牛頓運動定律的應用

——動力學兩類基本問題年級：高中三年級（下）學科：物理學習目標1、掌握應用牛頓運動定律解決問題的思路和方法2、理解加速度在分析力和運動過程中的橋梁作用3、初步體會牛頓運動定律對社會發(fā)展的影響，建立應用科學知識解決實際問題的意識1、基本思路一、知識回顧2、基本步驟一、知識回顧3、解題關鍵一、知識回顧(1)兩類分析——物體的受力分析和物體的運動過程分析。速度是各物理過程間相互聯(lián)系的橋梁。(2)兩個橋梁

加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁；4、解決動力學問題時對力的處理方法一、知識回顧(1)合成法：

在物體受力個數(shù)較少(2個或3個)時一般采用合成法。(2)正交分解法：

若物體的受力個數(shù)較多(3個或3個以上)時，則采用正交分解法。二、學以致用(一)已知受力情況求運動情況

[例1]

如圖所示為四旋翼無人機，它是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器，目前得到越來越廣泛的應用．一架質(zhì)量m＝2kg的無人機，其動力系統(tǒng)所能提供的最大升力F＝36N，運動過程中所受空氣阻力大小恒為f＝4N．g取10m/s2.(1)無人機在地面上從靜止開始，以最大升力豎直向上起飛．求在t＝5s時離地面的高度h；

Fmgfva二、學以致用(一)已知受力情況求運動情況[例1]

如圖所示為四旋翼無人機，它是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器，目前得到越來越廣泛的應用．一架質(zhì)量m＝2kg的無人機，其動力系統(tǒng)所能提供的最大升力F＝36N，運動過程中所受空氣阻力大小恒為f＝4N．g取10m/s2.(2)當無人機懸停在距離地面高度H＝100m處，由于動力設備故障，無人機突然失去升力而墜落．求無人機墜落地面時的速度v.(2)設無人機墜落過程中加速度為a1，由牛頓第二定律：mg－f＝ma1解得a1＝8m/s2由v2＝2a1H，解得v＝40m/s.mgfa1v二、學以致用(一)已知受力情況求運動情況[拓展變式]

若[例1]中在無人機墜落過程中，在遙控設備的干預下，動力設備重新啟動提供向上最大升力．為保證安全著地，求飛行器從開始下落到恢復升力的最長時間t1.

mgfFa1v二、學以致用(二)已知運動情況求受力情況[例2]

某市啟動“機動車文明禮讓斑馬線”活動，交警部門為樣板斑馬線配上了新型電子警察.一輛質(zhì)量為2.0×103kg的汽車，以54km/h的速度沿平直道路勻速行駛，距斑馬線還有30m的距離時，駕駛員發(fā)現(xiàn)有行人通過斑馬線，經(jīng)過0.5s的反應時間，汽車制動，開始做勻減速運動，恰好在斑馬線前停住.重力加速度g＝10m/s2.(1)求汽車制動過程中所受的合力大小；解析(1)設汽車在反應時間內(nèi)行駛的距離為x1，制動過程中行駛的距離為x2，加速度大小為a1，所受的合力大小為Ff1.初速度v0＝54km/h＝15m/s，反應時間t0＝0.5s，由牛頓第二定律有Ff1＝ma1由勻速和勻變速直線運動規(guī)律有x1＝v0t0x2＝x－x1v02＝2a1x2聯(lián)立解得Ff1＝1.0×104N.二、學以致用

(2)設汽車從靜止開始經(jīng)10s使速度重新達到54km/h的過程中，加速度大小為a2，牽引力大小為F，由牛頓第二定律:F－Ff2＝ma2，

已知Ff2＝0.05mg由勻變速直線運動規(guī)律有v0＝a2t加聯(lián)立解得F＝4.0×103N.二、學以致用

解析(1)對小球進行受力分析，并沿斜面和垂直于斜面建立坐標系，如圖所示。在垂直于斜面方向上合力為0，有：F1sin60°＝mgsin60°解得：F1＝1N在沿斜面向下的方向上，由牛頓第二定律：F1cos60°＋mgcos60°＝ma解得：a＝10m/s2

方向沿斜面向下二、學以致用(2)作用在箱子上的力F的大小。解析：箱子和小球相對靜止，可以將箱子和小球看做一個整體，對整體進行受力分析，并沿斜面和垂直于斜面建立坐標系，如圖所示。整體加速度a0＝a＝10m/s2摩擦力Ff＝μFN在垂直于斜面方向上合力為0可得FN＝(Mg