【高中物理】2023-2024學(xué)年人教版必修第一冊 牛頓運動定律的應(yīng)用教學(xué)課件

DISIZHANG第四章5牛頓運動定律的應(yīng)用

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.熟練掌握應(yīng)用牛頓運動定律解決動力學(xué)問題的思路和方法(重點)。2.理解加速度是解決兩類動力學(xué)基本問題的橋梁(重點)。

內(nèi)容索引一、從受力確定運動情況二、從運動情況確定受力課時對點練三、多過程問題一從受力確定運動情況質(zhì)量為20kg的物體靜止在光滑水平面上。如果給這個物體施加兩個大小都是50N且互成60°角的水平力(如圖)，求物體3s末的速度大小和3s內(nèi)的位移大小。例1對物體受力分析由牛頓第二定律F合＝ma得由運動學(xué)公式得

(2022·淮南市壽縣正陽中學(xué)高一期末)如圖所示，小孩與冰車的總質(zhì)量為30kg，靜止在冰面上。大人用與水平方向夾角為θ＝37°、F＝60N的恒定拉力，使其沿水平冰面由靜止開始移動。已知冰車與冰面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.05，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：例2(1)小孩與冰車的加速度大?。淮鸢?.16m/s2冰車和小孩受力如圖所示。在豎直方向的合力為零，則有FN＋Fsinθ＝mg ①在水平方向，根據(jù)牛頓第二定律得Fcosθ－Ff＝ma②摩擦力Ff＝μFN

③聯(lián)立解得加速度a＝1.16m/s2。(2)冰車運動3s時的速度大??；答案3.48m/s3s時的速度大小v＝at＝1.16×3m/s＝3.48m/s(3)冰車運動5s時的位移大小。答案14.5m1.基本思路分析物體的受力情況，求出物體所受的合力，由牛頓第二定律求出物體的加速度；再由運動學(xué)公式及物體運動的初始條件確定物體的運動情況。2.流程圖總結(jié)提升已知物體受力情況求得a求得x、v0、v、t等―――――――――→二從運動情況確定受力民航客機都有緊急出口，發(fā)生意外情況的飛機緊急著陸后，打開緊急出口，狹長的氣囊會自動充氣，生成一條連接出口與地面的斜面(如圖甲所示)，人員可沿斜面滑行到地面。斜面的傾角θ＝30°(如圖乙所示)，人員可沿斜面勻加速滑行到地上。如果氣囊所構(gòu)成的斜面長度為8m，一個質(zhì)量為50kg的乘客從靜止開始沿氣囊滑到例3地面所用時間為2s。求乘客與氣囊之間的動摩擦因數(shù)。(g＝10m/s2)設(shè)乘客沿氣囊下滑過程的加速度為a對乘客進行受力分析如圖所示根據(jù)牛頓第二定律，有x方向mgsinθ－Ff＝may方向FN－mgcosθ＝0且Ff＝μFN質(zhì)量為m＝3kg的木塊放在傾角θ＝30°的足夠長的固定斜面上，木塊可以沿斜面勻速下滑。如圖所示，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做勻加速運動，經(jīng)過t＝2s木塊沿斜面上升4m的距離，則推力F的大小為(g取10m/s2)A.42N B.6NC.21N D.36N例4√因木塊能沿斜面勻速下滑，由平衡條件知：mgsinθ＝μmgcosθ，當(dāng)在推力作用下勻加速上滑時，由運動學(xué)公式x＝

