牛顿运动定律的应用.docx

牛顿运动定律的应用.docx

《牛顿运动定律的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《牛顿运动定律的应用.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

牛顿运动定律的应用

牛顿运动定律的应用（习题课）

共2课时

一、教学目标

1．物理知识方面的要求：

（1）巩固记忆牛顿第二定律内容、公式和物理意义；

（2）掌握牛顿第二定律的应用方法。

2．通过例题分析、讨论、练习使学生掌握应用牛顿定律解决力学问题的方法，培养

学生的审题能力、分析综合能力和运用数学工具的能力。

3．训练学生解题规范、画图分析、完善步骤的能力。

二、重点、难点分析

1．本节为习题课，重点内容是选好例题，讲清应用牛顿第二定律解决的两类力学问题及解决这类问题的基本方法。

2．应用牛顿第二定律解题重要的是分析过程、建立图景；抓住运动情况、受力情况和初始条件；依据定律列方程求解。

但学生往往存在重结论、轻过程，习惯于套公式得结果，所以培养学生良好的解题习惯、建立思路、掌握方法是难点。

三、教具

投影仪、投影片、彩笔。

四、主要教学过程

（1）引入新课

牛顿第二定律揭示了运动和力的内在联系。

因此，应用牛顿第二定律即可解答一些力学问题。

我们通过以下例题来体会应用牛顿第二定律解题的思路、方法和步骤。

（2）教学过程设计

1．已知受力情况求解运动情况

例题1（投影）一个静止在水平面上的物体，质量是2kg，在水平方向受到5.0N的拉力，物体跟水平面的滑动摩擦力是2.0N。

1）求物体在4.0秒末的速度；

2）若在4秒末撤去拉力，求物体滑行时间。

（1）审题分析

这个题目就是根据已知的受力情况来求物体的运动情况。

前4秒内运动情况：

物体由静止在恒力作用下做匀加速直线运动，t=4.0s。

受力情况：

F=5.0N，f=2.0N，G=N；初始条件：

vo=0;研究对象：

m=2.0kg。

求解4秒末的速度vt。

4秒后，撤去拉力，物体做匀减速运动，v't=O。

受力情况：

G=N、f=2.0N；初始条件：

vo=vt,求解滑行时间。

（2）解题思路

研究对象为物体。

已知受力，可得物体所受合外力。

根据牛顿第二定律可求出物体的加速度，再依据初始条件和运动学公式就可解出前一段运动的末速度。

运用同样的思路也可解答后一段运动的滑行距离。

（3）解题步骤（投影）

解：

确定研究对象，分析过程（画过程图），进行受力分析（画受力图）。

vi=0

f»

L

u

jf4=

1

l~!

=TI

!

1

r

t7=?

團i

前4秒根据牛顿第二定律列方程:

水平方向F-f=ma

竖直方向N-G=O

F-f5.0-2.03

叫=at=4.0m/s=6.Om/s

4秒后竖直方向N-G=O

水平方向-f=ma

由+at

—--——-■'25m冷v；=vt=15m/sm2.00

tf=—=—s=2.04sa2.5

引导学生总结解题步骤：

确定对象、分析过程、受力分析、画图、列方程、求解、检验结果。

（4）讨论：

若无第一问如何解？

实际第一问的结果是第二问的初始条件，所以解题的过程不变。

（5）引申：

这一类题目是运用已知的力学规律，作出明确的预见。

它是物理学和技术

上进行正确分析和设计的基础，如发射人造地球卫星进入预定轨道，带电粒子在电场中加速后获得速度等都属这一类题目。

2•已知运动情况求解受力情况

例题2（投影）一辆质量为1.0xi03kg的小汽车正以10m/s的速度行驶，现在让它在12.5m的距离内匀减速地停下来，求所需的阻力。

（1）审题分析

这个题目是根据运动情况求解汽车所受的阻力。

研究对象：

汽车m=1.0xi03kg;运

动情况：

匀减速运动至停止vt=0,s=12.5m;初始条件：

vo=10m/s，求阻力f。

（2）解题思路

由运动情况和初始条件，根据运动学公式可求出加速度；再根据牛顿第二定律求出

汽车受的合外力，最后由受力分析可知合外力即阻力。

（3）解题步骤（投影）

画图分析

据牛顿第二定律列方程:

竖直方面N-G=O

水平方面f=ma=1.0X1O3X（-4）N=-4.OX103N

f为负值表示力的方向跟速度方向相反。

=10h/s

£4-一

F^=0

H1a

1

■l

‘4沪化

（4）引导学生总结出解题步骤与第一类问题相同。

（5）引申：

这一类题目除了包括求出人们熟知的力的大小和方向，还包括探索性运用，即根据观测到的运动去认识人们还不知道的物体间的相互作用的特点。

牛顿发现万有引力定律，卢瑟福发现原子内部有个原子核都属于这类探索。

3•应用牛顿第二定律解题的规律分析（直线运动）

题目类型流程如下

轻=v0+at

1,

F-f=mas=vDt+

vt2“说=2as

L

由左向右求解即第一类问题，可将vt、V0、s、t中任何一个物理量作为未知求解。

由右向左求解即第二类问题，可将F、f、m中任一物理量作为未知求解。

若阻力为滑动摩擦力，则有F-（img=ma，还可将卩作为未知求解。

女口：

将例题2改为一物体正以10m/s的速度沿水平面运动，撤去拉力后匀减速滑行

12.5m，求物体与水平面间动摩擦因数。

JmH

iinVq1U0巳

外：

由vt3-Vg=2asa.=——=-=—4m/吕

2s25

据牛顿第二定律F合=ma有-（img=ma

消去

g

4.物体在斜向力作用下的运动

例题3（投影）一木箱质量为m，与水平地面间的动摩擦因数为□，现用斜向右下方

与水平方向成B角的力F推木箱，求经过t秒时木箱的速度。

解：

（投影）

画图分析:

1

f十-

|"¥冋

匚节

2

11

!

