高一物理牛顿运动定律拓展及其应用课件

金太阳新课标资源网,,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,h,*,,专题四 牛顿运动定律拓展及其应用,11/1/2024,1,,h,1.牛顿第二定律的几个特性,瞬时性,a与F对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，F为该时刻物体所受合力,因果性,F是产生a的原因，物体具有加速度是因为物体受到了力,同一性,有三层意思：,,①加速度a相对于同一惯性系(一般指地面),,②F＝ma中，F、m、a对应同一物体或同一系统,,③F＝ma中，各量统一使用国际单位,11/1/2024,2,,h,独,,立,,性,①作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律,,②物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和,,③分力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律，即：F,x,＝ma,x,，F,y,＝ma,y,局,,限,,性,①只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的粒子,,②物体的加速度必须是相对于地球静止或匀速直线运动的参考系(惯性系)而言的,11/1/2024,3,,h,2.关于瞬时加速度,,分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻,,物体的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬,,时加速度.此类问题应注意两种基本模型的建立.,11/1/2024,4,,h,(1)刚性绳(或接触面)：一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，弹力立即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理.,,(2)弹簧(或橡皮绳)：此种物体的特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成是不变的.,11/1/2024,5,,h,(1)力和加速度的瞬时对应性是高考的重点.物体的受力情,,况应符合物体的运动状态，当外界因素发生变化(如撤,,力、变力、断绳等)时，需重新进行运动分析和受力分,,析，切忌想当然！,,(2)细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能发生突变.,11/1/2024,6,,h,如图3－2－1甲所示，一质量为m的物体系于长度分别为L,1,、L,2,的两根细线上，L,1,的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，L,2,水平拉直，物体处于平衡状态.求解下列问题：,11/1/2024,7,,h,(1)现将线L,2,剪断，求剪断L,2,的瞬间物体的加速度.,,(2)若将图3－2－1甲中的细线L,1,换成长度相同(挂m后)，质量不计的轻弹簧，如图乙所示，其他条件不变，求剪断L,2,的瞬间物体的加速度.,11/1/2024,8,,h,弹簧弹力不能发生突变，在剪断瞬间仍然保持原来的大小和方向；而细绳的弹力会发生突变，在剪断瞬间会突然改变.,11/1/2024,9,,h,[听课记录],(1)对图甲的情况，L,2,剪断的瞬间，绳L,1,不可伸缩，物体的加速度只能沿垂直L,1,的方向，,,则：mg,sin,θ＝ma,1,,∴a,1,＝g,sin,θ，方向为垂直于L,1,斜向下.,11/1/2024,10,,h,(2)对图乙的情况，设弹簧上拉力为F,T,1,，L,2,线上拉力为F,T,2,，重力为mg，物体在三力作用下保持平衡，有,,F,T,1,cos,θ＝mg，,,F,T,1,sin,θ＝F,T,2,，,,∴F,T,2,＝mg,tan,θ,,剪断线的瞬间，F,T,2,突然消失，物体即在F,T,2,反方向获得加速度.因此mg,tan,θ＝ma,2,，所以加速度a,2,＝g,tan,θ，方向在F,T,2,反方向，即水平向右.,[答案],(1)大小为g,sin,θ，方向垂直于L,1,斜向下,,(2)大小为g,tan,θ，方向水平向右,,11/1/2024,11,,h,系统问题是指在外力作用下几个物体连在一起运动的问题，系统内的物体的加速度可以相同，也可以不相同，对该类问题处理方法如下：,,1.