at2得a＝2m/s2，由牛頓第二定律得：F－mgsinθ－μmgcosθ＝ma，得F＝36N，D正確。1.基本思路分析物體的運動情況，由運動學(xué)公式求出物體的加速度，再由牛頓第二定律求出物體所受的合力或某一個力。2.流程圖總結(jié)提升三多過程問題如圖所示，一質(zhì)量為8kg的物體靜止在粗糙的水平地面上，物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.2，用一水平拉力F＝20N拉物體，使其由A點開始運動，經(jīng)過8s后撤去拉力F，再經(jīng)過一段時間物體到達B點停止，求A、B間距離。例5答案20m當(dāng)F作用在物體上時由牛頓第二定律可知F－μmg＝ma1解得a1＝0.5m/s2v1＝a1t＝4m/s撤去外力F后，由牛頓第二定律可知－μmg＝ma2解得a2＝－2m/s2由0－v12＝2a2x2解得x2＝4m故xAB＝x1＋x2＝16＋4m＝20m。如圖所示，一足夠長的斜面傾角θ為37°，斜面BC與水平面AB平滑連接，質(zhì)量m＝2kg的物體靜止于水平面上的M點，M點與B點之間的距離L＝9m，物體與水平面和斜面間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，現(xiàn)物體受到一水平向右的恒力F＝14N作用，運動至B點時撤去該力，sin37°＝0.6，g＝10m/s2，則：(1)物體在恒力F作用下運動時的加速度是多大？例6答案2m/s2

在水平面上，根據(jù)牛頓第二定律可知F－μmg＝ma，(2)物體到達B點時的速度是多大？答案6m/s

由M點到B點，根據(jù)運動學(xué)公式可知vB2＝2aL，(3)物體沿斜面向上滑行的最遠距離是多少？物體回到B點的速度是多大？在斜面上向上滑時，根據(jù)牛頓第二定律可得，mgsinθ＋μmg·cosθ＝ma1，代入數(shù)據(jù)得加速度的大小為a1＝10m/s2，逆向分析可得vB2＝2a1x，在斜面上向下滑時，由牛頓第二定律可得mgsinθ－μmgcosθ＝ma2代入數(shù)據(jù)可得a2＝2m/s2由運動學(xué)公式：vB′2＝2a2·x1.當(dāng)題目給出的物理過程較復(fù)雜，由多個過程組成時，要將復(fù)雜的過程拆分為幾個子過程。2.分析每一個子過程的受力情況，由于不同過程中力發(fā)生了變化，所以加速度也會發(fā)生變化，所以對每一個過程都要重新分析，分別求加速度，用相應(yīng)規(guī)律解決。3.特別注意兩個子過程交接的位置，該交接點速度是上一過程的末速度，也是下一過程的初速度，它起到承上啟下的作用，對解決問題起重要作用。總結(jié)提升四課時對點練訓(xùn)練2動力學(xué)的多過程問題訓(xùn)練1牛頓運動定律的簡單應(yīng)用考點一從受力確定運動情況1.(2022·南京市高二學(xué)業(yè)考試)用30N的水平外力F，拉一個靜止在光滑水平面上的質(zhì)量為20kg的物體，外力F作用3s后撤去。則前3s內(nèi)物體的加速度和第5s末物體的瞬時速度大小分別是A.1.5m/s2

4.5m/s B.1.5m/s2

7.5m/sC.0

4.5m/s D.0

7.5m/s基礎(chǔ)對點練√1234567891011121112根據(jù)牛頓第二定律可得前3s內(nèi)物體的加速度大小為a＝

＝1.5m/s2，撤去外力后物體做勻速直線運動，第5s末物體的瞬時速度大小等于撤去拉力時物體的瞬時速度大小，即v＝at＝4.5m/s。12345678910111211122.(2022·岳陽市高一期末)質(zhì)量為20kg的物體靜止在光滑水平面上，如圖所示，給這個物體施加兩個大小都是60N且互成120°角的水平力，2s末，物體的速度為對物體由牛頓第二定律得2Fcos60°＝ma代入數(shù)據(jù)解得a＝3m/s2則2s末，物體的速度為v＝at＝6m/s故B正確，A、C、D錯誤。A.0m/s B.6m/s C.12m/s D.6m/s√12345678910111211123.(2022·汕尾市高一期末)剎車痕跡是交警判斷交通事故中汽車是否超速的重要依據(jù)之一，在一次交通事故中，貨車司機看到前方道路上突然竄出一頭牛時緊急剎車，但還是發(fā)生了事故。交警在現(xiàn)場量得貨車的剎車痕跡長為15m，已知貨車車輪與地面間的動摩擦因數(shù)是0.6，發(fā)生碰撞時速度接近0。請你幫助交警計算貨車的初速度大約為A.40km/h B.50km/hC.60km/h D.70km/h√123456789101112111212345678910貨車剎車時受地面的摩擦力，由牛頓第二定律得－μmg＝ma，解得a＝－μg＝－6m/s2，由運動學(xué)規(guī)律x＝

