牛顿运动定律的应用.docx
- 格式:docx
- 大小:176.13 KB
- 文档页数:13
《牛顿运动定律的应用》讲义一、牛顿运动定律概述牛顿运动定律是经典力学的基础,由艾萨克·牛顿在 1687 年于《自然哲学的数学原理》一书中总结提出。
牛顿第一定律,也被称为惯性定律,指出任何物体都要保持匀速直线运动或静止的状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。
牛顿第二定律表明,物体的加速度与作用在它上面的合力成正比,与物体的质量成反比,其数学表达式为 F =ma 。
牛顿第三定律则阐述了两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,且作用在同一条直线上。
二、牛顿第一定律的应用1、惯性在日常生活中的体现当我们乘坐汽车时,如果汽车突然刹车,我们的身体会向前倾。
这是因为在汽车刹车之前,我们的身体和汽车一起向前运动,具有一定的惯性。
当汽车刹车时,我们的身体仍然想要保持原来的运动状态,所以会向前倾。
同样,当我们向上跳起时,尽管我们的脚离开了地面,但我们的身体仍然会向上运动一段距离,这也是惯性的作用。
2、惯性在体育运动中的应用在田径比赛中,短跑运动员在起跑时需要用力蹬地,使自己获得较大的初速度。
而在奔跑过程中,运动员需要保持身体的平衡和稳定,利用惯性来减少能量的消耗,提高速度。
在跳远比赛中,运动员在起跳前需要快速助跑,助跑的目的就是利用惯性,使运动员在起跳时能够获得更大的水平速度,从而跳得更远。
3、惯性在交通安全中的重要性在驾驶汽车时,保持安全车距是非常重要的。
如果跟车太近,当前车突然刹车时,后车由于惯性不能及时停下来,就容易发生追尾事故。
此外,系安全带也是为了在紧急刹车或碰撞时,防止乘客由于惯性向前冲出,造成伤害。
三、牛顿第二定律的应用1、计算物体的加速度已知一个物体所受的合力和质量,我们可以通过牛顿第二定律计算出物体的加速度。
例如,一个质量为 5kg 的物体,受到一个水平向右的合力为 20N ,则根据 F = ma ,可得加速度 a = F / m = 20 / 5 =4 m/s²,方向水平向右。
第9讲 牛顿定律应用 超重失重学习目标会应用牛顿定律物理问题进行分析、求解,理解超重与失重,并会求解相应情况向加速度.重点:牛顿定律的应用难点:牛顿定律的应用知识梳理一、牛顿运动定律的应用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(1)已知受力情况,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.常用的运动学公式为匀变速直线运动公式,2/2,2,21,0202200t t t t v v v t s v as v v at t v s at v v =+===-+=+=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则求其合力;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,按代数和进行运算.(6)求解方程,检验结果,必要时对结果进行讨论.二、超重和失重1. 重力的概念:可以理解为是地球对物体的吸引力。
重力的大小是通过二力平衡进行测量,即物体处于平衡时,对水平支持面的压力或竖直悬绳的拉力。
2. 超重与失重:由于物体在竖起方向上有加速度或分加速度,使物体对水平支持面对压力或对竖直悬绳的拉力大于或小于物体的重力。
(1)超重与失重并不是物体本身重力的变化;(2)物体对水平支持面的压力大于或小于重力是因为在竖直方向的加速度而引起的,不是其它原因而引起的。
牛顿运动定律的应用牛顿运动定律是经典力学的基石,被广泛应用于各个领域。
它们为我们解释了物体运动的规律,并且在实际生活和科学研究中有着重要的应用。
在本文中,我们将探讨几个关于牛顿运动定律应用的例子,展示这些定律的实际应用和意义。
一、运动中的惯性第一个应用例子是关于运动中的惯性。
牛顿第一定律告诉我们,一个物体如果没有外力作用,将保持其原有的状态,即静止物体保持静止,运动物体保持匀速直线运动。
这就是物体的惯性。
拿我们日常生活中最常见的例子来说,当我们在汽车上突然刹车时,身体会继续保持前进的动力,直到与座椅或安全带接触,才会停下来。
这说明了牛顿第一定律的应用。
如果没有外力的作用,我们会按照惯性继续移动。
二、加速度与力的关系牛顿第二定律是描述物体加速度与施加在物体上的力之间关系的定律。
它告诉我们,物体的加速度与作用力成正比,与物体的质量成反比。
