1、6用牛顿运动定律解决问题(一)学习目标1.科学思维明确动力学的两类基本问题(重点)2.科学方法掌握应用牛顿运动定律解题的基本思路和方法(难点)一、牛顿第二定律的作用确定了运动和力的关系，把物体的运动情况与受力情况联系起来二、两类基本问题1已知物体的受力情况，由牛顿第二定律求出物体的加速度，再通过运动学规律确定物体的运动情况2已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加速度，再根据牛顿第二定律确定物体所受的力1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)物体的加速度方向就是其运动方向()(2)同一个物体，其所受合外力越大，加速度越大()(3)同一个物体，其所受合外力越大，运动越快()(4)对于
2、任何运动物体，它在任何一段时间内的平均速度都等于该段时间初、末速度的平均值()2(多选)一质量为m的雨滴在下落过程中，加速度越来越小，最后雨滴将以某一速度匀速下降，在雨滴下降的过程中，下列说法中正确的是()A雨滴受到的阻力恒定B雨滴受到的阻力越来越大C雨滴受到的阻力越来越小D雨滴先做变加速运动，再做匀速运动BD由mgFfma，可知若加速度越来越小，则阻力越来越大，故选项B正确，A、C错误；加速度发生变化，就叫变加速运动，故选项D正确3A、B两物体以相同的初速度滑到同一粗糙水平面上，若两物体的质量mAmB，两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相同，则两物体能滑行的最大距离xA与xB相比为()AxAx
3、BBxAxBCxAxBD不能确定A由Ffmgma得ag，故A、B两物体的加速度相同，又据运动学公式v2ax知x，故两物体滑行的最大距离xAxB，故A正确根据受力确定运动情况1.问题界定：已知物体受力情况确定运动情况，指的是在受力情况已知的条件下，判断出物体的运动状态或求出物体的速度和位移2解题思路 3解题步骤(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力图(2)根据力的合成与分解，求出物体所受的合外力(包括大小和方向)(3)根据牛顿第二定律列方程，求出物体运动的加速度(4)结合物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需求的运动学参量任意时刻的位移和速度，以及运动轨迹等【例1】如
4、图所示，在海滨游乐场里有一种滑沙运动某人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始滑下，滑到斜坡底端B点后，沿水平的滑道再滑行一段距离到C点停下来若人和滑板的总质量m60.0 kg，滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因数均为0.5，斜坡的倾角37(sin 370.6，cos 370.8)，斜坡与水平滑道间是平滑连接的，整个运动过程中空气阻力忽略不计，取重力加速度g10 m/s2.求：(1)人从斜坡上滑下的加速度为多大？(2)若由于场地的限制，水平滑道BC的最大长度L20.0 m，则斜坡上A、B两点间的距离应不超过多少？思路点拨：解析(1)人和滑板在斜坡上的受力如图所示，建立直角坐标系设人和滑板在斜坡
5、上滑下的加速度大小为a1，由牛顿第二定律得mgsin Ffma1，FNmgcos 0，其中FfFN，联立解得人和滑板滑下的加速度大小为a1g(sin cos )2.0 m/s2.(2)人和滑板在水平滑道上的受力如图所示由牛顿第二定律得FNmg0，Ffma2，其中FfFN，联立解得人和滑板在水平滑道上运动的加速度大小为a2g5.0 m/s2，设人从斜坡上滑下的最大距离为LAB，整个运动过程中由匀变速直线运动公式得v2a1LAB,0v2a2L联立解得LAB50.0 m.答案(1)2.0 m/s2(2)50.0 m上例中，若人坐在滑板上从底端B处向斜坡上冲去，如果vB20 m/s，则冲上斜坡的最大距
6、离是多少？提示：设上坡时加速度大小为a3，由牛顿第二定律得mgsin Ffma3，解得a3g(sin cos )10 m/s2由vB22a3x解得x20 m.跟进训练1如图所示，固定的斜面AB与水平面BC在B处平滑连接，倾角30，一质量m1 kg的物体，从斜面上A点由静止自由滑下，到达B点时速度为4 m/s.若斜面光滑，物体与水平面间动摩擦因数0.1，g取10 m/s2，求：(1)物体在斜面下滑时的加速度；(2)AB段的长度；(3)物体在水平面上滑行的时间解析(1)分析物体在斜面上受力情况，由牛顿第二定律得：mgsin 30ma1，解得a15 m/s2.(2)因为v202a1x，故AB的长度x
7、1.6 m.(3)分析物体在水平面上受力情况，物体在水平面上滑行时，根据牛顿第二定律得mgma2,0va2t物体在水平面滑行时间t4 s.答案(1)5 m/s2(2)1.6 m(3)4 s应用牛顿第二定律解题时求合力的方法(1)合成法物体只受两个力的作用产生加速度时，合力的方向就是加速度的方向，解题时要求准确作出力的平行四边形，然后运用几何知识求合力F合反之，若知道加速度方向就知道合力方向(2)正交分解法当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时，通常用正交分解法解答，一般把力正交分解为加速度方向和垂直于加速度方向的两个分量即沿加速度方向：Fxma，垂直于加速度方向：Fy0.根据运动情况确定受力