，將v＝0，a＝－6m/s2，x＝15m代入可解得v0≈13.4m/s≈48km/h，約為50km/h，B正確。111211124.如圖所示，質(zhì)量為m＝1kg的物體與水平地面之間的動摩擦因數(shù)為0.3，當(dāng)物體運動的速度大小為10m/s時，給物體施加一個與速度方向相反的大小為F＝2N的恒力，在此恒力作用下(取g＝10m/s2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)A.物體經(jīng)10s速度減為零B.物體經(jīng)5s速度減為零C.物體速度減為零后將保持靜止D.物體速度減為零后將向右運動√123456789101112111212345678910施加恒力后，物體向左運動時，水平方向上受到向右的恒力和滑動摩擦力的作用，做勻減速直線運動，滑動摩擦力大小為Ff＝μFN＝μmg＝3N，故a＝

＝5m/s2，方向向右，物體減速到零所需時間為t＝

＝2s，故A、B錯誤；物體減速到零后，F(xiàn)＜Ff，將保持靜止?fàn)顟B(tài)，故C正確，D錯誤。11121112考點二從運動情況確定受力5.車輛在行駛過程中，如果車距不夠，剎車不及時，汽車將發(fā)生碰撞，車里的人可能受到傷害。為了盡可能地減小碰撞引起的傷害，人們設(shè)計了安全帶及安全氣囊如圖所示。假定乘客質(zhì)量為70kg，汽車車速為108km/h(即30m/s)，從發(fā)生碰撞到車完全停止需要的時間為1s，安全帶及安全氣囊對乘客的平均作用力大小為A.2100N B.6000NC.8000N D.1000N1234567891011121112√12345678910從發(fā)生碰撞到車完全停止的1s內(nèi)，乘客的速度由30m/s減小到0，視為勻減速運動，則有a＝

＝－30m/s2。根據(jù)牛頓第二定律知安全帶及安全氣囊對乘客的平均作用力F＝ma＝70×(－30)N＝－2100N，負號表示力的方向跟初速度方向相反，所以選項A正確。111211126.如圖所示，質(zhì)量m＝2kg的滑塊以v0＝20m/s的初速度沿傾角θ＝37°的足夠長的固定斜面向上滑動，經(jīng)t＝2s滑行到最高點。g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。下列說法正確的是A.滑塊運動的加速度大小為5m/s2B.滑塊2s內(nèi)的位移為40mC.滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.5D.滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.212345678910√11121112滑塊的加速度大小為a＝

＝10m/s2，A正確；滑塊2s內(nèi)的位移x＝

＝20m，B錯誤；對滑塊受力分析有mgsinθ＋μmgcosθ＝ma，解得μ＝0.5，C正確，D錯誤。12345678910111211127.(2022·臨沂市高一期末)如圖所示為兩個等高的光滑斜面AB、AC，將一可視為質(zhì)點的滑塊由靜止在A點釋放。沿AB斜面運動，運動到B點時所用時間為tB；沿AC斜面運動，運動到C點所用時間為tC，則A.tB＝tC

B.tB>tCC.tB<tC

D.無法比較√1234567891011121112能力綜合練12345678910設(shè)斜面傾角為θ，對滑塊根據(jù)牛頓第二定律解得加速度a＝gsinθ11121112因斜面AB傾角較大，則tB<tC，選項C正確。8.(2022·新鄉(xiāng)市高二期末)如圖所示，冰壺比賽時某運動員將冰壺(可視為質(zhì)點)以速度v0從欄線P沿虛線推出，假設(shè)冰壺沿虛線做勻減速直線運動，欄線P到營壘圓心O的距離是L＝44.5m，營壘是由4個直徑分別為0.15m、0.61m、1.22m和1.83m的同心圓組成。冰壺與冰面的動摩擦因數(shù)μ＝0.02，運動員把冰壺推進直徑是1.22m的圓內(nèi)，重力加速度g取10m/s2，則v0可能是A.3.0m/s B.4.0m/sC.4.2m/s D.5.0m/s12345678910√1112111212345678910冰壺在冰面上沿虛線做勻減速直線運動，把冰壺推進直徑是1.22m的圓內(nèi)，冰壺勻減速運動到速度為0的位移x＝(L±)m＝(44.5±0.61)m，也就是位移滿足43.89m<x<45.11m，加速度大小a＝

