《4.5 牛顿第二定律的应用》ppt课件

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第五章 力学原理的实践应用,第四章 力与运动,学习目标 1.清楚力学分析的两种核心课题. 2.熟练运用牛顿运动原理解决具体问题.,内容安排,自我学习 新知识预习 基础知识巩固,关键解析 重点知识突破 探索核心内容,能力评估 学习效果检验 确认学习成果,自我学习,一、牛顿第二定律的功能 牛顿第二定律阐述了运动与力的联系：加速度的量值和物体承受外力的程度成正比，与物体自身的属性成反比；加速度的指向与物体受力方向的指向一致.,作用在物体上的外力,物体固有的属性,施加给物体,外力,二、两种核心课题 1.依据力的作用推断运动特征 如果知晓物体的受力状况，便能借助牛顿第二定律计算出物体的加速度，再运用运动学公式就可以明确物体的运动状态. 2.根据运动特征分析力的作用

已知物体运动状态，可通过运动学公式计算出物体速度变化率，再借助牛顿第二定律便可明确物体承受外力大小，即通过学习即可实践应用 判断以下论断是否正确。(1)依据物体速度变化率指向可推断受力方向。(2)依据物体速度变化率指向可判断所受各力方向。(3)物体运动状态转变情况取决于其受力状况。(4)物体运动状态转变情况取决于其对他者施加作用力情形，答案，深入解析，一、从受力推算运动情形，引导探索 一辆汽车在高速公路上正以108千米每小时的速度向前行驶，司机察觉前方突发险情而制动，已知制动时汽车承受的阻尼力为车体重量的0.5倍。则汽车

制动时的减速率是多少？车辆在停止前需要滑行多长的轨迹？整个制动过程耗时多久？按照g10米每平方秒计算得出结果，需要知识拓展与理解 1.分析物体运动状态应遵循的解题流程： (1)明确考察对象，对其施加的力进行剖析，并绘制受力示意图。 (2)运用力的合成原理，计算合力的大小和方向。 (3)依据牛顿第二运动原理建立方程，求解加速度值。 (4)参考物体初始运动状态，选用恰当的运动公式，推算出任意时刻的位置坐标和速度矢量kaiyun全站网页版登录，以及运动持续时长等数据。 2.解题要点提示： (1)当物体同时受到两个角度不同的力作用时，可借助平行四边形法则确定合力；若物体承受三个或更多力的作用，则多采用正交分解方法计算合力； (2)采用正交分解方法求取合力时，一般将加速度矢量作为分解基准方向

在x轴正方向，构建直角坐标系，需要将物体承受的所有力分解到x轴和y轴上，依照力各自作用的法则，两个方向上的总力分别引发对应的加速度，通过联立方程式，例如图1展示，一个质量为2千克的物体静置在平坦地面，物体与地面之间的滑动摩擦力数值为它们之间正压力的0.25倍，此时对物体施加一个大小为8牛、与水平面成37度角斜向上的外力，已知sin 37度等于0.6，cos 37度等于0.8，重力加速度设为10米每平方秒，要求，结果，说明，图1，(1)绘制物体的受力示意图，并计算物体的加速度；结果 在说明图1.3米每平方秒，指向向右，说明 对物体实施受力剖析如图，依据牛顿第二定律可知：外力乘以cos 37度减去摩擦力等于质量乘以加速度，外力乘以sin 37度等于正压力，正压力加上摩擦力等于质量乘以重力加速度，解得：加速度为1

加速度为0.3米每平方秒，方向朝向右侧，第二点，物体在拉力的影响下，经过五秒后的速度数值为六点五米每秒，第三点，物体在拉力的作用下，在五秒时间范畴内行进的总距离为十六点二五米

答案为每秒两米平方，参见图二，通过分析刷子的受力情况，以刷子为考察对象，杆施加给刷子的力记作F，刷子与接触面间的摩擦力记作f，天花板对刷子的支持力为FN，刷子自身的重力表示为mg，依据牛顿运动第二定律，可以列出方程式，(F减去mg)乘以正弦三十七度，加上(F减去mg)乘以余弦三十七度kaiyun全站登录网页入口，等于ma，将已知数值代入方程式，计算得出加速度值为每秒两米平方，第二部分是计算工人将刷子从天花板底部移动至顶部所需的时间，答案为两秒，通过代入数据解算，时间t等于两秒，二、讲解如何从物体的运动状态推断其受力特点的解题方法，首先明确考察对象，对考察对象实施受力研究并分析其运动轨迹，同时绘制出受力示意图和运动过程图，其次选用恰当的运动学公式，计算出物体的加速度值，接着按照牛顿第二定律建立方程式，求解物体所受的合力，最后运用力的合成与分解的原理，