隔离法的选取,,(1)适应情况：若系统内各物体的加速度不相同，且需要,,求物体之间的作用力.,,(2)处理方法：把物体从系统中隔离出来，将内力转化为,,外力，分析物体的受力情况和运动情况，并分别应用,,牛顿第二定律列方程求解，隔离法是受力分析的基础，,,应重点掌握.,11/1/2024,12,,h,2.整体法的选取,,(1)适应情况：若系统内各物体具有相同的加速度，且不需,,要求物体之间的作用力.,,(2)处理方法：把系统内各物体看成一个整体(当成一个质,,点)来分析整体受到的外力，应用牛顿第二定律求出加速,,度(或其他未知量).,11/1/2024,13,,h,3.整体法、隔离法交替运用原则,,若系统内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的,,作用力时，可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离,,法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力.即,“,,,先整体求加速度，后隔离求内力,”,.,11/1/2024,14,,h,运用整体法分析问题时，系统内各物体的加速度的大小和方向均应相同，如果系统内各物体的加速度仅大小相同，如通过滑轮连接的物体，应采用隔离法求解.,11/1/2024,15,,h,如图3－2－2所示，,,光滑水平面上放置质量分别为,m,,和2,m,的四个木块，其中两个质量,,为,m,的木块间用一不可伸长的轻绳,,相连，木块间的最大静摩擦力是,μmg,.现用水平拉力,F,拉其中一个质量为2,m,的木块，使四个木块以同一加速度运动，则轻绳对,m,的最大拉力为 (　　),,A.　　　　　　　　　B.,,C. D.3,μmg,11/1/2024,16,,h,解答本题的关键是正确地判断出当轻绳拉力最大时，物体,A,、,B,间和物体,C,、,D,间的静摩擦力哪一个达到了最大静摩擦力.,11/1/2024,17,,h,[解题指导],经过受力分析，,A,、,B,之间的静摩擦力为,B,、,C,、,D,组成的系统提供加速度，加速度达到最大值的临界条件为,A,、,B,间达到最大静摩擦力，即,a,m,＝ ，而绳子拉力,F,T,给,C,、,D,组成的系统提供加速度，因而拉力的最大值为,F,Tm,＝3,ma,m,＝ ，故选B.,[答案],B,,11/1/2024,18,,h,1.明确惯性的概念,,牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个重要属性,——,惯,,性，即物体总保持匀速直线运动状态或静止状态的性质.,,2.揭示了力的本质,,牛顿第一定律对力的本质进行了定义：力是改变物体运,,动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因.例如，运,,动的物体逐渐减速直至停止，不是因为不受力，而是因,,为受到了阻力.,11/1/2024,19,,h,3.揭示了不受力作用时物体的运动规律,,牛顿第一定律描述的只是一种理想状态，而实际中不受,,外力作用的物体是不存在的，当物体受外力作用，但所,,受合力为零时，其作用效果跟不受外力作用时相同，因,,此，我们可以把理想情况下的,“,不受外力作用,”,理解为实,,际情况中的,“,所受合外力为零,”,.,11/1/2024,20,,h,4.牛顿第一定律不是实验定律,,牛顿第一定律是不受任何外力作用下的理想化情况，,,无法用实验直接验证.牛顿第一定律是以伽利略的,“,理想,,实验,”,为基础，将实验结论经过科学抽象、归纳推理而,,总结出来的.因此，牛顿第一定律是来源于大量实验的,,基础之上的一个理想实验定律，是一种科学的抽象思,,维方法，它并不是实验定律.,11/1/2024,21,,h,牛顿第一定律是不受任何外力作用下的理想化情况，在实际生活中并不存在，而牛顿第二定律表示实际物体在所受外力作用下遵循的规律.牛顿第一定律有着比牛顿第二定律更丰富的内涵，牛顿第一定律和牛顿第二定律是地位相同的两个规律，两者没有从属关系.因此，牛顿第一定律并不是牛顿第二定律的特例.,11/1/2024,22,,h,16世纪末，伽利略用实验和推理，推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开启了物理学发展的新纪元.以下说法中，与亚里士多德观点相反的是 (　　),11/1/2024,23,,h,A.两物体从同一高度自由下落，较轻的物体下落较慢,,B.一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来， 这说明：静止状态才是物体不受力时的,“,自然状态,”,,C.