必修一 4.6用牛頓定律解決問題(一)學(xué)案

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高一 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
必修一 4.6用牛頓定律解決問題(一)學(xué)案
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
一、預(yù)習(xí)目標(biāo)
1.已知物體的受力情況,求物體的運(yùn)動(dòng)情況。(自主預(yù)習(xí)例題一)
2.已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,求物體的受力情況。(自主預(yù)習(xí)例題二)
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容(自主學(xué)習(xí)課本89頁—91頁)
三、提出疑惑
同學(xué)們,通過你的自主學(xué)習(xí),你還有哪些疑惑,請(qǐng)把它填在下面的表格中
疑惑點(diǎn)疑惑內(nèi)容
課內(nèi)探究學(xué)案
一.學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.知道應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決的兩類主要問題。
2.掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題的基本思路和方法。
3.能結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)情況對(duì)物體的受力情況進(jìn)行分析。
4.能根據(jù)物體的受力情況推導(dǎo)物體的運(yùn)動(dòng)情況。

二.學(xué)習(xí)重點(diǎn)
3.已知物體的受力情況,求物體的運(yùn)動(dòng)情況。
4.已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,求物體的受力情況。

三.學(xué)習(xí)難點(diǎn)
1.物體的受力分析及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析和重要的解題方法的靈活選擇和運(yùn)用。
2.正交分解法。
四、學(xué)習(xí)過程
探究一:(一)從受力確定運(yùn)動(dòng)情況
例題1
分析 這個(gè)問題是已知物體受的力,求它運(yùn)動(dòng)的速度和位移。
先考慮兩個(gè)問題。
(1)物體受到的合力沿什么方向?大小是多少?
(2)物體的運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)嗎?
解題過程:

對(duì)應(yīng)練習(xí)1 在交通事故的分析中,剎車線的長(zhǎng)度是很重要的依據(jù),剎車線是汽車剎車后,停止轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎在地面上發(fā)生滑動(dòng)時(shí)留下的滑動(dòng)痕跡。在某次交通事故中,汽車的剎車線長(zhǎng)度是14 m,假設(shè)汽車輪胎與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)恒為0.7,g取10m/s2,則汽車剎車前的速度為( )
A. 7 m/s B. 10 m/s C. 14 m/sD. 20 m/s

探究二:(二)從運(yùn)動(dòng)情況確定受力
例題二
分析 這個(gè)題目是已知人的運(yùn)動(dòng)情況,求人所受的力。應(yīng)該注意三個(gè)問題。
(1)分析人的受力情況,滑雪人共受幾個(gè)力的作用?這幾個(gè)力各沿什么方向?其中哪些力是已知的?哪些力是待求的?
(2)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的關(guān)系得到下滑加速度,求出對(duì)應(yīng)的合力,再由合力求出人受的阻力。
(3)適當(dāng)選取坐標(biāo)系,使運(yùn)動(dòng)正好沿著一個(gè)坐標(biāo)軸的方向。
解題過程:

對(duì)應(yīng)練習(xí)2  蹦床是運(yùn)動(dòng)員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,一個(gè)質(zhì)量為60kg的運(yùn)動(dòng)員,從離水平網(wǎng)面3.2m高處自由下落,著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0m高處。已知運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間為1.2s,若把在這段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力當(dāng)作恒力處理,求此力的大。╣取10m/s2)。
提示 將運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)分為下落、觸網(wǎng)和蹦回三個(gè)階段研究。
解析 將運(yùn)動(dòng)員看作質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn),從h1高處下落,剛接觸網(wǎng)時(shí)速度的大小為
(向下);
 彈跳后到達(dá)的高度為h2,剛離網(wǎng)時(shí)速度的大小為
  (向上)。
速度的改變量 Δv=v1+v2(向上)。
以a表示加速度,Δ t表示運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間,則
Δv=a Δ t。
接觸過程中運(yùn)動(dòng)員受到向上的彈力F和向下的重力mg,由牛頓第二定律得
F-mg=ma。
  由以上各式解得 ,
  代入數(shù)值得  F=1.5×103N。

(三)反思總結(jié)
1.力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的兩類基本問題
① 已知物體的受力情況,確定物體的運(yùn)動(dòng)情況;
② 已知物體的運(yùn)動(dòng)情況,確定物體的受力情況。
2.解決力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系問題的一般步驟
①確定研究對(duì)象;
②分析研究對(duì)象的受力情況,必要時(shí)畫受力示意圖;
③分析研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況,必要時(shí)畫運(yùn)動(dòng)過程簡(jiǎn)圖;
④利用牛頓第二定律或運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求加速度;
⑤利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式或牛頓第二定律進(jìn)一步求解要求的物理量。
五.當(dāng)堂檢測(cè)
1. 如圖4—37所示,一水平傳送帶長(zhǎng)為20m,以2m/s的速度做勻速運(yùn)動(dòng)。已知某物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1,現(xiàn)將該物體由靜止輕放到傳送帶的A端。求物體被送到另一端B點(diǎn)所需的時(shí)間。(g 取10m/s2)
提示 本題要計(jì)算物體由A到B的時(shí)間,分析物體運(yùn)動(dòng)過程,有兩種可能。一種可能是從靜止開始一直加速到B,知道加速度就可求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間;另一種可能是,物體加速一段時(shí)間后速度與傳送帶相同,接著做勻速運(yùn)動(dòng),有兩個(gè)過程,要分別計(jì)算時(shí)間。

