2020版新教材高中物理第5章習(xí)題課牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用教案魯科版.docx

習(xí)題課牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)形成脈絡(luò)1.明確動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題2掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的基本思路和方法 學(xué)生用書P951動(dòng)力學(xué)的兩類問題(1)已知受力情況求運(yùn)動(dòng)情況：先由牛頓第二定律求出a，再由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求運(yùn)動(dòng)情況(如v0，v，s，t等)(2)已知運(yùn)動(dòng)情況求受力情況：先由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出a，再由牛頓第二定律求力2處理兩類問題的思維過程3解題的常用方法(1)矢量合成法：當(dāng)物體只受兩個(gè)力作用時(shí)，應(yīng)用平行四邊形定則求這兩個(gè)力的合力，再由牛頓第二定律求出物體的加速度的大小和方向，加速度的方向與物體所受合外力的方向相同(2)正交分解法：當(dāng)物體受多個(gè)力作用時(shí)，常用正交分解法求物體的合力，然后應(yīng)用牛頓第二定律求加速度在實(shí)際應(yīng)用中常將力進(jìn)行分解，且將加速度所在的方向選為x軸或y軸方向，有時(shí)也可分解加速度，即.已知物體的受力求運(yùn)動(dòng)情況學(xué)生用書P96 關(guān)鍵能力1從受力確定運(yùn)動(dòng)情況(2019浙江湖州高一期中)滑冰車是兒童喜歡的冰上娛樂項(xiàng)目之一，如圖所示為小明媽媽正與小明在冰上游戲，小明與冰車的總質(zhì)量是40 kg，冰車與冰面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.05，在某次游戲中，假設(shè)小明媽媽對(duì)冰車施加了40 N的水平推力，使冰車從靜止開始運(yùn)動(dòng)10 s后，停止施加力的作用，使冰車自由滑行(假設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中冰車始終沿直線運(yùn)動(dòng)，小明始終沒有施加力的作用)求：(1)冰車的最大速率；(2)冰車在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中滑行總位移的大小思路點(diǎn)撥 (1)由題知，冰車先做勻加速運(yùn)動(dòng)后做勻減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小明媽媽停止施加力的作用時(shí)，速度最大，由牛頓第二定律求得加速度，由速度公式求解最大速率(2)由位移公式求出勻加速運(yùn)動(dòng)通過的位移，撤去作用力冰車做勻減速運(yùn)動(dòng)過程，由牛頓第二定律求得加速度，由運(yùn)動(dòng)學(xué)速度位移關(guān)系求得滑行位移，即可求出總位移解析(1)以冰車及小明為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得Fmgma1vma1t由式得vm5 m/s.(2)冰車勻加速運(yùn)動(dòng)過程中有s1a1t2冰車自由滑行時(shí)有mgma2v2a2s2又ss1s2由式得s50 m.答案(1)5 m/s(2)50 m解題步驟(1)確定研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，并畫出物體的受力示意圖；(2)根據(jù)力的合成與分解的方法，求出物體所受的合外力(包括大小和方向)；(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體的加速度；(4)結(jié)合給定的物體運(yùn)動(dòng)的初始條件，選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，求出所需的運(yùn)動(dòng)參量 關(guān)鍵能力2等時(shí)圓模型如圖所示，ad、bd、cd是豎直面內(nèi)三根固定的光滑細(xì)桿，a、b、c、d位于同一圓周上，a點(diǎn)為圓周的最高點(diǎn)，d點(diǎn)為最低點(diǎn)每根桿上都套有一個(gè)小滑環(huán)(圖中未畫出)，三個(gè)滑環(huán)分別從a、b、c處釋放(初速度為0)，用t1、t2、t3依次表示各滑環(huán)到達(dá)d點(diǎn)所用的時(shí)間，則()At1t2t2t3Ct3t1t2 Dt1t2t3思路點(diǎn)撥 (1)先求出滑環(huán)在桿上運(yùn)動(dòng)的加速度(2)位移可用2Rcos 表示(3)由sat2推導(dǎo)t.