高三物理一轮教案牛顿运动定律的应用doc高中物理

2022届高三物理一轮教案牛顿运动定律的应用教学目标：1．掌握运用牛顿三定律解决动力学问题的根本方法、步骤2．学会用整体法、隔离法进展受力分析，并熟练应用牛顿定律求解3．理解超重、失重的概念，并能解决有关的问题4．掌握应用牛顿运动定律分析问题的根本方法和根本技能教学重点：牛顿运动定律的综合应用教学难点：受力分析，牛顿第二定律在实际问题中的应用教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：一、牛顿运动定律在动力学问题中的应用1．运用牛顿运动定律解决的动力学问题常常可以分为两种类型（两类动力学根本问题）：（1）已知物体的受力情况，要求物体的运动情况．如物体运动的位移、速度及时间等．（2）已知物体的运动情况，要求物体的受力情况（求力的大小和方向）．但不管哪种类型，一般总是先根据已知条件求出物体运动的加速度，然后再由此得出问题的答案．两类动力学根本问题的解题思路图解如下：-13-/13\n牛顿第二定律加速度a运动学公式运动情况第一类问题受力情况加速度a另一类问题牛顿第二定律运动学公式可见，不管求解那一类问题，求解加速度是解题的桥梁和纽带，是顺利求解的关键。点评：我们遇到的问题中，物体受力情况一般不变，即受恒力作用，物体做匀变速直线运动，故常用的运动学公式为匀变速直线运动公式，如等.2．应用牛顿运动定律解题的一般步骤（1）认真分析题意，明确已知条件和所求量，搞清所求问题的类型。（2）选取研究对象.所选取的研究对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的整体.同一题目，根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象。（3）分析研究对象的受力情况和运动情况。（4）当研究对象所受的外力不在一条直线上时：如果物体只受两个力，可以用平行四边形定那么求其合力；如果物体受力较多，一般把它们正交分解到两个方向上去分别求合力；如果物体做直线运动，一般把各个力分解到沿运动方向和垂直运动的方向上。（5）根据牛顿第二定律和运动学公式列方程，物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式，按代数和进展运算。（6）求解方程，检验结果，必要时对结果进展讨论。3．应用例析【例1】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点由静止开场下滑，如以下图（g取10m/s2）（1）假设斜面与物体间的动摩擦因数为0.5，求小物体下滑到斜面底端B点时的速度及所用时间．（2）假设给小物体一个沿斜面向下的初速度，恰能沿斜面匀速下滑，那么小物体与斜面间的动摩擦因数μ是多少?-13-/13\n解析：题中第（1）问是知道物体受力情况求运动情况；第（2）问是知道物体运动情况求受力情况。（1）以小物块为研究对象进展受力分析，如以下图。物块受重力mg、斜面支持力N、摩擦力f，垂直斜面方向上受力平衡，由平衡条件得：mgcos30°-N=0沿斜面方向上，由牛顿第二定律得：mgsin30°-f=ma又f=μN由以上三式解得a=0.67m/s2小物体下滑到斜面底端B点时的速度：3.65m/s运动时间：s（2）小物体沿斜面匀速下滑，受力平衡，加速度a＝0，有垂直斜面方向：mgcos30°-N=0沿斜面方向：mgsin30°-f=0又f=μN解得：μ＝0.58【例2】如以下图，一高度为h=0.8m粗糙的水平面在B点处与一倾角为θ=30°光滑的斜面BC连接，一小滑块从水平面上的A点以v0=3m/s的速度在粗糙的水平面上向右运动。运动到B点时小滑块恰能沿光滑斜面下滑。已知AB间的距离s=5m，求：（1）小滑块与水平面间的动摩擦因数；（2）小滑块从A点运动到地面所需的时间；-13-/13\n解析：（1）依题意得vB1=0，设小滑块在水平面上运动的加速度大小为a，那么据牛顿第二定律可得f=μmg=ma，所以a=μg，由运动学公式可得得，t1=3.3s（2）在斜面上运动的时间t2=，t=t1+t2=4.1s【例3】静止在水平地面上的物体的质量为2kg，在水平恒力F推动下开场运动，4s末它的速度到达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①设摩擦力为，由牛顿第二定律得②后6s内物体的加速度为③物体所受的摩擦力大小不变，由牛顿第二定律得④由②④可求得水平恒力F的大小为点评：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，假设不同，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。分析受力时要注意前后过程中哪些力发生了变化，哪些力没发生变化。四、连接体（质点组）-13-/13\n在应用牛顿第二定律解题时，有时为了方便，可以取一组物体（一组质点）为研究对象。这一组物体一般具有相同的速度和加速度，但也可以有不同的速度和加速度。以质点组为研究对象的好处是可以不考虑组内各物体间的相互作用，这往往给解题带来很大方便。使解题过程简单明了。二、整体法与隔离法1．整体法：在研究物理问题时，把所研究的对象作为一个整体来处理的方法称为整体法。