两匹马拉的车比一匹马拉的车跑得快，这说明：物体受到力越大，速度就越大,,D.一个物体维持匀速直线运动，不需要力,11/1/2024,24,,h,理解牛顿第一定律，知道力不是维持物体运动的原因是解答此题的关键.,11/1/2024,25,,h,[听课记录],亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，故D项不符.其中A、B、C均为力大运动快，力小运动慢，符合亚里士多德的错误观点，故选D.,[答案],D,[名师归纳],牛顿第一定律正确阐述了力和运动的关系：,,，物体受力的大小与速度的大小没有直接关系.,,物体的运动不需要力来维持,11/1/2024,26,,h,1.作用力与反作用力的关系,,作用力与反作用力的关系可总结为,“,三同、三异、三无,,关,”,.,,(1)三同,,同大小,,同时产生、变化、消失,,同性质,11/1/2024,27,,h,(2)三异,,,(3)三无关,反向,,异体,,不同效果,与物体的种类无关,,与相互作用的两物体的运动状态无关,,与是否与另外物体相互作用无关,11/1/2024,28,,h,2.相互作用力与平衡力的比较,,对应名称,,比较内容,,作用力和反作用力,二平衡力,不,,同,,点,,受力物体,作用在两个相互作用的物体上,作用在同,,一物体上,,依赖关系,相互依存，不能,,单独存在，同时,,产生，同时变化，,,同时消失,无依赖关系，撤除一个，另一个可依然存在,11/1/2024,29,,h,比较内容,,对应名称,,作用力和,,反作用力,二平衡力,不,,同,,点,叠加性,两力作用效果不能叠加，不能求合力,两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力且合力为零,,力的性质,一定是同,,性质的力,可能是同性质的力也可能不是同性质的力,相同点,,大小方向,大小相等、方向相反、作用在一条直线上,11/1/2024,30,,h,3.应用牛顿第三定律时应注意的问题,,(1)定律中的,“,总是,”,二字说明对于任何物体，在任何条件,,下牛顿第三定律都是成立的.,,(2)牛顿第三定律只对相互作用的两个物体成立，因为大,,小相等、方向相反、作用在两个物体上且作用在同一,,条直线上的两个力，不一定是作用力和反作用力.,11/1/2024,31,,h,汽车拉着拖车在平直的公路上运动，下面的说法正确的是 (　　),,,A.汽车能拉着拖车前进是因为汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力,,,B.汽车先对拖车施加拉力，然后才产生拖车对汽车的拉力,11/1/2024,32,,h,,C.匀速前进时，汽车对拖车的拉力等于拖车向后拉汽车的力；加速前进时，汽车向前拉拖车的力大于拖车向后拉汽车的力,,,D.拖车加速前进时，是因为汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦阻力；汽车加速前进是因为地面对汽车向前的作用力(牵引力)大于拖车对它的拉力,11/1/2024,33,,h,本题考查对作用力与反作用力关系的理解.要注意作用力与反作用力的关系，在任何情况下都成立.,11/1/2024,34,,h,[解题指导],汽车对拖车的拉力与拖车对汽车的拉力是一对作用力和反作用力，两者一定等大、反向、分别作用在拖车和汽车上，故,A,项错；作用力和反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失的，故,B,项错；不论汽车匀速运动还是加速运动，作用力和反作用力大小总相等，故,C,项错；拖车加速前进是因为汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦阻力(包括其他阻力)，汽车能加速前进是因为地面对汽车向前的作用力大于拖车对它向后的拉力，符合牛顿第二定律，故,D,项正确.,[答案],D,,11/1/2024,35,,h,[名师归纳],(1)本题易错选B，原因是误认为汽车先拉拖车，才会产生拖车拉汽车的力.,,(2)作用力与反作用力的关系与物体的运动状态和相互作用的物体被作用的效果无关.,11/1/2024,36,,h,11/1/2024,37,,h,11/1/2024,38,,h,11/1/2024,39,,h,本章的命题热点主要集中在以下几点：,,1．灵活运用隔离法和整体法求解加速度相等的连接体，,,注意两个物体受力上的联系，即牛顿第三定律．,,2．用正交分解法解决受力较为复杂的问题，在正交的,,两个方向上应用牛顿运动定律或平衡条件．,,3．综合应用牛顿运动定律和运动学规律分析、解决问,,题，注重考查运动上的连接．