解析小滑環(huán)下滑過程中受重力和桿的彈力作用，下滑的加速度可認(rèn)為是由重力沿細(xì)桿方向的分力產(chǎn)生的，設(shè)細(xì)桿與豎直方向夾角為，由牛頓第二定律知mgcos ma.設(shè)圓心為O，半徑為R，由幾何關(guān)系得，滑環(huán)由開始運(yùn)動(dòng)至d點(diǎn)的位移為s2Rcos .由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得sat2.由式聯(lián)立解得t2.小滑環(huán)下滑的時(shí)間與細(xì)桿的傾斜情況無關(guān)，故t1t2t3.答案D等時(shí)圓模型(1)質(zhì)點(diǎn)從豎直圓環(huán)上沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到環(huán)的最低點(diǎn)所用時(shí)間相等，如圖甲所示；(2)質(zhì)點(diǎn)從豎直圓環(huán)上最高點(diǎn)沿不同的光滑弦由靜止開始滑到下端所用時(shí)間相等，如圖乙所示；(3)兩個(gè)豎直圓環(huán)相切且兩環(huán)的豎直直徑均過切點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到下端所用時(shí)間相等，如圖丙所示 【達(dá)標(biāo)練習(xí)】1.(2019江蘇揚(yáng)州高一期中)如圖所示，鋼鐵構(gòu)件A、B疊放在卡車的水平底板上，卡車底板和B間動(dòng)摩擦因數(shù)為1，A、B間動(dòng)摩擦因數(shù)為2，12.卡車剎車的最大加速度為a，a1g，可以認(rèn)為最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小相等，卡車沿平直公路行駛途中遇到緊急情況時(shí)，要求其剎車后s0距離內(nèi)能安全停下，則卡車行駛的速度不能超過()A. BC. D解析：選C.設(shè)A、B的質(zhì)量為m，以最大加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，A與B保持相對(duì)靜止，由牛頓第二定律得：f1ma12mg，解得a12g，同理，可知B的最大加速度；a21g；由于12，則a1a21gtatc.已知物體的運(yùn)動(dòng)情況求受力學(xué)生用書P97一個(gè)滑雪的人，質(zhì)量m75 kg，以v010 m/s的初速度滑上一山坡，山坡的傾角為30，上滑的最大距離x5 m，假設(shè)滑雪人受到的阻力恒定，g取10 m/s2.求滑雪人受到的阻力思路點(diǎn)撥 解此題可按以下思路：解析設(shè)滑雪人上滑過程的加速度大小為a.則2as0v代入數(shù)據(jù)得a10 m/s2設(shè)滑雪人受到的阻力為f，受力分析如圖所示，由牛頓第二定律得mgsin 30fma解得：f375 N.答案375 N，方向沿山坡向下由運(yùn)動(dòng)情況確定受力應(yīng)注意的兩點(diǎn)問題(1)由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求加速度，要特別注意加速度的方向，從而確定合力的方向，不能將速度的方向和加速度的方向混淆(2)題目中所求的力可能是合力，也可能是某一特定的力，均要先求出合力的大小、方向，再根據(jù)力的合成與分解求分力 (2019佛山高一檢測(cè))在科技創(chuàng)新活動(dòng)中，小華同學(xué)根據(jù)磁鐵同性相斥原理設(shè)計(jì)了用機(jī)器人操作的磁力運(yùn)輸車(如圖甲所示)在光滑水平面AB上(如圖乙所示)，機(jī)器人用大小不變的電磁力F推動(dòng)質(zhì)量為m1 kg的小滑塊從A點(diǎn)由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)小滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)機(jī)器人撤去電磁力F，小滑塊沖上光滑斜面(設(shè)經(jīng)過B點(diǎn)前后速率不變)，最高能到達(dá)C點(diǎn)機(jī)器人用速度傳感器測(cè)量小滑塊在ABC過程的瞬時(shí)速度大小并記錄如下求：t/s00.20.42.22.42.6v/(ms1)00.40.83.02.01.0(1)機(jī)器人對(duì)小滑塊作用力F的大小；(2)斜面的傾角的大小解析：(1)小滑塊從A到B過程中：a12 m/s2由牛頓第二定律得：Fma12 N.