采用整体法时不仅可以把几个物体作为整体，也可以把几个物理过程作为一个整体，采用整体法可以防止对整体内部进展繁锁的分析，常常使问题解答更简便、明了。运用整体法解题的根本步骤：（1）明确研究的系统或运动的全过程.（2）画出系统的受力图和运动全过程的示意图.（3）寻找未知量与已知量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解2．隔离法：把所研究对象从整体中隔离出来进展研究，最终得出结论的方法称为隔离法。可以把整个物体隔离成几个局部来处理，也可以把整个过程隔离成几个阶段来处理，还可以对同一个物体，同一过程中不同物理量的变化进展分别处理。采用隔离物体法能排除与研究对象无关的因素，使事物的特征明显地显示出来，从而进展有效的处理。运用隔离法解题的根本步骤：（1）明确研究对象或过程、状态，选择隔离对象.选择原那么是：一要包含待求量，二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少。-13-/13\n（2）将研究对象从系统中隔离出来；或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来。（3）对隔离出的研究对象、过程、状态分析研究，画出某状态下的受力图或某阶段的运动过程示意图。（4）寻找未知量与已知量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解。3．整体和局部是相对统一相辅相成的隔离法与整体法，不是相互对立的，一般问题的求解中，随着研究对象的转化，往往两种方法穿插运用，相辅相成.所以，两种方法的取舍，并无绝对的界限，必须具体分析，灵活运用.无论哪种方法均以尽可能防止或减少非待求量（即中间未知量的出现，如非待求的力，非待求的中间状态或过程等）的出现为原那么4．应用例析【例4】如以下图，A、B两木块的质量分别为mA、mB，在水平推力F作用下沿光滑水平面匀加速向右运动，求A、B间的弹力FN。解析：这里有a、FN两个未知数，需要要建立两个方程，要取两次研究对象。比较后可知分别以B、（A+B）为对象较为简单（它们在水平方向上都只受到一个力作用）。可得点评：这个结论还可以推广到水平面粗糙时（A、B与水平面间μ相同）；也可以推广到沿斜面方向推A、B向上加速的问题，有趣的是，答案是完全一样的。【例5】如以下图，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-13-/13\n根据牛顿第二定律知：F＝（2m＋m）aa＝F／3m取B为研究对象，其水平方向只受A的作用力F1，根据牛顿第二定律知：F1＝ma故F1＝F／3点评：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.α【例6】如图，倾角为α的斜面与水平面间、斜面与质量为m的木块间的动摩擦因数均为μ，木块由静止开场沿斜面加速下滑时斜面始终保持静止。求水平面给斜面的摩擦力大小和方向。解：以斜面和木块整体为研究对象，水平方向仅受静摩擦力作用，而整体中只有木块的加速度有水平方向的分量。可以先求出木块的加速度，再在水平方向对质点组用牛顿第二定律，很容易得到：如果给出斜面的质量M，此题还可以求出这时水平面对斜面的支持力大小为：FN=Mg+mg（cosα+μsinα）sinα，这个值小于静止时水平面对斜面的支持力。ABF【例7】如以下图，mA=1kg，mB=2kg，A、B间静摩擦力的最大值是5N，水平面光滑。用水平力F拉B，当拉力大小分别是F=10N和F=20N时，A、B的加速度各多大？解析：先确定临界值，即刚好使A、B发生相对滑动的F值。当A、B-13-/13\n间的静摩擦力到达5N时，既可以认为它们仍然保持相对静止，有共同的加速度，又可以认为它们间已经发生了相对滑动，A在滑动摩擦力作用下加速运动。这时以A为对象得到a=5m/s2；再以A、B系统为对象得到F=（mA+mB）a=15N（1）当F=10N<15N时，A、B一定仍相对静止，所以（2）当F=20N>15N时，A、B间一定发生了相对滑动，用质点组牛顿第二定律列方程：，而aA=5m/s2，于是可以得到aB=7.5m/s2【例8】如以下图，质量为M的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球，开场时小球在杆的顶端，由静止释放后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的，即a=g，那么小球在下滑的过程中，木箱对地面的压力为多少？命题意图：考察对牛顿第二定律的理解运用能力及灵活选取研究对象的能力.B级要求.错解分析：（1）局部考生习惯于具有相同加速度连接体问题演练，对于“一动一静”连续体问题难以对其隔离，列出正确方程.（2）思维缺乏创新，对整体法列出的方程感到疑惑.解题方法与技巧：解法一：（隔离法）-13-/13\n木箱与小球没有共同加速度，所以须用隔离法.取小球m为研究对象，受重力mg、摩擦力Ff，如图2-4，据牛顿第二定律得：mg-Ff=ma①取木箱M为研究对象，受重力Mg、地面支持力FN及小球给予的摩擦力Ff′如图.据物体平衡条件得：FN-Ff′-Mg=0②且Ff=Ff′③由①②③式得FN=g由牛顿第三定律知，木箱对地面的压力大小为FN′=FN=g.