【高中物理课件】牛顿运动定律的应用课课件

牛顿运动定律的应用牛顿运动定律是经典力学的基石，描述了力与运动之间的基本关系本课程将深入探讨如何运用这些定律解决实际物理问题，培养学生的物理思维和解题能力课程目标掌握解题思路学会运用牛顿运动定律解决各类力学问题的基本思路和系统方法提升分析能力培养准确分析物体受力情况和运动状态的综合能力解决实际问题提高运用物理知识解决生活中实际问题的能力数学工具应用认识和掌握数学工具在物理问题求解中的重要作用本课重点受力求运动运动求受力已知物体的受力情况，通过已知物体的运动情况，逆向牛顿第二定律求解物体的运运用牛顿第二定律推导物体动情况，包括加速度、速度所受的力的大小和方向和位移等运动学量实际应用将牛顿第二定律运用到各种实际物理情景中，如斜面运动、圆周运动等复杂问题的求解本课难点复杂问题应用受力分析方法选择在多物体系统、变力准确识别和分析物体根据具体问题特点，作用等复杂情况下灵所受的各种力，正确灵活选择和运用不同活运用牛顿第二定律绘制受力图，理解力的解题方法和技巧进行分析和求解的作用效果引入思考力与运动的关系双向分析思维力是改变物体运动状态的原因当物体受到不平衡力作用物理问题的分析具有双向性既可以从受力情况推断运动时，其运动状态必然发生改变，产生加速度情况，也可以从运动情况推断受力情况思考日常生活中的例子推车时车加速，踩刹车时车减这种双向思维是解决力学问题的关键，需要在学习中不断速，这些都体现了力对运动状态的影响培养和强化牛顿运动定律回顾1第一定律（惯性定律）物体在不受外力或所受合外力为零时，保持静止或匀速直线运动状态2第二定律（基本定律）物体加速度与所受合外力成正比，与质量成反比，即F=ma3第三定律（作用反作用定律）两物体间的作用力和反作用力大小相等、方向相反、作用在不同物体上牛顿第一定律平衡状态静止或匀速直线运动都是平衡状态，此2时合外力为零惯性概念物体保持原有运动状态的性质称为1惯性，质量是惯性大小的量度生活实例3汽车急刹车时乘客向前倾，体现了惯性的作用牛顿第二定律合外力F作用在物体上所有力的矢量和质量m物体惯性大小的量度加速度a速度变化的快慢程度牛顿第二定律是动力学的核心，它定量描述了力、质量和加速度F=ma之间的关系合外力是产生加速度的根本原因，加速度方向与合外力方向始终一致牛顿第三定律力的相互性任何力都不是孤立存在的，力总是成对出现的，体现了物体间相互作用的本质作用反作用作用力和反作用力大小相等、方向相反，分别作用在两个相互作用的物体上实际应用人走路时脚蹬地面，地面给脚向前的反作用力；火箭喷气推进都是第三定律的应用第一类动力学问题问题特点1已知受力求运动核心定律2牛顿第二定律F=ma解题基础3准确的受力分析第一类动力学问题是最基本的问题类型，要求学生能够根据给定的力的信息，通过牛顿第二定律计算出物体的加速度，进而求解运动学量解题步骤（第一类问题）明确研究对象1确定要分析的物体或系统受力分析2分析所有作用力并绘制受力图建立坐标系3选择合适坐标系求合力应用牛顿定律4F=ma求加速度运动学求解5结合运动学公式求解例题斜面滑动问题问题描述分析要点一个小孩在斜面滑梯上从静止开始滑动，滑梯倾角为，这是典型的斜面运动问题，需要考虑重力、支持力和摩擦θ长度为，小孩与滑梯间的动摩擦因数为力三个力的作用Lμ求解小孩滑到底端时的速度大小和所需的时间关键在于正确建立坐标系和分解各个力例题分析1研究对象2受力分析质量为的小孩，可视为小孩受到三个力重力m mg质点进行分析（竖直向下）、支持力N（垂直于斜面向上）、摩擦力（沿斜面向上）f3受力图绘制准确绘制受力图是后续计算的基础，要注意各力的方向和作用点例题解答1轴选择y2轴垂直于斜面向上为正y坐标系建立1轴沿斜面向下为正方向x重力分解沿轴，沿轴x mgsinθy mgcosθ3合理的坐标系选择能够大大简化计算过程选择轴沿斜面方向，可以直接得到沿运动方向的合力，避免复杂的三角运算x例题解答20N方向合力支持力大小y垂直斜面方向无加速度N=mgcosθμN摩擦力大小f=μmgcosθ在方向上，小孩没有加速度，因此支持力与重力在方向的分量y Ny平衡摩擦力的大小等于动摩擦因数与支持力的乘积mgcosθ例题解答3方向受力分析xmgsinθ-μmgcosθ=ma消去质量mgsinθ-μgcosθ=a求得加速度a=gsinθ-μcosθ沿方向应用牛顿第二定律，重力分量减去摩擦力等于合外力注意加x速度的大小与物体质量无关，只与倾角和摩擦因数有关例题解答4时间速度例题解答5时间公式推导结果验证运用运动学公式₀，由于₀，可得时间可以通过位移公式进行验证，确保计算结果的正确v=v+at v=0t=v/a s=½at²性将速度和加速度的表达式代入，得到t=√2L/gsinθ-当时，问题简化为无摩擦斜面，结果更加简洁μcosθμ=0受力分析的要点明确研究对象识别所有作用力清晰界定要分析的物体，避全面分析物体受到的重力、免混淆不同物体的受力情弹力、摩擦力等各种性质的况，确保分析的准确性和系力，不能遗漏任何一个力统性正确绘制受力图用箭头表示力的大小和方向，标明力的符号，为后续计算提供清晰的依据坐标系选择的技巧减少未知量与加速度方向一致通过巧妙的坐标系选择，可以使某些未知力在特定方向上的分量为选择一个坐标轴与物体加速度方向一致，可以简化计算过程零123简化力的分解合理的坐标系能够减少需要分解的力的数量，降低计算复杂度第二类动力学问题问题特点1已知运动求受力分析思路2运动状态加速度合力→→应用基础3逆向运用牛顿第二定律第二类动力学问题要求从已知的运动信息推导出力的信息，这需要学生具备敏锐的物理直觉和扎实的运动学基础，能够从运动描述中提取加速度信息解题步骤（第二类问题）明确研究对象1确定要研究的物体或系统分析运动状态2从运动描述中求出加速度应用牛顿定律3求合外力F=ma受力分析4确定各个分力的大小和方向例题圆周运动运动描述速度特征质量的小球做半径的匀速圆周运动线速度大小恒定为m Rv12受力要求43加速度特征求小球所受向心力向心加速度a=v²/R例题分析运动分析匀速圆周运动中速度大小不变，但方向时刻改变加速度计算向心加速度，方向始终指向圆心a=v²/R力的分析需要向心力提供向心加速度，力的方向指向圆心圆周运动是变速运动，虽然速度大小不变，但速度方向的不断改变使得物体具有向心加速度，这要求必须有指向圆心的合外力例题解答F v²/R0向心力公式向心加速度切向力加速度大小恒定匀速圆周运动无切向力F=ma=mv²/R向心力的大小为，方向指向圆心在不同的具体情况下，向心力可能由重力、弹力、摩擦力或它们的合力提供需要F=mv²/R根据具体的物理情景来确定向心力的来源注意事项变加速处理方向一致性力的分解当物体加速度随时间合力方向必须与加速力的分解必须根据实变化时，需要采用分度方向完全一致，这际的物理情况，不能段处理或微积分方法是牛顿第二定律的基随意分解或简化进行分析本要求两个物体的相互作用力的相互性系统法思想根据牛顿第三定律，任何两个物体之间的作用力都是相互对于多物体问题，可以将相互作用的物体看作一个整体系的，大小相等、方向相反统来分析这种相互作用体现了自然界中力的普遍规律，是分析复杂系统内部的相互作用力在系统的整体运动分析中会相互抵系统的基础消连接体问题绳连接系统滑轮系统用轻绳连接的物体系统滑轮改变力的方向，轻质中，绳子张力相等，连接滑轮两侧绳子张力相等点的加速度相同约束条件连接体的几何约束关系决定了各物体运动之间的关联例题两物体连接系统问题设置分析要点两个质量分别为₁和₂的物体用轻绳连接，放置在光滑由于绳子不可伸长，两物体具有相同的加速度m m水平面上可以用整体法求加速度，用隔离法求张力对系统施加水平拉力，求两物体的共同加速度和绳子的张F力例题分析整体法分析将两个物体看作一个整体，总质量为₁₂，受外力作用m+mF隔离法分析分别分析每个物体的受力情况，考虑绳子张力的作用方法选择根据求解目标选择合适的分析方法，通常两种方法结合使用例题解答1整体受力₁₂m+m a=F求加速度₁₂a=F/m+m隔离m₁₁m a=T求张力₁₁₂T=m F/m+m整体法能够快速求出系统的共同加速度，避免了内力的复杂计算然后通过隔离法分析单个物体，可以求出内力（绳子张力）的大小例题解答2复杂系统的分析方法系统法与隔离法结合虚拟位移方法1灵活运用两种方法，先整体后局部通过假设微小位移分析约束关系2能量守恒应用数学工具辅助4在适当情况下运用能量观点简化问运用向量、微积分等数学工具3题常见综合问题类型平面运动问题变力问题物体在二维平面内的复合运作用力随时间、位置或速度动，需要分别分析水平和竖变化的问题，通常需要运用直方向的受力与运动情况微积分方法进行分析高考典型题结合多个知识点的综合性问题，考查学生的综合分析和解决问题的能力平抛运动的受力分析水平方向分析竖直方向分析水平方向不受外力作用，物体做匀速直线运动水平速度竖直方向只受重力作用，物体做自由落体运动初始竖直保持恒定，位移与时间成正比速度为零，加速度为g运动方程₀，₀（常数）运动方程，x=v