(2)小滑塊從B到C過程中加速度大?。篴25 m/s2，由牛頓第二定律得：mgsin ma2，則30.答案：(1)2 N(2)30牛頓運(yùn)動(dòng)定律與圖像結(jié)合問題學(xué)生用書P98質(zhì)量為2 kg的物體在水平推力F的作用下沿水平面做直線運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后撤去F，其運(yùn)動(dòng)的vt圖像如圖所示，g取10 m/s2，求：(1)物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)水平推力F的大??；(3)010 s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)位移的大小思路點(diǎn)撥 解答本題可按以下思路進(jìn)行分析：解析(1)設(shè)物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2、初速度為v20、末速度為v2t、加速度為a2，則a22 m/s2.設(shè)物體所受的摩擦力為f，根據(jù)牛頓第二定律，有fma2，又fmg，則0.2.(2)設(shè)物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1、初速度為v10、末速度為v1t、加速度為a1，則a11 m/s2.根據(jù)牛頓第二定律，有Ffma1，解得Fmgma16 N.(3)法一：由勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移公式，得ss1s2v10t1a1tv20t2a2t46 m.法二：根據(jù)vt圖像圍成的面積，得st1v20t246 m.答案(1)0.2(2)6 N(3)46 m圖像問題的解題關(guān)鍵是求物體運(yùn)動(dòng)的加速度，涉及的圖像可能是vt圖像，圖線的斜率即等于加速度；也可能是Ft圖像，可由牛頓第二定律求出加速度 質(zhì)量m20 kg的物體，在大小恒定的水平外力F的作用下，在水平面上做直線運(yùn)動(dòng).02 s內(nèi)F與運(yùn)動(dòng)方向相反，24 s內(nèi)F與運(yùn)動(dòng)方向相同，物體的vt圖像如圖所示(g取10 m/s2)求：(1)02 s和24 s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的加速度a1、a2分別是多大；(2)4 s內(nèi)物體的位移大??；(3)物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù).解析：(1)由vt圖像可知：02 s內(nèi)加速度大小a15 m/s224 s內(nèi)加速度大小a21 m/s2.(2)設(shè)4 s內(nèi)物體的位移大小為s，物體運(yùn)動(dòng)位移的大小等于圖線與時(shí)間軸包圍的面積，t軸以上表示位移為正，t軸以下表示位移為負(fù)，故有sm8 m.(3)根據(jù)牛頓第二定律，有02 s：Fmgma124 s：Fmgma2解得：0.2.答案：(1)5 m/s21 m/s2(2)8 m(3)0.2隨堂檢測(cè)學(xué)生用書P981A、B兩物體以相同的初速度在同一水平面上滑動(dòng)，兩物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，且mA3mB，則它們所能滑行的距離sA、sB的關(guān)系為()AsAsB BsA3sBCsAsB DsA9sB解析：選A.物體沿水平面滑動(dòng)時(shí)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度ag，與質(zhì)量無關(guān)，由0v2as和題設(shè)條件知sAsB.2(2019陜西咸陽高一期中)圖甲是某景點(diǎn)的山坡滑道圖片，為了探究滑行者在滑道直線部分AE滑行的時(shí)間，技術(shù)人員通過測(cè)量繪制出如圖乙所示的示意圖，AC是滑道的豎直高度，D點(diǎn)是AC豎直線上的一點(diǎn)，且有ADDE15 m，滑道AE可視為光滑，滑行者從坡頂A點(diǎn)由靜止開始沿滑道AE向下做直線滑動(dòng)，g取10 m/s2，則滑行者在滑道AE上滑行的時(shí)間為()A. s B2 sC. s D2 s解析：選C.如圖所示，設(shè)斜面坡角為，取AE中點(diǎn)為F，則：AE2AF30sin ，物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)物體受力分析，受重力和支持力，將重力沿著平行斜面和垂直斜面正交分解，根據(jù)牛頓第二定律，有：mgsin ma，解得：agsin ；根據(jù)速度位移公式，有：AEat2；解得：t s.3用30 N的水平外力F拉一個(gè)靜止在光滑水平面上的質(zhì)量為20 kg的物體，力F作用3 s后撤去，則第5 s末物體的速度和加速度分別是()A4.5 m/s，1.5 m/s2 B7.5 m/s，1.5 m/s2C4.5 m/s，0 D7.5 m/s，0解析：選C.