高中物理必修1《第四章:牛顿运动定律》ppt课件免费下载
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高中物理·必修1·人教版
第四章 牛顿运动定律
章末总结
牛顿运动定律
运动状态
质量
正比
反比
作用力的方向
矢量
瞬时
牛顿运动定律
两个
性质
两个
向下
向上
匀速直线运动
F合=0
正交分解法
FNFN>G
g
一、动力学的两类基本问题
1．掌握解决动力学两类基本问题的思路方法
其中受力分析和运动过程分析是基础，牛顿第二定律和运动学公式是工具，加速度是连接力和运动的桥梁．
2．求合力的方法
(1)平行四边形定则
若物体在两个共点力的作用下产生加速度，可用平行四边形定则求F合，然后求加速度．
(2)正交分解法
物体受到三个或三个以上的不在同一条直线上的力作用时，常用正交分解法．一般把力沿加速度方向和垂直于加速度方向进行分解．
例1：我国第一艘航空母舰“辽宁号”已经投入使用，为使战斗机更容易起飞，“辽宁号”使用了滑跃技术．如图所示，其甲板可简化为模型：AB 部分水平，BC部分倾斜，倾角为θ.战斗机从A点开始起跑，C 点离舰，此过程中发动机的推力和飞机所受甲板和空气阻力的合力大小恒为F，ABC 甲板总长度为L，战斗机质量为m，离舰时的速度为vm，重力加速度为g.
求AB 部分的长度．
解析
FN
F
FN
F
分析战斗机在
AB 和BC 段受力
例1：……，求AB 部分的长度．
解析
FN
F
FN
F
在AB 段，根据牛顿运动定律：F＝ma1
设B 点速度大小为v，根据运动学公式：v2＝2a1x1
在BC 段，根据牛顿运动定律：F-mgsinθ＝ma2
从B到C，根据运动学公式：vm2－v2 ＝2a2x2
因为：L＝x1＋x2
x1
x2
二、图象在动力学中的应用
1．常见的图象形式
在动力学与运动学问题中，常见、常用的图象是位移图象(x-t 图象)、速度图象(v-t 图象)和力的图象(F-t图象)等，这些图象反映的是物体的运动规律、受力规律，而绝非代表物体的运动轨迹．
2．图象问题的分析方法
遇到带有物理图象的问题时，要认真分析图象，先从它的物理意义、点、线段、斜率、截距、交点、拐点、面积等方面了解图象给出的信息，再利用共点力平衡、牛顿运动定律及运动学公式去解题．
例2：如图甲所示固定光滑细杆与地面成一定夹角为α，在杆上套有一个光滑小环，小环在沿杆方向的推力F 作用下向上运动，推力F 与小环速度v 随时间变化规律如图乙所示，取重力加速度g＝10 m/s2.求：
(1)小环的质量m
(2)细杆与地面间的夹角α
解析
没有摩擦力
FN
F
匀加速
匀速
例2：…….。求：
(1)小环的质量m
(2)细杆与地面间的夹角α
解析
FN
F
匀加速
匀速
根据牛顿第二定律：
放在水平地面上的一物块，受到方向不变的水平推力F 的作用，F 的大小与时间t 的关系如图甲所示，物块速度v与时间t 的关系如图乙所示．取重力加速度g＝10 m/s2.由这两个图象可以求得物块的质量m 和物块与地面之间的动摩擦因数μ 分别为( )
解析
【针对训练】
A．0.5 kg, 0.4
B．1.5 kg，2/15
C．0.5 kg, 0.2
D．1 kg, 0.2
A
静止
匀加速
匀速
2 s~ 4 s:物块匀加速运动
a=2 m/s2，F-Ff = ma，
3-10μm = 2m ①
4 s~6 s:物块做匀速直线运动
F =μmg: 10μm = 2 ②
由①②得:
m = 0.5 kg，μ= 0.4
甲
乙
三、传送带问题
传送带传递货物时，一般情况下，由摩擦力提供动力，而摩擦力的性质、大小、方向和运动状态密切相关．分析传送带问题时，要结合相对运动情况，分析物体受到传送带的摩擦力方向，进而分析物体的运动规律是解题的关键．
