56节牛顿第三定律用牛顿运动定律解决问题.docx
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56节牛顿第三定律用牛顿运动定律解决问题
年级
高一
学科
物理
版本
人教新课标版
课程标题
必修1第四章第5-6节牛顿第三定律、用牛顿运动定律解决问题
编稿老师
赵淑霞
一校
李秀卿
二校
林卉
审核
王新丽
一、学习目标:
1.知道力的作用是相互的,知道作用力和反作用力的概念。
2.理解牛顿第三定律的确切含义,会用它解决有关问题。
3.会区分平衡力与作用力和反作用力。
4.会利用牛顿运动定律解决两类动力学基本问题。
二、重点、难点:
重点:
1.对牛顿第三定律的理解及应用.
2.掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法
难点:
1.作用力、反作用力与平衡力的区别
2.物体的受力和运动状态的分析、处理实际问题时物理情景的建立
三、考点分析:
牛顿运动定律是经典力学的基础,它在科学研究和生产技术中有着广泛的应用。
本讲在前两讲探究和总结牛顿第二定律的基础上,结合日常生活中出现的问题,展示了用牛顿第二定律解决实际力学问题的基本思路和方法,以及相互作用力在实际生活中的应用。
内容和要求
考点细目
出题方式
对牛顿第三定律的理解
知道相互作用力的特点及在实际生活中的应用
解释题,选择题
相互作用力与平衡力
知道两者的联系与区别
选择题
动力学两类基本问题
处理的思路及方法
选择题、计算题
分析方法
正交分解法的应用
选择题、计算题
一、作用力与反作用力
力是物体对物体的相互作用。
只要谈到力,就一定存在受力物体和施力物体。
观察和实验表明:
1.两个物体之间的作用总是相互的。
2.一个物体对另一个物体施加了力,后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。
3.物体间相互作用的这一对力,通常叫做作用力和反作用力。
二、牛顿第三定律
实验:
探究作用力与反作用力的关系
把A、B两个弹簧测力计连接在一起,B的一端固定,用手拉弹簧测力计A。
如上图所示,可以看到两个弹簧测力计的指针同时移动。
这时,弹簧测力计A受到B的拉力
,弹簧测力计B则受到A的拉力F。
F与F’的关系是否有变化?
1.大小:
作用力与反作用力的大小相等。
2.方向:
作用力与反作用力的方向相反,在一条直线上。
◆牛顿第三定律:
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,作用在一条直线上。
◆相互作用力的特点:
1.作用力与反作用力分别作用在两个物体上,各自产生的效果不能相互抵消。
2.作用力与反作用力性质相同。
3.作用力与反作用力同时产生、同时变化、同时消失。
4.作用力与反作用力总是大小相等、方向相反,并作用在一条直线上,与物体的运动状态无关。
◆相互作用力与平衡力
作用力和反作用力
平衡力
相同点
等大,反向,共线
不
同
点
作用对象
两个物体(异物)
同一个物体
性质
一定相同(同性)
不一定相同
作用时间
同时产生同时消失(同时)
不一定同时产生同时消失
力的效果
不能抵消
互相抵消
三.利用牛顿运动定律解答的两类动力学基本问题
1.牛顿运动定律确定了运动和力的关系,使我们能够把物体的受力情况和运动情况联系起来,由此用牛顿运动定律解决的问题可分为两类:
a.已知物体的受力情况,确定物体的运动情况。
b.已知物体的运动情况,求解物体的受力情况
2.用牛顿运动定律解决两类问题的基本思路
已知物体的受力情况
求得a
据
s、v0、vt、t
已知物体的运动情况
求得物体的受力情况
◆动力学问题的求解步骤
1.选对象;
2.分析力;分析运动
3.建坐标;
4.分解力;
5.列方程;(运动学,牛顿第二定律)
6.解“联立”。
知识点一:
对牛顿第三定律的理解
例1.跳高运动员从地面上起跳的瞬间,下列说法中正确的是( )
A.运动员对地面的压力大于运动员受到的重力
B.地面对运动员的支持力大于运动员受到的重力
C.地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力
D.运动员对地面的压力等于运动员受到的重力