运用这一定律,我们可以解释为什么需要施加更大的力来加速一个较重的物体,而用相同大小的力加速一个较轻的物体时,后者的加速度更大。
在我们日常生活中,这个定律的应用非常广泛。
比如,开车时,我们需要踩下油门,施加一定的力来加速汽车。
同时,如果我们要减速或停车,需要踩下刹车踏板,通过施加反向的力来减少汽车的速度。
三、作用力与反作用力牛顿第三定律指出,对于每一个作用力都会有一个同大小、反方向的作用力作用在不同的物体上。
这就是我们常说的“作用力与反作用力”。
这个定律可以解释许多我们生活中的现象。
例如,当我们走路时,脚对地面施加力,地面也会对脚产生同样大小、反方向的力。
这种反作用力推动我们向前移动。
在工程领域中,牛顿第三定律的应用也非常重要。
例如,当一架飞机在空气中飞行时,空气对飞机产生的阻力同时也是飞机推进的力。
这个定律有助于我们设计高效的飞机引擎和减少能源消耗。
四、万有引力定律最后一个应用例子是万有引力定律。
这个定律描述了两个物体之间相互作用的引力大小与它们质量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。
牛顿运动定律的综合应用1.超重和失重(1)视重当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为视重.(2)超重、失重和完全失重的比较2.整体法和隔离法(1)整体法当连接体内(即系统内)各物体的加速度相同时,可以把系统内的所有物体看成一个整体,分析其受力和运动情况,运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法.(2)隔离法当求系统内物体间相互作用的内力时,常把某个物体从系统中隔离出来,分析其受力和运动情况,再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法.(3)外力和内力如果以物体系统为研究对象,受到系统之外的物体的作用力,这些力是该系统受到的外力,而系统内各物体间的相互作用力为内力.应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力;如果把某物体隔离出来作为研究对象,则内力将转换为隔离体的外力.[自我诊断]1.判断正误(1)超重就是物体的重力变大的现象.()(2)减速上升的升降机内的物体,物体对地板的压力大于重力.()(3)加速上升的物体处于超重状态.()(4)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态.()(5)物体处于超重或失重状态,完全由物体加速度的方向决定,与速度方向无关.()(6)整体法和隔离法是指选取研究对象的方法.()(7)求解物体间的相互作用力应采用隔离法.()2.如图所示,将物体A放在容器B中,以某一速度把容器B竖直上抛,不计空气阻力,运动过程中容器B的底面始终保持水平,下列说法正确的是( )A.在上升和下降过程中A对B的压力都一定为零B.上升过程中A对B的压力大于物体A受到的重力C.下降过程中A对B的压力大于物体A受到的重力D.在上升和下降过程中A对B的压力都等于物体A受到的重力3.(2017·安徽蚌埠模拟)如图所示,A、B两物体之间用轻质弹簧连接,用水平恒力F拉A,使A、B一起沿光滑水平面做匀加速直线运动,这时弹簧长度为L1;若将A、B置于粗糙水平面上,用相同的水平恒力F拉A,使A、B一起做匀加速直线运动,此时弹簧长度为L2.若A、B与粗糙水平面之间的动摩擦因数相同,则下列关系式正确的是( )A.L2=L1B.L2<L1C.L2>L1D.由于A、B质量关系未知,故无法确定L1、L2的大小关系4.从地面以一定的速度竖直向上抛出一小球,小球到达最高点的时刻为t1,下落到抛出点的时刻为t2.若空气阻力的大小恒定,则在下图中能正确表示被抛出物体的速率v随时间t的变化关系的图线是( )考点一超重和失重问题1.不论超重、失重或完全失重,物体的重力都不变,只是“视重”改变.2.在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会完全消失.3.尽管物体的加速度不是竖直方向,但只要其加速度在竖直方向上有分量,物体就会处于超重或失重状态.4.尽管整体没有竖直方向的加速度,但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度,整体也会出现超重或失重状态.1.(2017·福建莆田模拟)关于超重和失重现象,下列描述中正确的是( )A.电梯正在减速上升,在电梯中的乘客处于超重状态B.磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时,列车上的乘客处于超重状态C.荡秋千时秋千摆到最低位置时,人处于失重状态D.“神舟”飞船在绕地球做圆轨道运行时,飞船内的宇航员处于完全失重状态2.(多选)一人乘电梯上楼,在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示,以竖直向上为a的正方向,则人对地板的压力( )A.t=2 s时最大 B.t=2 s时最小C.t=8.5 s时最大 D.t=8.5 s时最小3.(2017·浙江嘉兴模拟)如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验,风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”.此过程中( )A.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等B.人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力C.人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小D.人被向上“托起”时处于失重状态考点二连接体问题1.处理连接体问题常用的方法为整体法和隔离法.2.涉及隔离法与整体法的具体问题类型(1)涉及滑轮的问题若要求绳的拉力,一般都必须采用隔离法.例如,如图所示,绳跨过定滑轮连接的两物体虽然加速度大小相同,但方向不同,故采用隔离法.(2)水平面上的连接体问题①这类问题一般多是连接体(系统)各物体保持相对静止,即具有相同的加速度.解题时,一般采用先整体、后隔离的方法.②建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则,或者正交分解力,或者正交分解加速度.(3)斜面体与上面物体组成的连接体的问题当物体具有沿斜面方向的加速度,而斜面体相对于地面静止时,解题时一般采用隔离法分析.3.解题思路(1)分析所研究的问题适合应用整体法还是隔离法.①处理连接体问题时,整体法与隔离法往往交叉使用,一般的思路是先用整体法求加速度,再用隔离法求物体间的作用力;②对于加速度大小相同,方向不同的连接体,应采用隔离法进行分析.(2)对整体或隔离体进行受力分析,应用牛顿第二定律确定整体或隔离体的加速度.(3)结合运动学方程解答所求解的未知物理量.[典例1] 如图所示,物块A和B的质量分别为4m和m,开始A、B均静止,细绳拉直,在竖直向上拉力F=6mg作用下,动滑轮竖直向上加速运动.已知动滑轮质量忽略不计,动滑轮半径很小,不考虑绳与滑轮之间的摩擦,细绳足够长,在滑轮向上运动过程中,物块A和B的加速度分别为( )A.aA=g,aB=5g B.aA=aB=gC.aA=g,aB=3g D.aA=0,aB=2g1.(多选)如图所示,质量分别为mA、mB的A、B两物块用轻线连接放在倾角为θ的光滑斜面上,用始终平行于斜面向上的恒力F拉A,使它们沿斜面匀加速上升,为了增加轻线上的张力,可行的办法是( )A.增大A物的质量 B.增大B物的质量C.增大倾角θ D.增大拉力F2. 如图所示,质量为M、中空为半球形的光滑凹槽放置于光滑水平地面上,光滑槽内有一质量为m的小铁球,现用一水平向右的推力F推动凹槽,小铁球与光滑凹槽相对静止时,凹槽圆心和小铁球的连线与竖直方向成α角,则下列说法正确的是( )A.小铁球受到的合外力方向水平向左B.凹槽对小铁球的支持力为C.系统的加速度为a=gtan αD.推力F=Mgtan α考点三动力学中的图象问题1.常见的图象有v-t图象,a-t图象,F-t图象,F-a图象等.2.图象间的联系加速度是联系v-t图象与F-t图象的桥梁.3.图象的应用(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线,要求分析物体的运动情况.(2)已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图线,要求分析物体的受力情况.(3)通过图象对物体的受力与运动情况进行分析.4.解答图象问题的策略(1)弄清图象坐标轴、斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义.(2)应用物理规律列出与图象对应的函数方程式,进而明确“图象与公式”、“图象与物体”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断.1.