注意：因传送带由电动机带动，一般物体对传送带的摩擦力不影响传送带的运动状态．
例3：某飞机场利用如图所示的传送带将地面上的货物运送到飞机上，传送带与地面的夹角θ＝30°，传送带两端 A、B 的距离L＝10 m，传送带以v＝5 m/s 的恒定速度匀速向上运动．在传送带底端 A 轻放上一质量m＝5 kg 的货物，货物与传送带间的动摩擦因数μ＝
求货物从A 端运送到B 端所需的时间． (g取10 m/s2)
解析
FN
Ff
货物初速度为0
由牛顿第二定律：
μmgcos 30°－mgsin 30°= ma
解得：a = 2.5 m/s2
货物先匀加速：
解析
FN
Ff
匀加速直线：a = 2.5 m/s2
然后货物做匀速运动
运动位移：x2= L- x1= 5 m
匀速运动时间：
货物从A 到B 所需的时间：t = t1＋t2 = 3 s
四、共点力作用下的平衡问题常用方法
1．矢量三角形法(合成法)
物体受三个力作用而平衡时，其中任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反，且这三个力首尾相接构成封闭三角形，可以通过解三角形来求解相应力的大小和方向．
常用的有直角三角形、动态三角形和相似三角形．
3. 整体法和隔离法：
在选取研究对象时，为了弄清楚系统(连接体)内某个物体的受力情况，可采用隔离法；
若只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的受力时，一般可采用整体法．
2．正交分解法
在正交分解法中，平衡条件F合＝0可写成：
∑ Fx＝F1x＋F2x＋…＋Fnx＝0 (即 x 方向合力为零)
∑Fy＝F1y＋F2y＋…＋Fny＝0 (即 y 方向合力为零)
例4：如图所示，质量m1＝5 kg 的物体，置于一粗糙的斜面体上，斜面倾角为30°，用一平行于斜面的大小为30 N的力F 推物体，物体沿斜面向上匀速运动．斜面体质量m2＝10 kg，且始终静止，g 取10 m/s2，求：
(1)斜面体对物体的摩擦力；
(2)地面对斜面体的摩擦力和支持力．
解析
(1)隔离物体受力分析
平行于斜面的方向：
F＝m1gsin 30°＋Ff
解得：Ff = 5 N
方向：沿斜面向下
FN
F
Ff
受力平衡
例4：如图所示，质量m1＝5 kg 的物体，置于一粗糙的斜面体上，斜面倾角为30°，用一平行于斜面的大小为30 N的力F 推物体，物体沿斜面向上匀速运动．斜面体质量m2＝10 kg，且始终静止，g 取10 m/s2，求：
(1)斜面体对物体的摩擦力；
(2)地面对斜面体的摩擦力和支持力．
解析
(2)整体法：斜面体和物体
FN地
F
Ff地
整体受力平衡
水平方向：Ff地= Fcos 30°= N
方向：水平向左
竖直方向：FN地 = (m1＋m2)g - Fsin 30°
=135 N
方向：竖直向上
1.(动力学的两类基本问题)
如图所示，在倾角θ＝37°的足够长的固定的斜面底端有一质量m＝1.0 kg的物体．物体与斜面间动摩擦因数μ＝0.25，现用轻细绳拉物体由静止沿斜面向上运动．拉力F＝10 N，方向平行斜面向上．经时间t＝4.0 s绳子突然断了，求：
(1)绳断时物体的速度大小．
(2)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间．
(已知sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，取g＝10 m/s2)
解析
FN
F
Ff
上滑过程中：分析物体受力
1.(动力学的两类基本问题)
(2)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间．