,11/1/2024,40,,h,1．在光滑水平面上有一质量为,m,,,的物块受到水平恒力,F,的作用,,而运动，在其正前方固定一个,,足够长的劲度系数为,k,的轻质弹,,簧，如图3－1所示．在物块与弹簧接触且向右运动的,,过程中，下列说法正确的是 (　　),11/1/2024,41,,h,A．物块在接触弹簧的过程中一直做减速运动,,B．物块接触弹簧后先加速后减速，当弹力等于,F,时其,,速度最大,,C．当弹簧处于压缩量最大时，物块的加速度等于,F,/,m,,D．当物块的速度为零时，弹簧的压缩量等于,F,/,k,11/1/2024,42,,h,解析：,物块接触弹簧后，弹簧形变量逐渐增大，开始一段时间弹力小于,F,，所以物块会继续向右加速，直到弹力等于,F,，此时加速度为0，但速度达到最大；物块继续向右运动，弹簧形变量继续增大，弹力大于,F,，加速度方向变为向左，开始减速，直到速度为零．故A错，B对；由于无法得知物块接触弹簧时的速度，弹簧的最大形变量无法得知，故加速度不能确定，故C错；物块速度为零时，弹簧压缩量必大于,F,/,k,，故D错．,答案：,B,,11/1/2024,43,,h,2．刚买回车的第一天，小明和父母去看望亲朋，小明的爸,,爸决定驾车前行．当拐一个弯时，发现前面是一个上,,坡．一个小男孩追逐一个球突然跑到车前．小明爸爸急,,踏刹车，车轮在马路上划出一道12 m长的黑带后停,,住．幸好没有撞着小男孩！小男孩若无其事地跑开,,了．路边目睹了全过程的一位交通警察走过来，递过来,,一张超速罚款单，并指出这段路最高限速是60 km/h.,11/1/2024,44,,h,小明对当时的情况作了调查：估计路面与水平面间的夹角为15°；查课本可知轮胎与路面的动摩擦因数,μ,＝0.60；从汽车说明书中查出该汽车的质量是1570 kg，小明的体重是60 kg；目击者告诉小明小男孩重30 kg，并用3.0 s的时间跑过了4.6 m宽的马路．又知cos15°＝0.9659，sin15°＝0.2588.,,根据以上信息，你能否用学过的物理知识到法庭为小明爸爸做无过失辩护？(,g,取9.8 m/s,2,),11/1/2024,45,,h,解析：,能进行无过失辩护．,,对汽车整体分析，由牛顿第二定律得：,mg,sin,θ,＋,F,f,＝,ma,,F,N,－,mg,cos,θ,＝0,,又因,F,f,＝,μF,N,，所以,a,＝,μg,cos,θ,＋,g,sin,θ,,代入数据可得,a,≈8.22 m/s,2,,刹车可认为做匀减速运动，末速度为零,,根据,v,2,－ ＝2,ax,,0－ ＝2,ax,,所以,v,0,＝,m/s≈14 m/s＜16.67 m/s＝60 km/h，不超速．,答案：,见解析,,11/1/2024,46,,h,3．跳水是一项优美的水上运动，如图3－2甲所示是跳水,,比赛中小将陈若琳和王鑫在跳台上腾空而起的英,,姿．其中陈若琳的体重约为30 kg，身高约为1.40 m，,,她站在离水面10 m高的跳台上，重心离跳台面的高度,,约为0.80 m，竖直向上跃起后重心升高0.45 m达到最,,高点，入水时身体竖直，,11/1/2024,47,,h,当手触及水面时伸直双臂做一个翻掌压水花的动作，如图乙所示，这时陈若琳的重心离水面约为0.80 m．设她在入水及在水中下沉过程中受到的水的作用力大小不变．空气阻力可忽略不计，重力加速度,g,取10 m/s,2,.(结果保留两位有效数字),图3－2,11/1/2024,48,,h,(1)求陈若琳从离开跳台到手触及水面的过程中可用于完成一系列动作的时间；,,(2)若陈若琳入水后重心下沉到离水面约2.2 m处速度变为零，试估算水对陈若琳的阻力的大小．,11/1/2024,49,,h,解析：,(1)陈若琳跃起后可看做竖直向上的匀减速运动，重心上升的高度,h,1,＝0.45 m,,设起跳速度为,v,0,，则 ＝2,gh,1,，上升过程的时间,t,1,＝,,解得,t,1,＝ ＝0.3 s,11/1/2024,50,,h,陈若琳从最高处自由下落到手触及水面的过程中重心下落的高度,h,＝10.45 m,,设下落过程的时间为,t,2,，则,h,＝,,解得,t,2,＝ s≈1.4 s,,陈若琳要完成一系列动作可利用的时间,t,＝,t,1,＋,t,2,＝1.7 s.,11/1/2024,51,,h,(2)陈若琳的手触及水面到她的重心下沉到离水面约2.2 m处的位移,x,＝3.0 m,,手触及水面时的瞬时速度,v,＝,,则,a,＝,,设水对她的作用力为,F,f,,由牛顿第二定律：,mg,－,F,f,＝,ma,,解得,F,f,＝,1.3×10,3,N.,答案：,(1)1.7 s　(2)1.3×10,3,N,,11/1/2024,52,,h,。