(多选)如图(a),一物块在t=0时刻滑上一固定斜面,其运动的v-t图线如图(b)所示.若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量,则可求出( )A.斜面的倾角B.物块的质量C.物块与斜面间的动摩擦因数D.物块沿斜面向上滑行的最大高度2.(2017·河南郑州第一次质量预测)甲、乙两球质量分别为m1、m2,从同一地点(足够高)同时由静止释放.两球下落过程中所受空气阻力大小f仅与球的速率v成正比,与球的质量无关,即f=kv(k为正的常量).两球的v-t图象如图所示.落地前,经时间t0两球的速度都已达到各自的稳定值v1、v2.则下列判断正确的是( )A.释放瞬间甲球加速度较大B.=C.甲球质量大于乙球质量D.t0时间内两球下落的高度相等3.(2017·广东佛山二模)广州塔,昵称小蛮腰,总高度达600 m,游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台.若电梯简化成只受重力与绳索拉力,已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图象如图所示.则下列相关说法正确的是( )A.t=4.5 s时,电梯处于失重状态B.5~55 s时间内,绳索拉力最小C.t=59.5 s时,电梯处于超重状态D.t=60 s时,电梯速度恰好为零考点四动力学中的临界、极值问题1.临界或极值条件的标志(1)有些题目中有“刚好”、“恰好”、“正好”等字眼,明显表明题述的过程存在着临界点.(2)若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语,表明题述的过程存在着“起止点”,而这些起止点往往就对应临界状态.(3)若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼,表明题述的过程存在着极值,这个极值点往往是临界点.(4)若题目要求“最终加速度”、“稳定加速度”等,即是求收尾加速度或收尾速度.2.解决动力学临界、极值问题的常用方法极限分析法、假设分析法和数学极值法.考向1:极限分析法把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界现象(或状态)暴露出来,以达到正确解决问题的目的.[典例2] 如图所示,一不可伸长的轻质细绳跨过定滑轮后,两端分别悬挂质量为m1和m2的物体A和B.若滑轮有一定大小,质量为m且分布均匀,滑轮转动时与绳之间无相对滑动,不计滑轮与轴之间的摩擦.设细绳对A和B的拉力大小分别为FT1和FT2,已知下列四个关于FT1的表达式中有一个是正确的.请你根据所学的物理知识,通过一定的分析,判断正确的表达式是( )A.FT1=B.FT1=C.FT1=D.FT1=考向2:假设分析法临界问题存在多种可能,特别是非此即彼两种可能时,或变化过程中可能出现临界条件,也可能不出现临界条件时,往往用假设法解决问题.。
《牛顿运动定律的应用》教学设计.docx牛顿运动定律的应用教学设计何勋陕西省城固县第一中学723200司南版必修1(山东XX)第6章第6节1学生主动、合作、探究,教师主导;2形象化教学,促进学生对物理概念的理解;3合理制定教学目标。
牛顿运动定律是动力学的核心规律,是高一教材的重点和中心内容,在高中物理力学部分占有很重要的地位,因而综合应用牛顿运动定律就显得特别关键。
本节内容是在牛顿运动定律知识学习完基础上,为综合应用牛顿运动定律问题,提高学生综合应用能力而设置的。
这样处理,知识点过渡自然。
一方面,为应用牛顿运动定律打下基础,另一方面体现了知识服务于生活的精神。
1认知发展分析(1)高一学生具有一定的观察能力,观察的目的性、持久性、精确性和概括性都有明显的发展;(2)高一学生的逻辑思维正在由经验型向理论型转变,能够运用假设、推理来思考、解决问题2知识结构分析本节内容是在牛顿运动定律知识学习完基础上,为综合应用牛顿运动定律问题,提高学生综合应用能力而设置的1知识与技能目标:.让学生能综合运用牛顿运动定律解决力学一般问题;.培养学生获取知识的能力;2过程与方法目标:探究利用牛顿运动定律解决实例的步骤和方法。
3情感、态度、价值观目标:通过学生之间的讨论、交流与协作探究,培养团队合作精神。
1教学重点:综合应用牛顿运动定律解决力学问题2教学难点:(1)牛顿三个定律综合运用(2)动力学的灵活应用。