(已知sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，取g＝10 m/s2)
解析
上滑
过程
下滑
过程
2．(图象在动力学中的应用)
如图甲所示为一风力实验示意图．开始时，质量为m＝1 kg的小球穿在固定的足够长的水平细杆上，并静止于O点．现用沿杆向右的恒定风力F作用于小球上，经时间 t1＝0.4 s后撤去风力．
小球沿细杆运动的v-t 图象如图乙所示(g取10 m/s2)，试求：
(1)小球沿细杆滑行的距离；
(2)小球与细杆之间的动摩擦因数；
(3)风力F 的大小．
解析
(1)从v-t 图象可知：
小球先匀加速后匀减速
图中面积表示位移：
x =1.2m
2．(图象在动力学中的应用)
如图甲所示为一风力实验示意图．开始时，质量为m＝1 kg的小球穿在固定的足够长的水平细杆上，并静止于O点．现用沿杆向右的恒定风力F作用于小球上，经时间 t1＝0.4 s后撤去风力．
小球沿细杆运动的v-t 图象如图乙所示(g取10 m/s2)，试求：
(1)小球沿细杆滑行的距离；
(2)小球与细杆之间的动摩擦因数；
(3)风力F 的大小．
解析
(2)0.4s~1.2s:匀减速
Ff
v
根据牛顿第二定律：μmg = ma2
动摩擦因数：μ= 0.25
2．(图象在动力学中的应用)
如图甲所示为一风力实验示意图．开始时，质量为m＝1 kg的小球穿在固定的足够长的水平细杆上，并静止于O点．现用沿杆向右的恒定风力F 作用于小球上，经时间 t1＝0.4 s后撤去风力．
小球沿细杆运动的v-t 图象如图乙所示(g取10 m/s2)，试求：
(1)小球沿细杆滑行的距离；
(2)小球与细杆之间的动摩擦因数；
(3)风力F 的大小．
解析
(3)0~0.4s:匀加速
Ff
v
根据牛顿第二定律：F-μmg = ma1
动摩擦因数：F= 7.5N
F
mg
FN
3．(传送带问题)如图所示，水平传送带以2 m/s 的速度运动，传送带长AB＝20 m，今在其左端将一工件轻轻放在上面，工件被带动，传送到右端，已知工件与传送带间的动摩擦因数
μ＝0.1，(g=10 m/s2)试求：
(1)工件开始时的加速度a
(2)工件加速到2 m/s时，工件运动的位移
(3)工件由传送带左端运动到右端的时间
解析
初速度为零
相对于传送带向左运动
受滑动摩擦力向右
mg
FN
Ff
3．(传送带问题)如图所示，水平传送带以2 m/s 的速度运动，传送带长AB＝20 m，今在其左端将一工件轻轻放在上面，工件被带动，传送到右端，已知工件与传送带间的动摩擦因数
μ＝0.1，(g=10 m/s2)试求：
(1)工件开始时的加速度a
(2)工件加速到2 m/s时，工件运动的位移
(3)工件由传送带左端运动到右端的时间
解析
初速度为零
相对于传送带向左运动
受滑动摩擦力向右
mg
FN
Ff
3．(传送带问题)如图所示，水平传送带以2 m/s 的速度运动，传送带长AB＝20 m，今在其左端将一工件轻轻放在上面，工件被带动，传送到右端，已知工件与传送带间的动摩擦因数
μ＝0.1，(g=10 m/s2)试求：
(1)工件开始时的加速度a
(2)工件加速到2 m/s时，工件运动的位移
(3)工件由传送带左端运动到右端的时间
解析
初速度为零
相对于传送带向左运动
受滑动摩擦力向右
mg
FN
Ff
mg
FN
4．(共点力的平衡问题)
如图所示，球A 重G1＝60 N，斜面体B 重G2＝100 N，斜面倾角θ＝30°，一切摩擦均不计，则水平力F 为多大时，才能使A、B 均处于静止状态？
此时竖直墙壁和水平地面受到的弹力为多大？
解析
F
F1
G1
F2
G2
G1
F1
FBA
A、B均受力平衡
分析A 受力，如图
分析AB 整体受力，如图
再见