运用合适方法，可以计算出目标力的大小，具体案例如下：一辆汽车在持续驱动力影响下，从静止状态出发沿直线前进，4秒时间行进8米，随后切断动力，车辆继续运行2秒后静止，已知该车的质量为2103千克，行驶期间所遇阻力保持恒定，要求：(1)动力关闭时车辆的即时速度；(2)车辆行驶期间遭遇的阻力数值；(3)车辆驱动力的大小，其中，(1)的解答为4米每秒，(2)的答案为4103牛顿，依据牛顿第二运动原理推导得出，即阻力等于质量乘以减速度，(3)的解答应为6103牛顿，分析过程设定加速阶段的加速度为a1，通过计算得出阻力为4103牛顿，再根据牛顿第二运动原理，驱动力减去阻力等于质量乘以加速度，最终求得驱动力为6103牛顿，分析受力情况时需注意以下两点：首先，应依据运动学规律

根据物理定律，必须关注加速度的指向，以此判断合外力的指向，切记不可将运动趋势与加速度指向相混淆。在解题过程中，所需求的力可能是整体作用力，也可能是某个具体的作用力，均需先计算合外力的大小与方向，再运用力的合成与分解方法求得各个分力。民用航空客机的客舱除了常规门之外，还配备紧急撤离通道，当飞机在紧急状况下降落时，开启该通道的门会自动形成由充气装置构成的倾斜平面，乘客可沿此平面快速滑降至地面。某类型客机的紧急出口距离地面高度为4.0米，充气斜面的长度为5.0米。要求乘客在紧急撤离时，从充气斜面上由静止状态滑至地面所需时间不超过2.0秒，其中重力加速度取10米每平方秒，则：乘客在充气斜面上滑动的

加速度最小值是多少？答案为2.5米每二次方秒，解析如下，已知高度为4.0米，水平距离为5.0米，用时2.0秒，答案，解析，(2)气囊与下滑乘客之间的动摩擦系数最大值是多少？,分析 乘客向下滑动时受力情况如图所示，沿水平方向有重力分力等于质量乘以加速度，,沿竖直方向有支持力等于重力分量，,摩擦力等于支持力，,通过解方程组得出，,三、复杂物理过程解析,1.当题目所述物理现象较为繁杂，包含多个阶段时，需明确整体由多少个基本阶段构成，将过程进行合理划分，并找出相邻阶段之间的衔接点，然后逐一剖析每个阶段, 衔接点包括：前阶段结束时的速度等于后阶段开始时的速度，此外还有位移关联、时间关联等, 2.特别留意：由于不同阶段受力状况不同，导致加速度也会随之变化

运动状态会不断改变，因此需要对每个阶段单独分析受力情况，并分别计算加速度，例如在图3中展示的滑雪场场景，AC部分为长8米且倾斜角度为37度的斜坡，CD部分是与斜坡无缝衔接的平地，滑雪者从A点出发保持静止状态向下滑动，当到达C点时速度大小保持不变，接着在水平面上继续滑动直到最终停止，人与接触面之间的动摩擦系数都是0.25，不考虑空气带来的阻力影响，已知重力加速度g为10米每秒平方，正弦值sin37为0.6，余弦值cos37为0.8，需要求解的是，解答如下，分析过程如下，(1)计算滑雪者从斜坡顶端A滑到底端C所需的时间；结果为2秒，分析图示中滑雪者在斜坡上下滑时的受力情况，设定沿斜坡方向下滑的加速度为a，沿着斜坡方向应用牛顿第二定律得到 mgsin37动摩擦力ma，垂直于斜坡方向则有支持力等于滑雪者的重力分量，