!

■

■|

r

G

團3

木箱受4个力，

将力F沿运动方向和垂直运动方向分解:

水平分力为Feos0

竖直分力为Fsin0

据牛顿第二定律列方程

竖直方向N-Fsin0-G=0①

水平万向Feos0-f=ma②

二者联系f=迥

代入②式有Fex6-|1（Fgm6+粵）=ni谥脣

Fcqe・6■口（mg+Fsin（9）

a=

m

可见解题方法与受水平力作用时相同。

（三）巩固练习

图4

1•如图4所示,质量为4kg的物体静止于水平面上，物体与水

平面间的动摩擦因数为0.5,物体受到大小为20N，与水平方向成3

0°角斜向上的拉力F作用时沿水平面做匀加速运动，求物体的加速

度是多大？

（g取10m/s2）

解析:

以物体为研究对象，其受力情况如图5所示，建立平面直角坐标系把F沿两坐标

轴方向分解，则两坐标轴上的合力分别为

FxFcosF

FyFnFsinG，

物体沿水平方向加速运动，设加速度为

a,y轴方向上物体没有运动，故a

maxma,Fymay0

所以FcosFma,FNFsin

又有滑动摩擦力FFn

以上三式代入数据可解得

物体的加速度a=0.58m/s2

小结:

当物体的受力情况较复杂时，根据物体所受力的具体情况和运动情况建立合适的直角坐标系，利用正交分解法来解•

2.一斜面AB长为10m,倾角为30°，一质量为2kg的小物体（大小不计）从斜面顶端A点由静止开始下滑，如图6所示（g取10

m/s2）

用时间.

，则小物体与斜面间的

（2）若给小物体一个沿斜面向下的初速度，恰能沿斜面匀速下滑

动摩擦因数口是多少？

解析：

（1）以小物体为研究对象，其受力情况如图7所示,建立直角坐标系，把重力G沿x轴和y轴方向分

解：

Gmgcos,G2mgsin小物体沿斜面即x轴方向加速运动，设加速度为a，则ax=a，物体在y轴方向没有发生位移,没有加速度则ay=0，由牛顿第二定律得，

.FxG2Fmax

、FyFnG!

may

所以

mgsinFma

Fnmgcos

又FFn

所以

mgsinmgcos

ag（sincos）

m

22

10（sin300.5cos30）m/s0.67m/s

设小物体下滑到斜面底端时的速度为v，所用时间为t，小物体由静止开始匀加速下

22

由vtv02as得

v.2as20.6710m/s3.7m/s

由vtvoat得

s5.5s

0.67

（2）小物体沿斜面匀速下滑时，处于平衡状态，其加速度a=0，则在图7的直角坐标中

ax0,ay0,由牛顿第二定律，得

Fx

G2

F

0

Fy

Fn

Gi

0

又F

Fn

所以

F

Fn

mgsin

mgcos

所以，小物体与斜面间的动摩擦因数

F

tantan300.58

Fn

小结:

若给物体一定的初速度，当tgB时，物体沿斜面匀速下滑；当口〉tg（ungcos0>mgsinB）时，物体沿斜面减速下滑；当口

面加速下滑•

3.静止在水平地面上的物体的质量为2kg，在水平恒力F推动下开始运动，4s末它

的速度达到4m/s，此时将F撤去，又经6s物体停下来，如果物体与地面的动摩擦因数不变

求F的大小.

解析:

物体的整个运动过程分为两段，前4s物体做匀加速运动，后6s物体做匀减速运

动•

前4s内物体的加速度为

a1V04m/s21m/s2

ti4

设摩擦力为Fg由牛顿第二定律得

FFma1

后6s内物体的加速度为

a2匕丄—m/s22m/s2

t263

Fma2

由②④可求得水平恒力F的大小为

Fm（a1a2）2（12）N3.3N

3

小结:

解决动力学问题时，受力分析是关键，对物体运动情况的分析同样重要，特别是像

这类运动过程较复杂的问题，更应注意对运动过程的分析•

在分析物体的运动过程时，一定弄清整个运动过程中物体的加速度是否相同，若不同，

•分析受力时要注意前后

必须分段处理，加速度改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量过程中哪些力发生了变化，哪些力没发生变化

4.如图8所示，质量为2m的物块A和质量为m的物块B

与地面的摩擦均不计•在已知水平推力F的作用下,A、B做加速运动A对B的作用力为多大？

解析:

取A、B整体为研究对象，其水平方向只受一个力F的

作用

根据牛顿第二定律知：

F=（2m+m）a

a=F/3m

取B为研究对象，其水平方向只受A的作用力Fi,根据牛顿第二定律知

Fi=ma

故Fi=F/3

小结:

对连结体（多个相互关联的物体）问题，通常先取整体为研究对象，然后再根据要求的问题取某一个物体为研究对象•

（四）课堂小结（引导学生总结）

1•应用牛顿第二定律解题可分为两类：

一类是已知受力求解运动情况；一类是已知运动情况求解受力。

2•不论哪种类型题目的解决，都遵循基本方法和步骤，即分析过程、建立图景、确定研究对象、进行受力分析、根据定律列方程，进而求解验证效果。

在解题过程中，画图是十分重要的，包括运动图和受力图，这对于物体经过多个运动过程的问题更是必不可少的步骤。

3．在斜向力作用下，可将该力沿运动方向和垂直运动方向分解，转化为受水平力的

情形。

解题方法相同。

五、说明

1．本课以高中物理课本第