8、1问题界定：已知物体运动情况确定受力情况，指的是在运动情况(如物体的运动性质、速度、加速度或位移)已知的条件下，要求得出物体所受的力2解题思路3解题步骤(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动过程分析，并画出受力图和运动草图(2)选择合适的运动学公式，求出物体的加速度(3)根据牛顿第二定律列方程，求物体所受的合外力(4)根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力【例2】在游乐场，有一种大型游乐设施跳楼机，如图所示，参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，提升到离地最大高度64 m处，然后由静止释放，开始下落过程可认为自由落体运动，然后受到一恒定阻力而做匀减速运动，且下落到离地面4 m高处
9、速度恰好减为零已知游客和座椅总质量为1 500 kg，下落过程中最大速度为20 m/s，重力加速度g取10 m/s2.求：(1)游客下落过程的总时间；(2)恒定阻力的大小思路点拨：游客和座椅自由落体运动的末速度为下落过程的最大速度游客和座椅下落的总高度为64 m4 m60 m.解析(1)设下落的最大速度为vm20 m/s由v2gh1，vmgt1可知，游客下落过程中自由落体过程对应的时间t12 s下落高度h120 m设游客匀减速下落过程的高度为h2，加速度为a2则v2a2h2，h264 m4 mh140 m可得a25 m/s2由vma2t20可得游客匀减速下落的时间t24 s游客下落过程的总时间
10、tt1t26 s.(2)设匀减速过程中所受阻力大小为Ff由牛顿第二定律可得：Ffmgma2解得Ffm(a2g)2.25104 N.答案(1)6 s(2)2.25104 N从运动情况确定受力的两点提醒(1)由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合外力的方向，不能将速度的方向和加速度的方向混淆(2)题目中所求的力可能是合力，也可能是某一特定的力，求合力时，则F合ma，求某一分力时根据力的合成或分解列式求解跟进训练2(教材P87T3改编)民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口，发生意外情况的飞机着陆后，打开紧急出口的舱门，会自动生成一个由气囊组成的斜面，机舱中的乘客就可以沿斜
11、面迅速滑行到地面上来若某型号的客机紧急出口离地面高度为4.0 m，构成斜面的气囊长度为5.0 m要求紧急疏散时，乘客从气囊上由静止下滑到达地面的时间不超过2.0 s(g取10 m/s2)，则：(1)乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大？(2)气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少？解析(1)由题意可知，h4.0 m，L5.0 m，t2.0 s.设斜面倾角为，则sin .乘客沿气囊下滑过程中，由Lat2得a，代入数据得a2.5 m/s2.(2)在乘客下滑过程中，对乘客受力分析如图所示，沿x轴方向有mgsin Ffma，沿y轴方向有FNmgcos 0，又FfFN，联立方程解得0.92.答案(1)2
12、.5 m/s2(2)0.921科学思维已知物体受力情况，根据牛顿第二定律分析物体运动情况；已知物体运动情况，分析物体受力情况2科学方法解决动力学两类问题的方法步骤1光滑水平面上静止一个物体，现有水平恒力F作用在物体上，使物体的位移为x0时，立刻换成4F的力，作用相同时间，物体的总位移为()Ax0Bx0C0D2x0A以F方向为正方向，设开始阶段加速度为a，则后一阶段加速度为4a，由运动规律：x0at2，xatt4at2，xx0x.三个方程联立求得xx0，故A正确2如图所示，A、B两物块叠放在一起，在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动，运动过程中B受到的摩擦力()A方向向左，大小不变
13、B方向向左，逐渐减小C方向向右，大小不变D方向向右，逐渐减小A对于多个物体组成的系统，若系统内各个物体具有相同的运动状态，应优先选取整体法分析，再采用隔离法求解取A、B系统整体分析有f(mAmB)g(mAmB)a，ag，B与A具有相同的运动状态，取B为研究对象，由牛顿第二定律有fABmBamBg常数，物块B做速度方向向右的匀减速运动，故其加速度方向向左3物体甲、乙原来静止于光滑水平面上从t0时刻开始，甲沿水平面做直线运动，速度随时间变化如图甲所示；乙受到如图乙所示的水平拉力作用则在04 s的时间内()甲乙A甲物体所受合力不断变化B甲物体的速度不断减小C2 s末乙物体改变运动方向D2 s末乙物体
14、速度达到最大D对于甲物体，由vt图线可知，其加速度恒定，合力恒定，选项A错误；甲物体的速度先减小为零，再逐渐增大，选项B错误；对于物体乙，由题图乙可知，合力先逐渐减小为零，再反向逐渐增大，因而物体乙先做加速度减小的加速运动，t2 s时速度达到最大，然后做加速度增大的减速运动，t4 s时速度减小为零，选项C错误，D正确4.如图所示，截面为直角三角形的木块置于粗糙的水平地面上，其倾角30.现木块上有一质量m1.0 kg的滑块从斜面下滑，测得滑块在0.40 s内速度增加了1.4 m/s，且知滑块滑行过程中木块处于静止状态，重力加速度g取10 m/s2，求：(1)滑块滑行过程中受到的摩擦力大小；(2)滑块滑行过程中木块受到地面的摩擦力大小及方向解析(1)由题意可知，滑块滑行的加速度a m/s23.5 m/s2.对滑块受力分析，如图甲所示，根据牛顿第二定律得mgsin Ffma，解得Ff1.5 N.甲乙(2)根据(1)问中的滑块受力示意图可得FNmgcos .对木块受力分析，如图乙所示，根据牛顿第三定律有FNFN，根据水平方向上的平衡条件可得Ff地Ffcos FNsin ，解得Ff地3.03 N，Ff地为正值，说明图中标出的方向符合实际，故摩擦力方向水平向左答案(1)1.5 N(2)3.03 N方向水平向左