由前述公式可知，agsin与gcos之比值为4米每平方秒，依据匀变速运动原理，L可推算出，计算结果显示，t为2秒，(2)个体在离开C点的某个位置处终止运动答案 12.8米, 解析, 当人在平地上滑动时, 水平方向仅受到地面产生的阻力作用, 假设人在平地上减速的加速度值为a, 根据牛顿运动定律可以推导出, 重力与摩擦力的关系式为mg=ma, 设人到达C点的速度为v, 依据匀速直线运动原理, 可以得到, 在斜坡上滑动的过程中, v^2=2aL, 在平地上滑动的过程中, 0=v^2+2as, 将上述各式结合起来, 解得s=12.8米, 答案, 解析, 复杂问题处理方式, 第一步, 需要分别分析每个阶段的受力状态和运动状态, 根据每个阶段的受力特征和运动特征, 确定解题策略, 选用正交分解法或合成法, 并选择合适的运动学公式, 第二步, 注意

物理量之间的关联包含时间、位置及速率的对应，需要通过达标测试来验证，具体题目如下，1，2，3，1，一个静止于水平地面的物体，其质量为2千克，受到水平方向的拉力为6牛，开始移动，已知物体与地面间的动摩擦系数为0.2，并且重力加速度取10米每平方秒，则选项有 A，2秒后物体的速度为2米每秒，B，2秒内物体的移动距离为6米，C，2秒内物体的移动距离为2米，D，2秒内物体的平均速度为2米每秒，正确答案为，解析，物体在垂直方向上承受的重力与支持力相互抵消，合力为零，在水平方向上受到拉力F和滑动摩擦力f的作用，依据牛顿第二定律可知，Ff等于ma，又因为f等于mg，将两者结合求解，得到加速度a为1米每平方秒，因此2秒后物体的

该高速列车最高行驶时速为270公里每小时，发动机稳定推动力为157吨力，列车整体重量总计100吨，行驶时所遇阻碍相当于自身重量的十分之一，假设在发动机持续发力作用下沿直线做等速变化运动，那么从完全静止状态加速至最大运行速度，总共需要经过多长时间？重力加速度为10米每平方秒，参见图4，最终结果为131.58秒，编号1、2、3，详细说明如下：列车整体重量为100吨即1.0105千克，最高行驶时速可达270千米每小时转换为75米每秒，列车遭遇的阻碍力为总重力的十分之一即1.0105牛顿。根据牛顿第二运动原理，驱动力减去阻碍力等于质量乘以加速度，因此可推导出相关数据。

质量为七十五千克的滑雪者，以八米每秒的初速度，沿着角度为三十七度的斜坡，向上自由滑动，雪橇与斜面之间的动摩擦系数是二十五分一，假设斜坡非常长，三十七度的正弦值是零点六，余弦值是零点八，重力加速度取十米每秒平方，不考虑空气阻力。需要求解：第一，滑雪者沿斜坡向上能够达到的最大位移；答案是四米。滑雪者受到重力七十五千克乘以十米每秒平方，支持力，以及摩擦力，设滑雪者的加速度为a1，按照牛顿第二定律，有七十五千克乘以十米每秒平方乘以零点六减去摩擦力等于七十五千克乘以a1，a1的方向是沿着斜坡向下。在垂直于斜坡的方向kaiyun.ccm，支持力等于七十五千克乘以十米每秒平方乘以零点八，摩擦力等于支持力，通过这些公式可以解得a1等于十米每秒平方乘以零点六减去零点八，结果是八米每秒平方，向上滑动的过程中，对滑雪者进行受力分析，滑雪者沿斜坡向上做匀减速直线运动，速度减小到零时的位移是四米，也就是滑雪者沿斜坡向上能够达到的最大距离是四米。第二，如果滑雪者滑行到最高点后改变方向向下滑行，求他滑回到起点时的速度大小。解析滑雪者沿斜坡向下滑动时，对其进行受力分析，滑雪者受到重力七十五千克乘以十米每秒平方，支持力，以及沿斜坡向上的摩擦力，设加速度为a2，按照牛顿第二定律，有七十五千克乘以十米每秒平方乘以零点六减去摩擦力等于七十五千克乘以a2，a2的方向是沿着斜坡向下，在垂直于斜坡的方向，支持力等于七十五千克乘以十米每秒平方乘以零点八，摩擦力等于支持力，通过这些公式可以解得a2等于十米每秒平方乘以零点六减去零点八，结果是四米每秒平方。