正确答案:
AB
解答过程:
作用力与反作用力在任何情况下,总是大小相等的,但决定物体运动的是物体的合外力大小和方向。
变式训练:
一物体受绳拉力的作用,由静止开始前进,先做加速运动,然后改为匀速运动,再改为减速运动,下列说法正确的是()
A.加速前进时,绳拉物体的力大于物体拉绳的力
B.减速前进时,绳拉物体的力小于物体拉绳的力
C.只有匀速前进时,绳拉物体的力才与物体拉绳的力大小相等
D.不管物体如何前进,绳拉物体的力与物体拉绳的力大小总相等
正确答案:
D
解答过程:
作用力、反作用力总是大小相等、方向相反,并作用在同一条直线上。
与相互作用的物体所处的状态没有关系。
知识点二:
相互作用力与平衡力
例2.物体放在水平桌面上,则下列说法中正确的是()
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力,它们是一对平衡力
B.物体所受的重力和桌面对它的支持力,是一对作用力与反作用力
C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力是同种性质的力
D.物体对桌面的压力与桌面对物体的支持力是一对平衡力
正确答案:
A
解答过程:
平衡力作用在同一物体上,且大小相等、方向相反,作用力与反作用力分别作用在两个物体上,性质相同,具有同时性。
变式训练1:
重物A用一根轻弹簧悬挂静止于天花板下,画出重物和弹簧的受力图如图所示。
关于这四个力的以下说法正确的是()
A.F1的反作用力是F4 B.F2的反作用力是F3
C.F1的施力物体是弹簧 D.F3的施力物体是物体A
E.F1与F2是一对作用力与反作用力
正确答案:
CD
解答过程:
F1的反作用力是F5、F2的反作用力是地球受到的力,F1与F2是一对平衡力。
变式训练2:
用水平力F将木块M紧压在竖直的墙壁上,如下图所示。
若以N表示墙壁对木块的弹力,R表示木块对墙壁的压力,下列对F、N、R的判断中哪一个是正确的()
A.N和R的合力为零B.F和N是一对平衡力
C.N和R是性质不同的力D.F和N是作用力与反作用力
正确答案:
B
解答过程:
N与R是相互作用力不是平衡力,性质相同,作用在两个物体上。
F与N是一对平衡力,故正确选项为B。
知识点三:
牛顿运动定律的应用1—已知物体的受力情况确定物体的运动情况
例3.质量为10kg的物体放在水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,如果用大小为40N,方向斜向上与水平方向的夹角为37°的恒力,使物体沿水平面向右运动,求
(1)物体运动的加速度大小;
(2)若物体由静止开始运动,需要多长时间速度达到8.4m/s,物体的位移多大?
正确答案:
1.68m/s2,5s,21m
解答过程:
解:
(1)以物体为研究对象,首先对物体进行受力分析,如下图所示。
建立平面直角坐标系把外力沿两坐标轴方向分解。
设向右为正方向,依据牛顿第二定律列方程:
整理后得到:
代入相关数据解得:
物体运动的加速度大小
=1.68m/s2
(2)因为物体做匀加速直线运动,所以根据运动学公式可知:
∵
∴物体运动的时间为:
∵
∴物体的位移大小为:
m
说明:
(1)这是一道已知物体的受力情况,确定物体的运动情况的题。
(2)本题中物体受4个力的作用(大于3个力的作用),一般在处理力的关系时用正交分解法。
(3)支持力不是外力在竖直方向上的分力;重力大小不等于地面给予的支持力。
变式训练3:
2005年10月12日9时,我国“神舟”六号载人飞船在酒泉卫星发射中心由长征2F运载火箭成功发射升空.若长征2F运载火箭和飞船起飞时的总质量为1.0×105kg,火箭起飞时的推动力为3.0×106N,运载火箭发射塔高160m,求:
(1)假设火箭起飞时的推动力不变,忽略空气阻力和火箭质量的变化,则运载火箭经多长时间飞离发射塔;
(2)这段时间内飞船中的宇航员费俊龙对座椅的压力是多大(费俊龙的质量为65kg)?
正确答案:
(1)4.0s
(2)1.95×103N
解答过程:
(1)以运载火箭和飞船整体为研究对象,它们起飞时所受的合力为F-Mg,根据牛顿第二定律,起飞时的加速度:
a=
m/s2=20m/s2。
运载火箭飞离发射塔的时间:
t=
s=4.0s.