2. 如圖4—38所示,風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中可產(chǎn)生水平方向的、大小可調(diào)解的風(fēng)力,F(xiàn)將一套有小球的細(xì)直桿放入風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室,小球孔徑略等大于直徑。
(1)當(dāng)桿在水平方向固定時(shí),調(diào)解風(fēng)力的大小,使小球在桿上做勻速運(yùn)動(dòng),這時(shí)小球所受的風(fēng)力為小球所受重力的0.5倍,求小球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)。
(2)保持小球所受的風(fēng)力不變,使桿與水平方向的夾角為370并固定,則小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離s所需時(shí)間為多少?(sin370=0.6, cos370=0.8)
提示 注意(1)中小球做勻速運(yùn)動(dòng),(2)中小球做勻加速運(yùn)動(dòng),兩種情況風(fēng)力及小球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)均不變,不要錯(cuò)誤地認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力相同。
解析 (1) 設(shè)小球所受風(fēng)力為F,則 F=0.5mg。
當(dāng)桿水平固定時(shí),小球做勻速運(yùn)動(dòng),則所受摩擦力Ff與風(fēng)力F等大反向,即
Ff=F。
又因 Ff=μFN=μmg,
以上三式聯(lián)立解得小球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5。
(2) 當(dāng)桿與水平方向成θ=370角時(shí),小球從靜止開始沿桿加速下滑。設(shè)下滑距離s所用時(shí)間為t,小球受重力mg、風(fēng)力F、桿的支持力FN’和摩擦力Ff’作用,由牛頓第二定律可得,
沿桿的方向 Fcosθ+mgsinθ-Ff’=ma,
垂直桿的方向 FN’+F sinθ-mgcosθ=0,
又 Ff’= μFN’, F=0.5mg,
解得小球的加速度
。
因 ,
故小球的下滑時(shí)間為 。

課后練習(xí)與提高
1. 如圖4—39所示,箱子放在水平地面上,箱內(nèi)有一固定的豎直桿,桿上套著一個(gè)圓環(huán)。箱子的質(zhì)量為M,環(huán)的質(zhì)量為m,圓環(huán)沿桿滑動(dòng)時(shí)與桿間有摩擦。
(1)若環(huán)沿桿加速下滑,環(huán)與桿間摩擦力的大小為F,則箱子對(duì)地面的壓力有多大?
(2)若環(huán)沿桿下滑的加速度為a,則箱子對(duì)地面的壓力有多大?
(3)若給環(huán)一定的初速度,使環(huán)沿桿上滑的過程中摩擦力的大小仍為F,則箱子對(duì)地面的壓力有多大?
(4)若給環(huán)一個(gè)初速度v0,環(huán)沿桿上滑h高后速度恰好為0,則在環(huán)沿桿上滑的過程中箱子對(duì)地面的壓力有多大?
提示 由于環(huán)沿桿下滑和上滑時(shí)的加速度與箱子不同,因此應(yīng)分別以環(huán)和箱子為研究對(duì)象,分析它們的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況,并找出它們之間的聯(lián)系。
解析 (1) 環(huán)沿桿下滑時(shí),環(huán)受到的摩擦力方向向上,箱子(即桿)受到的摩擦力方向向下,故箱子受到地面的支持力 FN=Mg+F。
根據(jù)牛頓第三定律可知,箱子對(duì)地面的壓力
FN’= FN=Mg+F。
(2) 環(huán)以加速度a加速下滑,由牛頓第二定律有
mg-F=ma,
故環(huán)受到的摩擦力 F=m(g-a)。
直接應(yīng)用(1)的結(jié)果,可得箱子對(duì)地面的壓力
FN’ =Mg+F=Mg+ m(g-a)=(M+m)g-ma。
(3) 環(huán)沿桿上滑時(shí),環(huán)受到的摩擦力方向向下,箱子(即桿)受到的摩擦力方向向上,故箱子受到地面的支持力 FN=Mg-F。
根據(jù)牛頓第三定律可知,箱子對(duì)地面的壓力
FN’= FN=Mg-F。
(4) 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 v02=2ah,
可得環(huán)沿桿上滑做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小為
,
由牛頓第二定律有 mg+F=ma,
故環(huán)受到的摩擦力 F=m(a-g)。
直接應(yīng)用(3)的結(jié)果,可得箱子對(duì)地面的壓力
FN’ =Mg-F=Mg-m(a-g)=(M+m)g-ma=(M+m)g- 。
點(diǎn)悟 上述將圓環(huán)和箱子分隔開來,分別對(duì)它們進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析的方法,稱為隔離法。在問題涉及多個(gè)物體組成的系統(tǒng)時(shí),常常運(yùn)用隔離法分析求解。
本題第(2)小題也可采用整體法分析:圓環(huán)和箱子組成的系統(tǒng)受重力(M+m)g和地面的支持力FN的作用。因?yàn)閳A環(huán)向下的加速度a應(yīng)由系統(tǒng)的合外力提供,故有
(M+m)g-FN=ma,
解得 FN=(M+m)g-ma。
由牛頓第三定律可得,箱子對(duì)地面的壓力
FN’ = FN=(M+m)g-ma。
本題第(4)小題在求得環(huán)沿桿上滑做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小后,也可采用整體法分析,請(qǐng)自行解答。
2. 一個(gè)行星探測(cè)器從所探測(cè)的行星表面豎直升空,探測(cè)器的質(zhì)量為1500 kg,發(fā)動(dòng)機(jī)推力恒定.發(fā)射升空后9 s末,發(fā)動(dòng)機(jī)突然間發(fā)生故障而關(guān)閉。圖4—40是從探測(cè)器發(fā)射到落回地面全過程的速度圖象。已知該行星表面沒有大氣,不考慮探測(cè)器總質(zhì)量的變化,求:
(1) 探測(cè)器在行星表面上升達(dá)到的最大高度 H;
(2) 該行星表面附近的重力加速度g;
(3) 發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的推力F。

本文來自:逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaoyi/55511.html

相關(guān)閱讀:4.3 牛頓第二定律