解法二：（整体法）对于“一动一静”连接体，也可选取整体为研究对象，依牛顿第二定律列式：（mg+Mg）-FN=ma+M×0故木箱所受支持力：FN=g，由牛顿第三定律知：木箱对地面压力FN′=FN=g.三、临界问题-13-/13\n在某些物理情境中，物体运动状态变化的过程中，由于条件的变化，会出现两种状态的衔接，两种现象的分界，同时使某个物理量在特定状态时，具有最大值或最小值。这类问题称为临界问题。在解决临界问题时，进展正确的受力分析和运动分析，找出临界状态是解题的关键。【例9】一个质量为0.2kg的小球用细线吊在倾角θ=53°的斜面顶端，如图，斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计摩擦，当斜面以10m/s2的加速度向右做加速运动时，求绳的拉力及斜面对小球的弹力.命题意图：考察对牛顿第二定律的理解应用能力、分析推理能力及临界条件的挖掘能力。错解分析：对物理过程缺乏清醒认识，无法用极限分析法挖掘题目隐含的临界状态及条件，使问题难以切入.解题方法与技巧：当加速度a较小时，小球与斜面体一起运动，此时小球受重力、绳拉力和斜面的支持力作用，绳平行于斜面，当加速度a足够大时，小球将“飞离”斜面，此时小球受重力和绳的拉力作用，绳与水平方向的夹角未知，题目中要求a=10m/s2时绳的拉力及斜面的支持力，必须先求出小球离开斜面的临界加速度a0.（此时，小球所受斜面支持力恰好为零）由mgcotθ=ma0所以a0=gcotθ=7.5m/s2因为a=10m/s2＞a0-13-/13\n所以小球离开斜面N=0，小球受力情况如图，那么Tcosα=ma，Tsinα=mg所以T==2.83N，N=0.四、超重、失重和视重1．超重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的情况称为超重现象。产生超重现象的条件是物体具有向上的加速度。与物体速度的大小和方向无关。产生超重现象的原因：当物体具有向上的加速度a（向上加速运动或向下减速运动）时，支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力）为F，由牛顿第二定律得F－mg＝ma所以F＝m（g＋a）＞mg由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）F′＞mg.2．失重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的情况称为失重现象。产生失重现象的条件是物体具有向下的加速度，与物体速度的大小和方向无关.产生失重现象的原因：当物体具有向下的加速度a（向下加速运动或向上做减速运动）时，支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力）为F。由牛顿第二定律mg－F＝ma，所以-13-/13\nF＝m（g－a）＜mg由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）F′＜mg.完全失重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的状态，叫做完全失重状态.产生完全失重现象的条件：当物体竖直向下的加速度等于重力加速度时，就产生完全失重现象。点评：（1）在地球外表附近，无论物体处于什么状态，其本身的重力G＝mg始终不变。超重时，物体所受的拉力（或支持力）与重力的合力方向向上，测力计的示数大于物体的重力；失重时，物体所受的拉力（或支持力）与重力的合力方向向下，测力计的示数小于物体的重力.可见，在失重、超重现象中，物体所受的重力始终不变，只是测力计的示数（又称视重）发生了变化，好似物体的重量有所增大或减小。（2）发生超重和失重现象，只决定于物体在竖直方向上的加速度。物体具有向上的加速度时，处于超重状态；物体具有向下的加速度时，处于失重状态；当物体竖直向下的加速度为重力加速度时，处于完全失重状态.超重、失重与物体的运动方向无关。3．应用例析【例10】质量为m的人站在升降机里，如果升降机运动时加速度的绝对值为a，升降机底板对人的支持力F=mg+ma，那么可能的情况是A.升降机以加速度a向下加速运动B.升降机以加速度a向上加速运动-13-/13\nC.在向上运动中，以加速度a制动D.在向下运动中，以加速度a制动解析：升降机对人的支持力F=mg+ma大于人所受的重力mg，故升降机处于超重状态，具有向上的加速度。而A项中加速度向下，C项中加速度也向下，即处于失重状态。故只有选项B、D正确。【例11】以下四个实验中，能在绕地球飞行的太空实验舱中完成的是A．用天平测量物体的质量B．用弹簧秤测物体的重力C．用温度计测舱内的温度D．用水银气压计测舱内气体的压强解析：绕地球飞行的太空试验舱处于完全失重状态，处于其中的物体也处于完全失重状态，物体对水平支持物没有压力，对悬挂物没有拉力。用天平测量物体质量时，利用的是物体和砝码对盘的压力产生的力矩，压力为0时，力矩也为零，因此在太空实验舱内不能完成。同理，水银气压计也不能测出舱内温度。物体处于失重状态时，对悬挂物没有拉力，因此弹簧秤不能测出物体的重力。温度计是利用了热胀冷缩的性质，因此可以测出舱内温度。故只有选项C正确。-13-/13