(2)以费俊龙为研究对象,设座椅对他的支持力为FN,由牛顿第二定律有:
FN-mg=ma,FN=ma+mg=65×(10+20)N=1.95×103N
根据牛顿第三定律,费俊龙对座椅的压力:
FN′=FN=1.95×103N.
总之:
根据牛顿第二定律从物体的受力情况确定运动情况,在实际中有重要的应用。
指挥宇宙飞船飞行的科学工作者,根据飞船的受力情况可以确定飞船在任意时刻的速度和位置。
他们解决问题的思路和我们在前面讲的一样,只是计算很复杂,要用电子计算机才行。
知识点四:
牛顿运动定律的应用2—已知物体运动情况确定物体受力情况
例4.一个空心小球从距离地面16m的高处由静止开始落下,经2s小球落地,已知球的质量为0.4kg,求它下落过程中所受空气阻力多大?
(
=10m/s2)
正确答案:
0.8N
解答过程:
以空心小球为研究对象,根据它的运动情况可知,其下落时加速度大小为:
<
说明小球在下落过程中受到向上的空气阻力作用,小球的受力情况如图所示
依据牛顿第二定律可知:
∴小球所受空气阻力大小为:
N
变式训练4:
质量为m=20kg的物体,初速度为10m/s,在大小恒定的水平外力F的作用下,沿水平面做直线运动.0—2.0s内F与运动方向相反,2.0s—4.0s内F与运动方向相同,物体的速度-时间图象如图所示,已知g取10m/s2。
求物体与水平面间的动摩擦因数。
正确答案:
0.2
解答过程:
由图象可知:
0—2.0s内,物体做匀减速运动,加速度大小a1=5m/s2,根据牛顿第二定律有:
F+μmg=ma1,得F=ma1-μmg
2.0—4.0s内,物体在负方向上做匀加速运动,
加速度大小a2=1m/s2,F-μmg=ma2,F=ma2+μmg
所以ma1-μmg=ma2+μmg,
1.牛顿第三定律提示了力的作用的相互性,即两个物体间只要有力的作用,就必然成对出现即作用力与反作用力,理解这种相互作用关系,对解决受力分析问题有很大帮助。
另外,在求解某力大小时,可以通过转换研究对象分析该力的反作用力从而求解。
2.无论哪类问题,正确理解题意、把握条件、分清过程是解题的前提,正确分析物体受力情况和运动情况是解题的关键,加速度始终是联系运动和力的纽带、桥梁。
可画方框图如下:
3.全面分析研究对象的运动情况,画出运动过程示意简图(含物体所在位置、速度方向、加速度方向等)。
特别注意:
若所研究运动过程的运动性质、受力情况并非恒定不变时,则要把整个运动过程分成几个不同的运动阶段详细分析。
每个运动阶段是一种性质的运动。
要弄清各运动阶段之间的联系(如前一运动阶段的末速度就是后一运动阶段的初速度等)。
4.注意:
在求解过程中,要选准公式、正确运算、简洁、规范。
要先求出所求物理量的文字表达式再代入数字进行计算。
各量统一用国际单位制单位。
各已知量的单位不必一一写出,在数字后面直接写上所求量的国际单位制单位即可。
一、预习新知
第四章:
牛顿运动定律复习
二、预习点拨
1.复习牛顿三定律的具体含义及应用
2.动力学两类基本问题的思维方法及解题思路
3.简单的连接体问题,超失重问题,及斜面上物体的受力分析及动力学问题
(答题时间:
45分钟)
1.下列说法正确的是( )
A.凡是大小相等、方向相反、分别作用在两个物体上的两个力必定是一对作用力与反作用力
B.凡是大小相等、方向相反、作用在同一物体上的两个力必定是一对作用力与反作用力
C.作用力与反作用力大小相等、方向相反,作用在同一直线上,因此这两个力平衡
D.相互作用的一对力,究竟称哪一个力为作用力是任意的
2.以卵击石,鸡蛋“粉身碎骨”,而石头“安然无恙”。
对于这一过程的描述,下列说法正确的是()
A.在以卵击石的过程中,鸡蛋“粉身碎骨”说明石头对鸡蛋的作用力大,所以鸡蛋碎了
B.在以卵击石的过程中,石头“安然无恙”说明鸡蛋对石头的力小,所以石头“安然无恙”
C.在以卵击石的过程中,石头对鸡蛋的作用力与鸡蛋对石头的作用力,二者大小相等
