速度，它是聯(lián)系力和運動情況的紐帶。怎樣才能正確的對物體進行受力分析呢？最重要的是在對物體進行受力分析時必須做到“不遺漏、不虛構、不重復?！? 合作學習 例題1、靜止在水平面上的物體質量為，物體與水平面間的動摩擦因數為，在的水平拉力作用下，物體從靜止開始運動，你能求出內物體的位移和末物體的速度嗎？（） F f mg N 解析：本題是一個已知物體的受力情況來分析物體運動情況的一個題目。 對物體受力分析如圖，由牛頓第二定律可得 物體在豎直方向的加速度為零，所以 由滑動摩擦定律 物體做的是初速度為零的勻加速運動，由運動規(guī)律 代入數據可得內物體的位移和末物體的速度分別為 例題2、靜止在水平地面上的物體質量為，在水平恒力F推動下開始運動，末它的速度達到。此時將力F撤去，又經物體停了下來。如果物體與地面間的動摩擦因數不變，你能求得力F的大小嗎？ 解析：本題是根據物體的運動情況分析物體的受力情況的題目。 物體的整個運動過程可以分為兩段：前物體做勻加速運動；后物體做勻減速運動。 前內物體的加速度為 設摩擦力為，由牛頓第二定律得 后內的加速度為 物體受到的摩擦力大小不變，由牛頓第二定律得 代入數據可得 例題3、法國人勞倫特菲舍爾在澳大利亞伯斯的冒險世界進行了超高空特技跳水表演，他從高的塔上跳下準確的落入水池中。已知水對他的阻力（包括浮力）是他的重力的倍，他在空中時空氣對他的阻力是他的重力的倍。為了保證他的安全，水池的深度至少是多少米？（） 解析：此題是已知物體的受力情況分析物體的運動情況的題目。 人在空中下落的過程，由牛頓第二定律得 他落到水面時的速度為 人在水中減速運動時，由牛頓第二定律得 減速過程由運動規(guī)律可得 代入數據可得，水池的深度至少為 。 例題4、某消防隊員從一平臺上跳下，下落后雙腳觸地，接著他用雙腿彎曲的方法緩沖，使自己重心又下降了，在著地過程中地面對他雙腳的平均作用力估計為： A、自身所受重力的2倍 B、自身所受重力的5倍 C、自身所受重力的8倍 D、自身所受重力的10倍 解析：對消防隊員腳觸地前分析，消防隊員做自由落體運動 由運動規(guī)律可得他落地時的速度為 腳觸地后，對他受力分析由牛頓第二定律得 N-mg=ma 由運動規(guī)律得 所以可以求得地面對消防隊員雙腳的平均作用力為 N=5mg 即選擇答案B。 師生互動 1、一輕質彈簧上端固定，下端掛一重物，平衡時彈簧伸長了4cm。再將重物向下拉1cm，然后放手，則在剛釋放的瞬間，重物的加速度是（取g=10m/s2） A．2.5m/s2 B.7.5 m/s2 C.10 m/s2 D.12.5 m/s2 解析：開始時,物體受力平衡.即,彈簧伸長4cm時，受力平衡。 . 當彈簧再伸長1cm,對物體進行受力分析。則有 。 答案：A 2、如圖所示，車沿水平地面做直線運動，車廂內懸掛在車頂上的小球懸線與豎直方向的夾角為θ。放在車廂底板上的物體A跟車廂相對靜止。A的質量為m，A受到的摩擦力的大小和方向是： A．mgsinθ，向右 B. mgtanθ，向右 C. mgcosθ, 向左 C. mgtanθ, 向左 解析：首先分析小球的受力情況，設繩子拉力為T.則在豎直方向上： 在水平方向上： 。 分析物塊的在水平方向上的受力， 答案：B 3、質量為2kg的質點，在兩個力F1=2N，F2=8N的作用下，獲得的加速度大小可能是： A．1m/s2 B.3m/s2 C.6m/s2 D.4m/s2 解析：二力的合力的大小的取值范圍是[6N,8N]. 答案：BD 4、電梯內有一質量為m，用細線掛在電梯的天花板上，當電梯以g/3的加速度豎直加速下降時，細線對物體的拉力為 。 解析：對物體進行受力分析，。其中， 0 2 4 -2 6 10 12 F t/s 答案： 5、質量為1kg的物體靜止在水平地面上，物體與地面間的動摩擦因數為0.2 。作用在物體上的水平拉力F與時間t的關系如圖所示。則物體在前12s內的位移為 （g=10m/s2） 解析：只要物體運動，物體受到的滑動摩擦力為。結合物體的受力圖像，物體在前6秒里勻加速運動。第6秒初到第10秒初，物體勻速運動。第10秒初到第12秒初，物體作勻減速運動。 答案：90m。 6、機車的牽引力為2.0105N，這個牽引力使原來靜止的列車在3.0s后達到0.30m/s的速度。如果要使原來靜止的列車在2.0s后達到0.30m/s的速度，機車的牽引力應為多大？已知列車所受的阻力為5.0104N。 解析：原來加速時，。由題意知，a1＝ 0.1m/s 如果要使機車的加速度變大，.由題意知，a2＝ 0.15m/s 7、質量為m=4kg的物體在F1=10N的水平拉力的作用下沿水平面作勻速直線運動。撤去F1后，經4s物體停下來。求物體做勻速運動時的速度和撤去F1后的位移。 解析：物體作勻速運動，物體受到的摩擦力為 。 當撤去拉力后，物體在水平方向上只受摩擦力 物體四秒后停下來 由以上三式解得， 8、以30m/s的初速度豎直向上拋出一個質量為100g的物體，2s后到達最大高度，空氣阻力大小始終不變,g取10m/s2。問 運動中空氣對物體的阻力大小是多少？ 物體落回原地時的速度是多大？ 解析：(1)物體上拋過程中， 由運動學定律 可以解得 物體下落過程中，由牛頓第二定律及運動學定律可得 可以解得 9、為了安全，在公路上行駛的汽車之間應保持必要的距離。已知某高速公路的最高限速v=120km/h，假設前方車輛突然停止，后車司機發(fā)現這一情況，經操縱剎車，到汽車開始減速所經歷的時間（即反映時間）t=0.50s。剎車時汽車受到的阻力的大小為汽車重力的40℅，則該公路上汽車間的距離至少應該是多大？（g取10m/s2） 解析：設該間距為 L. 由運動學定律 由牛頓第二定律 可以解得 即公路上汽車間的距離至少是156m。 F=50N F=50N F合 課后習題解答 1、對物體受力分析如圖，合成物體受到的力可得，物體受到的合外力為 F合= 由牛頓第二定律 F合=ma 由運動規(guī)律 代入數據可得3s末物體的速度，3s內物體的位移為 2、對電車分析，由運動規(guī)律 由牛頓第二定律 代入數據可得，電車受到的阻力 3、對人受力分析，由牛頓第二定律 由運動規(guī)律 由題意可得 代入數據可得，人滑到地面時的速度是 4、對車分析，由牛頓第二定律 由運動規(guī)律 代入數據可得，汽車剎車的初速度 所以該汽車超速行駛了。 111