有力F作用時(shí)，物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度a1.5 m/s2.力F作用3 s撤去之后，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度大小為vat4.5 m/s，而加速度為0.選項(xiàng)C正確4(2019濟(jì)寧高一檢測(cè))民航客機(jī)都有緊急出口，發(fā)生意外情況時(shí)打開緊急出口，狹長的氣囊會(huì)自動(dòng)充氣生成一條通向地面的斜面，乘客可沿斜面滑行到地面上如圖所示，某客機(jī)緊急出口離地面高度AB3.0 m，斜面氣囊長度AC5.0 m，要求緊急疏散時(shí)乘客從氣囊上由靜止下滑到地面的時(shí)間不超過2 s，g取10 m/s2，求：(1)乘客在氣囊上滑下的加速度至少為多大？(2)乘客和氣囊間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過多大？(忽略空氣阻力)解析：(1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式sat2得：a m/s22.5 m/s2故乘客在氣囊上滑下的加速度至少為2.5 m/s2.(2)乘客在斜面上受力情況如圖所示FfFNFNmgcos 根據(jù)牛頓第二定律：mgsin Ffma由幾何關(guān)系可知sin 0.6，cos 0.8由式得：0.437 5故乘客和氣囊間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過0.437 5.答案：(1)2.5 m/s2(2)0.437 5課時(shí)作業(yè)學(xué)生用書P149(單獨(dú)成冊(cè))一、單項(xiàng)選擇題1行車過程中，如果車距不夠，剎車不及時(shí)，汽車將發(fā)生碰撞，車?yán)锏娜丝赡苁艿絺Γ瑸榱吮M可能地減輕碰撞所引起的傷害，人們?cè)O(shè)計(jì)了安全帶假定乘客質(zhì)量為70 kg，汽車車速為90 km/h，從踩下剎車閘到車完全停止需要的時(shí)間為5 s，安全帶對(duì)乘客的平均作用力大小約為(不計(jì)人與座椅間的摩擦)()A450 N B400 NC350 N D300 N解析：選C.汽車的速度v090 km/h25 m/s，設(shè)汽車勻減速的加速度大小為a，則a5 m/s2，對(duì)乘客應(yīng)用牛頓第二定律可得：Fma705 N350 N，所以C正確2假設(shè)汽車緊急制動(dòng)后所受到的阻力的大小與汽車所受重力的大小差不多，當(dāng)汽車以20 m/s的速度行駛時(shí)突然制動(dòng)，它還能繼續(xù)滑行的距離約為()A40 mB20 mC10 m D5 m解析：選B.由題意F阻mg，汽車所受合力FF阻mg，對(duì)汽車由牛頓第二定律解得汽車剎車時(shí)的加速度大小ag10 m/s2.設(shè)滑行距離為x，由v22ax得x20 m，故B正確3下列說法正確的是()A物體所受合力為零時(shí)，物體的加速度可以不為零B物體所受合力越大，速度越大C速度方向、加速度方向、合力方向總是相同的D速度方向可與加速度方向成任何夾角，但加速度方向總是與合力方向相同解析：選D.根據(jù)牛頓第二定律可知，合外力為零，物體的加速度一定為零，合外力越大，加速度越大，但物體的速度不一定越大，A、B均錯(cuò)誤；物體的加速度方向與合外力方向一定相同，但與速度方向不一定相同，故C錯(cuò)誤，D正確4水平面上一個(gè)質(zhì)量為m的物體，在一水平恒力F的作用下，由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間t后撤去外力，又經(jīng)時(shí)間2t物體停了下來則物體受到的阻力應(yīng)為()AF BC. D解析：選C.設(shè)阻力為f，由牛頓第二定律得：Ffma1，fma2，va1t，va22t，以上四式聯(lián)立可得：f，所以C正確5.如圖所示，一物體P從曲面上的A點(diǎn)自由滑下，在水平靜止的粗糙傳送帶上滑動(dòng)后恰好停在傳送帶的右端B.若傳送帶沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，再把P放到A點(diǎn)，讓其自由滑下，則()AP仍能到達(dá)B端且速度為零BP到達(dá)不了B端CP會(huì)滑過B端后向右拋出D以上三種情況均有可能解析：選A.無論傳送帶是靜止還是沿逆時(shí)針方向運(yùn)行，P受到的支持力大小均等于P的重力mg，動(dòng)摩擦因數(shù)不變，P受到的摩擦力方向均水平向左，大小均為fmg，即P在傳送帶上的受力情況是相同的，運(yùn)動(dòng)情況也是相同的，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤6為了使雨滴能盡快地淌離房頂，要設(shè)計(jì)好房頂?shù)母叨?，設(shè)雨滴沿房頂下淌時(shí)做無初速度無摩擦的運(yùn)動(dòng)，那么如圖所示的四種情況中符合要求的是()解析：選C.設(shè)屋檐的底角為，底邊長為2L(不變)雨滴做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律得加速度agsin ，位移大小xat2，而x，2sin cos sin 2，聯(lián)立以上各式得t.當(dāng)45時(shí)，sin 21為最大值，時(shí)間t最短，故選項(xiàng)C正確7(2019太原高一測(cè)試)質(zhì)量為m3 kg的木塊放在傾角為30的足夠長斜面上，木塊可以沿斜面勻速下滑若用沿斜面向上的力F作用于木塊上，使其由靜止開始沿斜面向上加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過t2 s時(shí)間物體沿斜面上升4 m的距離，則推力F為(g取10 m/s2)()A42 N B6 NC21 N D36 N解析：選D.因木塊能沿斜面勻速下滑，由平衡條件知：mgsin mgcos ，所以tan ；當(dāng)在推力作用下加速上滑時(shí)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式xat2得a2 m/s2，由牛頓第二定律得：Fmgsin mgcos ma，得F36 N，故選D.二、多項(xiàng)選擇題8質(zhì)量為1 kg的質(zhì)點(diǎn)，受水平恒力F的作用，在光滑平面上由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，它在t秒內(nèi)的位移為x m，則F的大小不可能為()A. BC. D解析：選BCD.由運(yùn)動(dòng)情況可求得質(zhì)點(diǎn)的加速度a，則水平恒力Fma N，故A項(xiàng)對(duì)9如圖甲所示，用一水平外力F拉著一個(gè)靜止在傾角為的光滑斜面上的物體，逐漸增大F，物體做變加速運(yùn)動(dòng)，其加速度a隨外力F變化的圖像如圖乙所示，若重力加速度g取10 m/s2.根據(jù)圖乙中所提供的信息可以計(jì)算出()A物體的質(zhì)量B斜面的傾角C加速度由2 m/s2增加到6 m/s2的過程中，物體通過的位移D加速度為6 m/s2時(shí)物體的速度解析：選AB.由題圖乙可知，當(dāng)水平外力F0時(shí)，物體的加速度a6 m/s2，此時(shí)物體的加速度agsin ，可求出斜面的傾角37，選項(xiàng)B正確；當(dāng)水平外力F15 N 時(shí)，物體的加速度a0，此時(shí)Fcos mgsin ，可得m2 kg，選項(xiàng)A正確；由于不知道加速度與時(shí)間的關(guān)系，所以無法求出物體在各個(gè)時(shí)刻的速度，也無法求出物體加速度由2 m/s2增加到6 m/s2過程中的位移，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤10(2019黑龍江綏化高一期中)一條足夠長的淺色水平傳送帶自左向右勻速運(yùn)行，現(xiàn)將一塊木炭無初速度地放在傳送帶的最左端，木炭在傳送帶上將會(huì)留下一段黑色的痕跡，下列說法正確的是()A黑色的痕跡將出現(xiàn)在木炭的左側(cè)B木炭的質(zhì)量越大，痕跡的長度越短C傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度越大，痕跡的長度越長D木炭與傳送帶間動(dòng)摩擦因數(shù)越大，痕跡的長度越短解析：選CD.剛放上木炭時(shí)，木炭的速度慢，傳送帶的速度快，木炭向后滑動(dòng)，所以黑色的徑跡將出現(xiàn)在木炭的右側(cè)，所以A錯(cuò)誤；木炭在傳送帶上運(yùn)動(dòng)靠的是與傳送帶之間的摩擦力，摩擦力作為它的合力產(chǎn)生加速度，所以由牛頓第二定律知，mgma，所以ag，當(dāng)達(dá)到共同速度時(shí)，不再有相對(duì)滑動(dòng)，由v22as得，木炭位移s木，設(shè)相對(duì)滑動(dòng)的時(shí)間為t，由vat，得t，此時(shí)傳送帶的位移為s傳vt，所以滑動(dòng)的位移是ss傳s木，由此可以知道，黑色的徑跡與木炭的質(zhì)量無關(guān)，所以B錯(cuò)誤；由B知，傳送帶