D.以卵击石的过程中,石头“安然无恙”而鸡蛋“粉身碎骨”是因为蛋壳能承受的力远小于石头所能承受的力
3.如图所示,P和Q叠放在一起,静止在水平桌面上。
在下列各对力中属于作用力与反作用力的是( )
A.P所受的重力和Q对P的支持力
B.Q所受的重力和Q对P的支持力
C.P对Q的压力和Q对P的支持力
D.Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力
4.2005年10月12日,“神舟”六号成功发射并成功返回,再次证明了我国在航天领域的实力。
下面关于飞船和火箭上天情况的叙述正确的是( )
A.火箭尾部向外喷气,喷出的气体对火箭产生一个向上的推力
B.火箭受的推力是由于喷出的气体对空气产生一个作用力,空气的反作用力作用于火箭而产生的
C.火箭飞出大气层后,由于没有了空气,火箭虽向后喷气也不会产生推力
D.飞船进入轨道后和地球间存在一对作用力与反作用力
5.一物块从粗糙斜面底端,以某一初速度开始向上滑行,到达某位置后又沿斜面下滑到底端,则物块在此运动过程中
A.上滑时的摩擦力小于下滑时的摩擦力
B.上滑时的加速度小于下滑时的加速度
C.上滑时的初速度小于下滑时的末速度
D.上滑时的时间小于下滑时的时间
6.如图所示,位于光滑固定斜面上的小物块P受到一水平向右的推力F的作用。
已知物块P沿斜面加速下滑。
现保持F的方向不变,使其减小,则加速度()
A.一定变小
B.一定变大
C.一定不变
D.可能变小,可能变大,也可能不变
7.马拉车的力大于车拉马的力吗?
8.人在跑步的时候,人和地球间有多少对作用力与反作用力?
9.如图所示,质量为M=60kg的人通过光滑的定滑轮用绳拉着m=20kg的物体;当物体以加速度a=5m/s2上升时,人对地面的压力为多少?
(g取10m/s2)
10.如图所示,质量m=2kg的物体静止在水平地面上,物体与水平地面的滑动摩擦因数μ=0.25。
现对物体施加大小F=10N与水平方向夹角为θ=37°的斜向上的拉力,使物体向右做匀加速直线运动。
已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2,求物体第5s末的速度及5s内的位移各为多少。
1.D
解析:
作用力与反作用力是相互作用的两个物体之间的彼此的作用,虽然它们大小相等、方向相反,分别作用在两个物体上,但并不是凡是大小相等、方向相反,分别作用在两个物体上的两个力就必定是一对作用力与反作用力。
2.CD
解析:
以卵击石过程中,鸡蛋对石头的力与石头对鸡蛋的力是一对作用力与反作用力。
由牛顿第三定律知,这两个力总是大小相等。
鸡蛋之所以“粉身碎骨”是因为蛋壳的承受力小于石头对它的作用力。
3.CD
解析:
找作用力与反作用力时要注意,作用力与反作用力的受力物体和施力物体正好是相互交换着的。
4.AD
解析:
火箭尾部向外喷气,给喷出的气体一个作用力,而喷出的气体给火箭一个反作用力,火箭就是受到这个反作用力(推力),才克服空气阻力向上飞行的,A正确;飞船进入轨道后,受到地球的引力作用,D正确。
5.D
6.B
解析:
设斜面倾角为α,由牛顿第二定律得:
所以
由上式可知,F减小,其加速度一定变大。
7.解析:
不是,马拉车的力和车拉马的力是相等的。
马拉车的力和车拉马的力是一对作用力,根据牛顿第三定律,马拉车的力和车拉马的大小相等,方向相反,作用在一条直线上。
8.答案:
三对
解析:
9.300N
解析:
对物体m:
由牛顿第二定律:
有F-mg=ma,得:
F=mg+ma=300N.
人受三个力而平衡.
则有FN+F=Mg,得FN=Mg-F=300N
由牛顿第三定律得:
压力F′N=FN=300N
10.答案:
11.25m/s28.125m
解析:
设向右为正方向,以物体为研究对象,对物体进行受力分析,如图,分别沿水平,竖直方向分解,据
有:
据
有
据滑动摩擦力公式有:
代入数据可得到
第5s末的速度由运动学公式有:
5s内的位移由运动学公式有: