牛顿运动定律的应用.docx
《牛顿运动定律的应用》 讲义
《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。
牛顿运动定律的综合应用
机器人的移动和操作也遵循牛顿第一定律,通过编程控制机器人的运动轨迹和 姿态,实现各种复杂动作。
02
CATALOGUE
牛顿第二定律的应用
牛顿第二定律的基本理解
01
02
03
牛顿第二定律
物体加速度的大小跟它所 受的合力成正比,跟它的 质量成反比,加速度的方 向跟合力的方向相同。
公式
F=ma,其中F代表物体所 受的合力,m代表物体的 质量,a代表物体的加速 度。
轨道力学
火箭发射和卫星入轨需要精确的力学计算,包括牛顿第二定律的应用 ,以确定火箭所需的推力和轨迹。
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牛顿运动定律的综 合应用
contents
目录
• 牛顿第一定律的应用 • 牛顿第二定律的应用 • 牛顿第三定律的应用 • 牛顿运动定律的综合应用案例
01
CATALOGUE
牛顿第一定律的应用
惯性系与非惯性系
惯性系
一个不受外力作用的参考系,物 体在该参考系中保持静止或匀速 直线运动状态。
非惯性系
一个受到外力作用的参考系,物 体在该参考系中不会保持静止或 匀速直线运动状态。
划船
划桨时水对桨产生反作用力,使船前进。
3
走路
脚蹬地面时,地面给人一个反作用力,使人前进 。
牛顿第三定律在科技中的应用
喷气式飞机
通过燃烧燃料喷气产生反作用力,推 动飞机前进。
火箭推进器
电磁炮
通过电磁力加速弹丸,使其获得高速 ,射出后产生反作用力推动炮身运动 。
火箭向下喷射燃气产生反作用力,推 动火箭升空。
03
转向稳定性
汽车在转弯时,向心力(根据牛顿第二定律)的作用使车辆维持在转弯
9 牛顿定律应用 文档
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。
牛顿运动定律及其应用
maM
N
其中 m aM 就是惯性力. 而 mg 和 N 是真实力.
物体相对于斜面有沿斜面方向的加速度 a '
分析物体受力
当m 滑下时,M 加速度方向如图
解:以斜面为参考系(非惯性系)
mg
沿斜面方向:
mgsin+maMcos=ma'
垂直于斜面方向:
N-mgcos+maMsin=0
(1) 弹簧的弹力
(3) 张力 T,内部的弹力
(2) 静摩擦力
(1) 滑动摩擦力
四、摩擦力 (the force of friction)
垂直于接触面指向对方
四种基本相互作用:
1. 引力相互作用
2. 电磁相互作用
3. 强相互作用
4. 弱相互作用
相对强弱: 强相互作用的强度 = 1,电磁相互作用 ≈ 10-2,弱相互作用≈ 10 -5,引力相互作用≈ 10-38。
1.2 牛顿运动定律及其应用
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1.2.1 牛顿运动定律
一、牛顿第一定律(惯性定律)
任何物体如果没有力作用在它上面,都将保持静止的或作匀速直线运动的状态。 定义了惯性参考系 定义了物体的惯性和力 惯性系---在该参照系中观察,一个不受力作用的物 体将保持静止或匀速直线运动状态不变. 惯性---物体本身要保持运动状态不变的性质. 力---迫使一个物体运动状态改变的一种作用. (Newtons laws of motion)
解:建坐标
以整个绳子为研究对象,分析受力, 设任意时刻,绳给地面的压力为 N
O
y
l
y
例2: 有阻力的抛体问题 .
己知: 质量为m的炮弹,以初速度v0与水平方向成仰角射出. 若空气阻力与速度成正比, 即
牛顿定律的综合应用
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
三同,三异,三无关
已知物体的受力情况求运动情况
例1.一个静止在地面上的物体,质量为2kg,
在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右运 动,物体与水平地面间的滑动摩擦力是4.2N, 求物体在4s末的速度和4s内发生的位移?