多媒体教室、牛顿运动定律课件,现代教学手段与启发式在课堂中采用多媒体课件作为辅助手段,创设物理情景,启发引导学生,帮助学生建立形象直观的认识,调动学生学习的积极性;教学设备:多媒体教室、课件任务驱动,操作探究:教师活动1.从受力确定运动情况知识体系: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,要求判断出物体的运动状态或求出物体的速度和位移。
处理这类问题的基本思路是:先分析物体的运动情况求出合力,根据牛顿第二定律求出加速度,再利用运动学的有关公式求出要求的速度和位移。
《牛顿运动定律的应用》讲义一、牛顿运动定律概述牛顿运动定律是经典力学的基础,由艾萨克·牛顿在 1687 年于《自然哲学的数学原理》一书中总结提出。
它包括牛顿第一定律、牛顿第二定律和牛顿第三定律。
牛顿第一定律,也被称为惯性定律,其内容是:任何物体都要保持匀速直线运动或静止的状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。
这一定律揭示了物体具有惯性这一本质属性,惯性的大小只与物体的质量有关。
牛顿第二定律指出,物体的加速度与作用在它上面的合力成正比,与物体的质量成反比,其数学表达式为 F = ma ,其中 F 表示合力,m 为物体的质量,a 为加速度。
这一定律建立了力、质量和加速度之间的定量关系,是解决力学问题的核心定律。
牛顿第三定律表明,两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反,且作用在同一条直线上。
这一定律说明了力的相互性,对于理解物体之间的相互作用具有重要意义。
二、牛顿运动定律在日常生活中的应用1、行走与跑步当我们行走或跑步时,脚向后蹬地,地面对脚产生向前的摩擦力,这个摩擦力就是我们前进的动力。
根据牛顿第三定律,脚对地面施加向后的力,地面就会给脚一个大小相等、方向向前的反作用力,推动我们向前运动。
同时,我们的身体在运动过程中会受到重力、空气阻力等力的作用,而我们能够保持稳定的速度前进,是因为肌肉产生的力与这些阻力达到平衡,符合牛顿第二定律。
2、汽车的启动与制动汽车启动时,发动机提供牵引力,克服汽车的静止惯性,使汽车加速前进。
牵引力大于汽车所受到的阻力(包括地面摩擦力、空气阻力等),根据牛顿第二定律,汽车产生向前的加速度。
而在制动过程中,刹车系统产生的摩擦力作用于车轮,使汽车减速直至停止。
同样,这也是牛顿第二定律的应用。
3、体育运动中的投掷项目比如铅球、标枪等投掷运动,运动员通过肌肉的力量对球或标枪施加作用力,使其获得初速度。
在投掷过程中,运动员要遵循牛顿第二定律,控制力量的大小和方向,以达到最佳的投掷效果。
牛顿运动定律的实际应用牛顿运动定律是经典力学的基础,它对我们生活中的许多现象和技术应用都具有重要的指导意义。
本文将从不同角度探讨牛顿运动定律的实际应用。
一、牛顿第一定律在交通运输中的应用牛顿第一定律,也被称为惯性定律,指明了物体在没有受到外力作用时将保持静止或匀速直线运动的状态。
这一定律在交通运输中有着广泛的应用。
举个例子,当一辆汽车在高速行驶时,如果突然刹车,乘车人员会因惯性律定的作用而前倾,因为车上的人物并未得到与车身一致的减速。
这就解释了为什么在紧急刹车时,乘客会感到身体向前倾的现象。
二、牛顿第二定律在机械工程中的应用牛顿第二定律是指物体受力的加速度与作用在物体上的合力成正比,与物体质量成反比。
这一定律在机械工程中的应用非常广泛。
例如,当我们使用各种机械设备时,都离不开受力的分析以及合力的计算。
通过运用牛顿第二定律,我们可以确定机械设备所需要的驱动力大小,从而保证工程机械正常运转。
三、牛顿第三定律在航天工程中的应用牛顿第三定律是指任何一个物体受到的力都有一个等大而方向相反的作用力。
这一定律在航天工程中的应用尤为显著。
在火箭发射过程中,牛顿第三定律解释了为什么火箭能够推进。
火箭喷射出的废气作为一种反作用力,向后推动火箭本身,从而使火箭向前加速。
四、牛顿运动定律在体育运动中的应用牛顿运动定律在体育运动中也有着广泛的应用。
比如,在田径运动中,运动员发力跳远时,根据牛顿第三定律,他们在离地之前会用力蹬地,产生向上的反作用力,从而达到更高的起跳高度。
此外,在游泳比赛中,泳手腿部的蹬水动作也是应用了牛顿运动定律。
蹬水时,泳手的脚通过向后蹬水产生反作用力,推动泳手向前快速游进。
总结:通过以上几个方面的实际应用,我们可以看到牛顿运动定律在交通运输、机械工程、航天工程和体育运动等领域具有重要的作用。
不仅深化了我们对经典力学的理解,更为科学技术的发展提供了指导和支持。
结尾,牛顿运动定律的实际应用不仅局限于上述领域,还延伸到更广泛的领域,如建筑工程、电子通讯等。