tvₓ=v y=½gt²vᵧ=gt斜抛运动的受力分析1初始条件初速度₀与水平方向成角，分解为水平分量₀和vθv cosθ竖直分量₀v sinθ2运动分解水平方向匀速运动，竖直方向匀变速运动，合成得到抛物线轨迹3关键参量最大高度、射程、飞行时间等都可以通过分解运动的方法计算得出实际问题中的简化忽略空气阻力理想绳模型质点近似在中低速运动中，空假设绳子质量为零、当物体尺寸相对于研气阻力相对较小，可不可伸长，张力处处究范围很小时，可以以忽略以简化计算相等且沿绳子方向将物体看作质点牛顿定律的适用条件相对论效应1低速情况v量子效应2宏观物体研究参考系选择3惯性参考系牛顿运动定律在经典力学范围内具有普遍适用性，但在高速运动（接近光速）、微观粒子运动以及非惯性参考系中需要进行修正或采用其他理论经典思考实验电梯问题通过电梯的不同运动状态分析重力和支持力的关系，理解超重和失重现象宇航员失重在轨道运行的宇航员处于完全失重状态，体验重力与支持力完全抵消的情况离心机原理利用圆周运动产生的离心效应，模拟不同重力环境的实验装置电梯问题分析mg静止状态支持力等于重力mg+a加速上升出现超重现象mg-a加速下降出现失重现象0自由下落完全失重状态高考题型分析1单轨平面问题涉及斜面、传送带等单一轨道上的运动问题，重点考查受力分析和运动学计算2连接体问题多个物体通过绳子、杆件等连接的系统问题，考查整体法和隔离法的运用3圆周运动问题水平和竖直圆周运动，重点分析向心力的来源和临界条件4变力问题力随时间、位置变化的复杂问题，考查微积分和图像分析能力解题误区提醒受力分析不全面坐标系选择不当遗漏某些力或错误添加不存坐标系选择不合理增加计算在的力，导致受力分析错复杂度，或者在不同部分使误常见错误包括忘记摩擦用不一致的坐标系力、误判力的方向等牛顿第三定律混淆将作用力与反作用力作用在同一物体上，或者混淆相互作用力与平衡力的概念数学工具的应用向量分解与合成运用向量方法处理力的分解与合成，特别是在斜面问题和圆周运动中的应用微积分方法在变力问题中运用微分方程，通过建立微F=ma=mdv/dt分方程求解几何法解题利用几何关系简化计算，如相似三角形、三角函数等在力学问题中的巧妙运用牛顿定律的应用技巧总结受力确定运动运动确定受力1的分析路径的逆向思维F→a→v,s v,s→a→F2验证与检查系统整体分析43多种方法验证结果正确性明确研究对象和系统边界牛顿定律在工程中的应用结构工程机械工程桥梁设计中的静力分析，确保结构在各种载荷下的稳定性汽车制动系统的设计，计算制动距离和制动力的关系和安全性航天器轨道计算，精确控制卫星和飞船的运行轨迹建筑物的抗震设计，分析地震力对结构的影响力学与生活体育运动篮球投篮的抛物线轨迹、足球的曲线运动、跳高中的重心轨迹分析交通安全安全带的保护作用、制动距离与速度的关系、弯道限速的物理原理日常现象电梯中的超重失重感受、洗衣机脱水的离心原理、摩擦力在行走中的作用拓展非惯性参考系1惯性力概念在非惯性参考系中，为使牛顿定律形式上成立而引入的虚拟力，实际上是参考系加速运动的表现2离心力现象在旋转参考系中观察到的向外的力，如汽车转弯时乘客感受到的侧向力3科里奥利力在旋转参考系中运动物体受到的偏转力，影响大气环流和洋流的形成课程小结理论基础牛顿运动定律是经典力学的理论基础，为我们理解和分析力与运动的关系提供了基本框架解题关键正确的受力分析是解决力学问题的关键步骤，需要全面、准确地识别所有作用力方法技巧合理的坐标系选择能够大大简化问题的求解过程，减少计算的复杂程度思维培养通过学习培养物理思维和科学直觉，提高分析和解决实际问题的能力课堂练习练习题目讨论要求题目一质量为的物体在水平面上受到的水平拉分组讨论每道题的解题思路，重点分析受力情况和运动特2kg10N力，动摩擦因数为，求物体的加速度征

0.2题目二小球在竖直平面内做圆周运动，分析最高点和最比较不同解法的优缺点，总结解题规律和技巧低点的受力情况展示解答过程，互相学习和改进解题方法题目三两个质量不同的物体通过滑轮连接，分析系统的运动规律作业安排与预习提示课后习题完成教材第三章第15-18题，重点练习受力分析和牛顿定律的应用选做拓展题分析电梯中不同运动状态下人的受力情况预习内容预习下一章功和能的基本概念，了解功的定义和计算方法思考能量守恒定律与牛顿运动定律之间的联系思考问题牛顿定律描述的是力与运动的关系，而功能关系描述的是能量转化，两者在解决同一问题时有何异同？什么情况下用牛顿定律更方便，什么情况下用能量方法更简洁？。