问题:
N 1.物体的受力情况如何? f F 受力分析如图示: 2.物体所受的合力如何? 竖直方向:合力为零,加速度为零。 G 水平方向: 大小:F合=F-f;方向与拉力F方向相同 3.物体的运动情况中已知哪些量?要求末速度和位移, 还差什么量? 已知初速度VO和时间t,要 V O =O t=4s V t=? 求末速度Vt和位移X,还差 X=? 加速度a。
图3-2-10
推论:物体从最高点由静止开始沿不同的光滑细杆到圆周 上各点所用的时间相等.如图3-2-9乙.
图3-2-9
(1)飞机在竖直方向上产生的加速度是多大?方向怎样?
(2)乘客所系安全带必须提供乘客体重多少倍的拉力,才 能使乘客不脱离坐椅?
解析 :
(1)竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动。 由公式x=(1/2)at2,解得 : a=2×1700/100m/s2=34 m/s (2)由题意知 : 乘客对坐椅的正压力为零,由牛顿第二定律 F合=ma 得:FN+mg=ma 故FN=m(a-g)=m(3.4-g)=2.4mg 所以安全带提供至少为乘客体重2.4倍的拉力。
2
N f F
G
例1.一个静止在地面上的物体,质量
为2kg,在6.4N的水平拉力作用下沿
水平地面向右运动,求物体在4s末的
速度和4s内发生的位移?
思考:如果物体与地面的动摩擦因数为 0.2, 其他条件不变。其结果如何?
总结:解决这类问题的一般思路
牛顿运动定律应用
N
N
f
F1=FCos
f
F1=FCos XBiblioteka F2=FSin GF
F2=FSin
GF
水平 方向:F合=F1-f=Fcos -f=ma 竖直方向:N=G+F2=G+Fsin
f=µN
X方向:F合=F1-f=Fcos -f=ma Y方向:N=G+F2=G+Fsin
f=µN
Vt=V0+at
Vt=V0+at
2、一种滑雪旳人,质量m=75kg,以V0=2m/s旳初速度沿 山坡匀加速地滑下,山坡旳倾角ß=300,在t=5s旳时间内滑 下旳旅程s=60m,求滑雪人受到旳阻力(涉及滑动摩擦力和 空气阻力)。
思绪:已知运动情况求受力。应先求出加速度a,再利 用牛顿第二定律F合=ma求滑雪人受到旳阻力。
解:第一步求a
因为V0=2m/s,s=60m,t=5s
据公式
2、S
V0t
1 2
at 2
求得a = 4m/s2
第二步求F合阻力要对人进行
受力分析画受力图,如下 因为是
N
f
GX
匀加速 滑下, 所以加 速度向
X
物体对地面旳摩擦力方向向右
f=15N
大小 f=µN=0.15×100N=15N
加速度a=F合/m=(F-f)/m
=(20-15)/10
=0.5m/s2
F=20N
17、F合=ma=2×10=20N
18、此题思绪:先求出加速度a再求出木板对子弹旳阻 力后根据牛顿第三定律求出子弹对木板旳平均作用力。
解:第一步求加速度a 第二步求木板对子弹旳平均阻力
解 (1)分析受力情况画受力图
牛顿运动定律在实际中的应用
牛顿第三定律在田 径运动中的应用: 运动员在跳跃或投 掷项目中,通过施
加相反方向的力 (例如在跳高时的 起跳和摆腿力量) 来增加垂直方向上 的加速度,从而跳 得更高或投得更远。
添加标题
牛顿运动定律在 田径运动中的综 合应用:在长距 离跑项目中,运 动员通过保持恒 定的速度和加速 度,以最少的能 量消耗完成比赛。
,a click to unlimited possibilities
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牛顿第一定律:物 体在无外力作用下, 将保持静止或匀速 直线运动状态。
牛顿第二定律:物 体加速度的大小与 作用力成正比,与 物体的质量成反比。
牛顿第三定律:作 用力和反作用力大 小相等,方向相反, 作用在同一条直线 上。
动作捕捉技术:利用牛顿运动定律进行演员的动作捕捉,实现逼真的动画效果。
特效制作:利用牛顿运动定律模拟自然现象,如爆炸、烟雾等,增强电影的视觉 效果。
角色动画:通过牛顿运动定律对角色进行骨骼绑定和动画制作,使角色动作更加 自然流畅。
场景设计:利用牛顿运动定律进行场景的物理模拟,如重力、碰撞等,增强场景 的真实感。
添加标题
牛顿第一定律:游泳者在水中前进时,由于受到水的阻力,需要施加一个力来克服阻力, 使身体持续向前移动。
牛顿第二定律:游泳者在加速游动时,需要施加更大的力来克服阻力,使身体加速前进。
牛顿第三定律:游泳者在游动时,需要保持身体的平衡,以保持稳定的前进速度和方向。
牛顿万有引力定律:在水中保持浮力平衡,通过调整身体的姿态和呼吸来控制身体的位置 和深度。
牛顿运动定律在机械制造中的应用,如机器的设计、制造和优化。 机器的运转和控制系统,如自动化生产线和机器人,都基于牛顿运动定律。 机械制造中使用的各种工具和设备,如机床、刀具和夹具,都受到牛顿运动定律的支配。 机械制造中的质量控制和误差分析,也涉及到牛顿运动定律的应用。
《牛顿运动定律的应用》教学设计
《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.
(2)有风力时的上升过程,小球的 受力情况如图1-15丙所示 在y方向,由平衡条件得: FN1=Fsin θ+mgcos θ 在x方向,由牛顿第二定律得:
Fcos θ-mgsin θ-μFN1=ma1
图1-15丙
停风后上升阶段,小球的受力情况如图1-15丁所示
在y方向,由平衡条件得: FN2=mgcos θ 在x方向,由牛顿第二定律得: -mgsin θ-μFN2=ma2 联立以上各式可得:F=60 N. 图1-15丁
加速度时,可以把连接体内所有物体组成的系统作为整体考
虑,分析其受力情况,运用牛顿第二定律对整体列方程求解
的方法.
2 .隔离法是指当研究对象涉及由多个物体组成的系统
时,若要求连接体内物体间的相互作用力,则应把某个物体
或某几个物体从系统中隔离出来,分析其受力情况及运动情
况,再利用牛顿第二定律对隔离出来的物体列式求解的方
(二)牛顿第二定律
1.定律内容 物体的加速度 a跟物体所受的合外力 F合 成正比,跟物体 的质量m成反比. 2.公式:F合=ma
理解要点
①因果性: F合是产生加速度 a的原因,它们同时产生, 同时变化,同时存在,同时消失. ②方向性:a与F合都是矢量,方向严格相同. ③瞬时性和对应性: a为某时刻某物体的加速度,F合 是
设恒力大小为 F1 时, B还在斜面上且对斜面的压力为零,此 时 A 、 B 有共同加速度 a1 , B 的受力情况如图 1 - 18 乙所示, 有:
图1-18乙
Tsin θ=mg,Tcos θ=ma1 解得:a1=gcot θ
即F1=(M+m)a1=(M+m)gcot θ
由此可知,当水平向左的力大于(M+m)gcot θ时,小球
《牛顿运动定律的应用》 讲义
《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。
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在传送带上留下了一段黑色痕迹后,煤块相对于传送带不再滑动, 求黑色痕迹的
长度。
35.2如图所示为货场使用的传送带的模型,传送带倾斜放置,与水平面夹角为
θ=37°,
传送带AB长度足够长,传送皮带轮以大小为υ=2m/s的恒定速率顺时针转动。一包货物以υ0=12m/s的初速度从A端滑上倾斜传送带,若货物与皮带之间的动摩擦因数μ=,且可将货物视为质点。
重力加速度为g。现对A施加一水平力F,则
A.当时,A、B都相对地面静止
B.当时,A的加速度为
C.当时,A相对B滑动
D.无论F为何值,B的加速度不会超过
十、质点组牛顿第二定律
31.如图所示,斜面体
M始终处于静止状态,当物体
m沿斜面下滑时有
A.匀速下滑时,
M对地面压力等于(
M+m)g
B.加速下滑时,
M对地面压力小于(
1,即a=1
g,则小球在下滑的过程中,木箱对地
图2-3
2
2
面的压力为多少
m
M
如图所示为杂技“顶竿”表演,一人站在地上,肩上扛一质量
为M的竖直竹竿,当竿上一质量为
m的人以加速度a加速下滑时,
竿对“底人”的压力大小为(
)
A.(M+m)g B.(M+m)g-ma C.(M+m)g+ma D.(M-m)g
25.两重叠在一起的滑块置于固定的倾角为θ的斜面上,如图所示,滑块
1:2:3,设所有接触面都光滑。当沿水平方向迅速抽出木块
C的
瞬间,
A、B的加速度分别是
aA,
aB各多大
四、同体性
10.一人在井下站在吊台上,用如图所示的定滑轮装置拉绳把吊台和自己提升上
来.图中跨过滑轮的两段绳都认为是竖直的且不计摩擦.吊台的质
量m=15kg,人的质量为M=55kg,起动时吊台向上的加速度是a=s2,求这时人对吊台的压力.(g=s2)
带的顶端,使它从静止开始沿传送带下滑。已知木块与传送带间的动摩擦因数μ=。
(g=10m/s2)
(1)小物块刚放到传送带顶端时受到的摩擦力的大小和方向
(2)小木块从静止到与传送带共速所发生的位移
(3)小木块从顶端运动到底端所用的时间
如图所示的传送皮带,其水平部分
ab的长度为2m,倾斜部分
bc的长度为4m,bc与水平
法中正确的是
A.A物体3s末时的加速度是初始时的5/11
B.B物体始终做匀加速直线运动
C.t=时,A物体的速度为零
D.t>后,A、B两物体的加速度方向相反
28.如图11
所示,细线的一端固定于倾角为
450的光滑楔形滑块
A的顶端P处,
P
细线的另一端拴一质量为
m的小球。当滑块至少以加速度a=
向左
运动时,小球对滑块的压力等于零,当滑块以
B.3 mg
5
4
C.3 mg
D. 3 mg
2
μ
木板M静止在光滑水平面上,木板上放着一个小滑块
m,与木板之间的动摩擦
因数μ,为了使得m能从M上滑落下来,求下列各种情况下力F的大小范围。
F
m
mF
M
M
如图所示,A、B两物块的质量分别为2m和m,静止叠放在水平地面上。A、B间
的动摩擦因数为,B与地面间的动摩擦因数为。最大静摩擦力等于滑动摩擦力,
a=2g的加速度向左运动时,线中
a
拉力T=
A450
。
九、滑动临界
图11
29.如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块,其中两个质量
为m的木块间用可伸长的轻绳相连,木块间的最大静摩擦力是μmg.现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块,使四个木块以同一加速度运动,则轻绳对m的
最大拉力为
A.3 mg
体A上时产生加速度a2大小为2m/s2。那么F1和F2同时作用在物体A上时产生的加速度为
s2s2s2s2
三、瞬时性
5.质量为M的木块位于粗糙水平桌面上, 若用大小为F的水平恒力拉木块, 其加速度为a,当拉力方向不变,大小变为2F时,木块的加速度为a,则
A.B.C.D.
6.如图所示,位于光滑固定斜面上的小物块P受到一水平向右的
A.1倍;B.5倍;C.1倍;D.4倍.
4433
16.如图所示,倾角为θ的斜面固定在升降机上, 质量为m的物体静止在斜面上,
当升降机以加速度a竖直向上加速运动时,物体保持与斜面相对静
止,则此时物体受到的支持力和摩擦力分别为多少
17.如图所示,在倾角θ=37°的足够长的固定斜面上,有一质量m=1kg的物体,物体与斜面间动摩擦因数μ=.物体受到沿平行于斜面向上的轻细线的拉力F=的作用,从静止开始运动,经2s绳子突然断了.求绳断后多长时
间物体速度大小为22m/s.(结果保留两位有效数字,已知
sin37°=,g取10m/s2)
六、等时圆
18.如图1所示,ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆,
a、b、c、d位于同一圆周上,a点为圆周的最高点,d点为最低
点。每根杆上都套有一个小滑环(图中未画出),三个滑环分
别从a、b、c处释放(初速为0),用t1、t2、t3依次表示各滑
A对物体
B的作用力等于
____________
拓面间有摩擦力且摩擦因数均为
μ 则
A对
B作用力等
于
。
21.用质量为m、长度为L的绳沿着光滑水平面拉动质量为
M的物体,
在绳的一端所施加的水平拉力为
F, 如图14所示,求:
M
F
m
(1)物体与绳的加速度;
(2)绳中各处张力的大小
(假定绳的质量分布均匀,下垂度可忽略不计。
s2。
(1)求行李刚开始运动时所受的滑动摩擦力大小与加速度大小;
(2)求行李做匀加速直线运动的时间;
(3)求行李在传送带上滑行痕迹的长度
(4)如果提高传送带的运行速率,行李就能被较快地传送到B处。求行李从
A处传送到B处的最短时间和传送带对应的最小运行速率。
如图所示,足够长的水平传送带以v0=2m/s的速度匀速运行.t=0
平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度。如图7所示。现让木板由静止开始以加速度
a(a<g=匀加速向下移动。求经过多长时间木板开始与物体分离。
图7
27.如图所示,在光滑水平面上放着紧靠在一起的A、B两物体,B物体的质量是
A物体质量的2倍,B物体受到水平向右的恒力FB=2N,A物体受到的水平力
FA=(9-2t)N,(t的单位是s)。从t=0开始计时, 则下列说
M+m)g
m
C.减速下滑时,
M对地面压力大于(
M+m)g
M
对地面压力始终等于(
M+m)g
十一、传送带
1.水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,用于对旅客的行李进行安全检查。
如图所示为一水平传送带装置示意图,绷紧的传送带AB始终保持v=1m/s的恒
定速率运行。一质量为m=4kg的行李无初速度地放在A处,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动, 随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动。设行李与传送带间的动摩擦因数μ=,AB间的距离L=2m,g取10 m/
)
图14
22.如图所示,已知水平木板的表面光滑,A、B的质量分别为m、M,A、B间由
细绳连接。由静止释放B,不计定滑轮的摩擦及空气阻力,求释放B的瞬间:
(1)A、B的加速度大小
(2)绳子对A的拉力大小
、B两物体的质量分别为m=2kg、M=3kg,固定斜面的倾角为θ=37,与斜面之间的动摩擦因数μ=,最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力。忽略定滑轮质量及
沿bc连线竖直上抛,到达最高点时间为
t3,不计一切阻力与摩擦,且
A、B、C都可视
为质点,则t1、t2、t3的大小关系为:
A.t2>t1>t3
B.t1=t2>t3
C.t1=t2=t3D.A、B、C三物体的质量未知,因此无法比较
七、连接体问题
20.两个物体A和B,质量分别为m1和m2,互相接触放在光滑水平面上,如图所示,对物体A施以水平的推力F,则物体
其摩擦力。开始时令各物体都处于静止状态,绳被拉直。如图所示,然后释放B。
求:(g=10m/s2)
(1)A物体运动的加速度a的大小和方向
(2)绳子对B的拉力FT
如图2-3所示,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,开始时小球在杆的顶端,由静止释放后,小球沿杆下滑
的加速度为重力加速度的
环到达d所用的时间,则
图1
<t2<t3>t2>t3
>t1>t2=t2=t3
19.如图,ab、cd是竖直平面内两根固定的光滑细杆,a、b、c、d位于同一
圆周上, 圆周半径为R,b点为圆周的最低点,c点为圆周的最高点.现
有两个小滑环A、B分别从a、c处由静止释放,滑环A经时间t1从a
点到达b点,滑环B经时间t2从c点到达d点;另有一小球C从b点以初速度v0=4gR
D、加速度方向先竖直向下再竖直向上
8.(1)如图(A)所示,一质量为m的物体系于长度
分别为L1,L2的两根细线上,L1的一端悬挂在天
花板上,与竖直方向夹角为,L2水平拉直,物体
处于平衡状态。现将L2线剪断,求剪断瞬时物体的
加速度。
9.如图所示,木块A、B用一轻弹簧相连,竖直放在木块C上,C静置于地
面上,它们的质量之比是
A、B的质量分别为M
和m,A与斜面间的动摩擦因数为μ
1
,B与A之间的动摩擦因数为μ