1、经典力学的局限性授课教师：授课教师：docerdocer读读秀秀新人教版必修第一册新人教版必修第一册4.5 牛顿定律的应用牛顿定律的应用为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台上标注上标注的车门位置候车。列车进站时总能准确地的车门位置候车。列车进站时总能准确地停靠停靠在在对应的车门位置。对应的车门位置。这是如何做到的呢？这是如何做到的呢？牛顿第二定律牛顿第二定律确定确定了了力和运动力和运动的的关系关系，无论哪类问题，始终要抓住无论哪类问题，始终要抓住加加速度速度是联系是联系力与运动力与运动的桥梁，的桥梁，使使我们我们能够把物体的运动情况与受力情况联能够把物体的运动情
2、况与受力情况联系起来。因此，它在许多基础科学和系起来。因此，它在许多基础科学和工程技术中都有广泛的应用。中学物工程技术中都有广泛的应用。中学物理中我们只研究一些简单的实例理中我们只研究一些简单的实例。一、从受力确定运动情况一、从受力确定运动情况 已知物体受力情况确定运动情况，指的是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、位移等。运动状态或求出物体的速度、位移等。 基本思路：基本思路：先分析物体受力情况求合力，先分析物体受力情况求合力，据牛顿第二定律求加速度，再用运动学公式求据牛顿第二定律求加速
3、度，再用运动学公式求所求量所求量( (运动学量运动学量) )。例题例题1 1.如图所示如图所示,一物体在与水平方向成一物体在与水平方向成 角的拉力角的拉力F F作用下作用下,从静止开始运动。已知物体质量从静止开始运动。已知物体质量m=2kg,m=2kg,与水与水平面间的动摩擦平面间的动摩擦因数因数=0.5,F=20N,=37=0.5,F=20N,=37 。物体运动。物体运动2s2s时撤掉拉力。时撤掉拉力。已知已知sin37sin37 =0.6,cos37=0.6,cos37 =0.8,g=0.8,g取取10m/s210m/s2。求。求:(1)前前2s2s内物体的加速度大小内物体的加速度大小;(
4、2)撤掉拉力后撤掉拉力后,物体在水平面上向前滑行的位移的大物体在水平面上向前滑行的位移的大小。小。(1)对物体进行受力分析对物体进行受力分析,如图所示如图所示在水平方向上在水平方向上,根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律有有 Fcos-f=ma Fcos-f=ma1 1在竖直方向上在竖直方向上,根据平衡条件根据平衡条件有有 N=mg-FsinN=mg-Fsin且且f=Nf=N代入数据联立解得代入数据联立解得a1=6m/s2(2)根据速度公式有根据速度公式有v=av=a1 1t=12m/st=12m/s撤去拉力后撤去拉力后,根据牛顿第二定律有根据牛顿第二定律有-mg=-ma-mg=-ma2 2向前滑
5、行的位移大小向前滑行的位移大小为为可得可得x=14.4m=14.4m222avx 如如图图2 2所示，一根足够长的水平杆固所示，一根足够长的水平杆固定不动，一个质量定不动，一个质量mm2 kg2 kg的圆环套在杆上，的圆环套在杆上，圆环的直径略大于杆的截面直径，圆环与杆间圆环的直径略大于杆的截面直径，圆环与杆间的动摩擦因数的动摩擦因数 0.75.0.75.对圆环施加一个与水平对圆环施加一个与水平方向成方向成 5353 角斜向上、大小为角斜向上、大小为F F25 N25 N的拉的拉力，使圆环由静止开始做匀加速直线运动力，使圆环由静止开始做匀加速直线运动(sin (sin 5353 0.80.8，
6、cos 53cos 53 0.60.6，g g取取10 m/s2)10 m/s2)求：求：(1)(1)圆环对杆的弹力大小；圆环对杆的弹力大小；(2)(2)圆环加速度的大小；圆环加速度的大小；(3)(3)若拉力若拉力F F作用作用2 s2 s后撤后撤去，圆环在杆上滑行的去，圆环在杆上滑行的总距离总距离二、从运动情况确定受力二、从运动情况确定受力 已知物体运动情况确定受力情况，指的是已知物体运动情况确定受力情况，指的是在运动情况（知道三个运动学量）已知的条件在运动情况（知道三个运动学量）已知的条件下，要求得出物体所受的力或者相关物理量下，要求得出物体所受的力或者相关物理量（如动摩擦因数等）。（如动
7、摩擦因数等）。 基本思路：基本思路：先分析物体的运动情况，据运先分析物体的运动情况，据运动学公式求加速度，再在分析物体受力情况的动学公式求加速度，再在分析物体受力情况的基础上，用牛顿第二定律列方程求所求量基础上，用牛顿第二定律列方程求所求量( (力力).).例题例题2如图，一位滑雪者，人与装备的总质量为75 kg，以2 m/s 的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为 30，在5 s的时间内滑下的路程为60 m。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），g取10 m/s2。解解:以滑雪者为研究对象。建立如图以滑雪者为研究对象。建立如图4.5-5所示的直角坐标系。滑雪者沿山所
8、示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。坡向下做匀加速直线运动。根据匀变速直线运动规律，有根据匀变速直线运动规律，有其中其中 v0 2 m/s，t5s，x60 m，则有，则有根据牛顿第二定律，有根据牛顿第二定律，有y 方向方向x方向方向FNmgcos 0mgsinFf ma2021attvx220/4)( 2smttvxa得得FN mgcosFf m（g sin a）其中，其中，m 75 kg， 30，则有，则有Ff75 N，FN650 N根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为面对滑雪者的支持力大小，为
9、650 N，方向垂直斜面向，方向垂直斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为下。滑雪者受到的阻力大小为 75 N，方向沿山坡向上。，方向沿山坡向上。民航客机一般都有紧急出口，发生意外情况的飞机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气囊会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面，斜面的倾角为30，人员可沿斜面匀加速滑行到地上如果气囊所构成的斜面长度为8 m，一个质量为50 kg的乘客从静止开始沿气囊滑到地面所用时间为2 s求： (1)乘客滑至斜面底端时的速度大小； (2)乘客与气囊之间的动摩擦因数(1)8 m/s(2)153a2021attvsatvvotasvvot222maF 合运动情况说明说明:两类基本问题中,受力分析是关键，牛二定律是桥梁，求解加速度是枢纽,所以不管是哪一类问题,都要设法先求出加速度。受力情况受力情况F F1 1、F F2 2运动情况运动情况v v0 0、s sF合合a力的合成与分解力的合成与分解牛顿第二定律牛顿第二定律运动学公式运动学公式总结：总结：1、两类问题：两类问题：2.解决两类动力学基本问题的方解决两类动力学基本问题的方法法:以以加速度加速度为为“桥梁桥梁”,由由运动运动学公式学公式和和牛顿牛顿运动定律运动定律列方程求列方程求解。解。