＝μg＝0.2m/s2，根據(jù)運動學(xué)公式0－v02＝－2ax，代入數(shù)據(jù)得4.19m/s<v0<4.25m/s，故選C。111211129.(2023·安慶市宿松中學(xué)高二開學(xué)考試)一段“幼童不慎墜樓，千鈞一發(fā)之際，路人扔下手機徒手接娃”的視頻引起關(guān)注。某市兩歲小孩意外墜樓，銀行小伙果斷救人，此善舉引來全城市民點贊。假設(shè)小孩子突然從7.5m高處墜落，孩子體重10kg，樓下恰好有人雙手將孩子接住，該人接住孩子時離地面大概1.5m，接住孩子后向下做勻減速運動，孩子到地時速度恰好減為零。假設(shè)小孩子可視為質(zhì)點，不計空氣阻力，g取10m/s2，請你估算一下該人每只手平均承受多大的力A.500N B.450N C.350N D.250N1234567891011121112√12345678910小孩下落的運動可分為兩個階段，先是自由落體運動，下落高度為6m，然后勻減速運動1.5m，根據(jù)運動學(xué)公式得，自由落體階段有v2＝2gh1設(shè)減速階段的加速度大小為a，減速階段有0－v2＝－2ah2減速階段對孩子受力分析，根據(jù)牛頓第二定律可得2F－mg＝ma聯(lián)立得F＝250N故選D。111211121310.(2023·臺州市高一期末)某次無人機沿豎直方向從地面靜止起飛，在0～4s內(nèi)做勻加速直線運動，加速度大小為a1＝2m/s2，t1＝4s末調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速改變升力，開始向上做勻減速直線運動，t2＝6s末剛好減速到零并到達指定平臺。已知無人機總質(zhì)量為m＝2kg，求：(1)平臺離地高度H；1234567891011121112答案24m123456789104s末無人機速度大小為v＝a1t1＝8m/s11121112(2)在4～6s內(nèi)空氣對無人機作用力大小F。1234567891011121112答案12N4～6s內(nèi)無人機加速度大小為a2＝

＝4m/s2，方向為豎直向下；對無人機有mg－F＝ma2則空氣對無人機作用力大小為F＝12N。11.(2022·鎮(zhèn)江中學(xué)高一期末)一質(zhì)量為m＝2kg的滑塊能在傾角為θ＝30°的足夠長的斜面上以a＝2.5m/s2的加速度勻加速下滑。如圖所示，若用一水平向右恒1234567891011121112力F作用于滑塊，使之由靜止開始在t＝2s內(nèi)能沿斜面運動位移x＝4m。求：(g取10m/s2)(1)滑塊和斜面之間的動摩擦因數(shù)μ；12345678910根據(jù)牛頓第二定律可得，mgsin30°－μmgcos30°＝ma，11121112(2)恒力F的大小。1234567891011121112已知由靜止開始在t＝2s內(nèi)能沿斜面運動位移x＝4m，由位移公式x＝

a1t2解得加速度大小a1＝2m/s2由題意可知，滑塊的加速度方向有向上和向下兩種情況，當(dāng)加速度沿斜面向上時：Fcos30°－mgsin30°－μ(Fsin30°＋mgcos30°)＝ma1已知由靜止開始在t＝2s內(nèi)能沿斜1234567891011121112當(dāng)加速度沿斜面向下時：mgsin30°－Fcos30°－μ(Fsin30°＋mgcos30°)＝ma1，123456789101112111212.(2023·淮安市高一期末)如圖所示，是生活中常見的兒童滑梯，為安全起見通常將滑梯設(shè)計成傾角逐漸減小的弧形，從而確保兒童從靜止下滑至地面時速度減為零。若滑行過程中動摩擦因數(shù)保持不變，則兒童滑行過程中速度大小隨時間變化的圖像可能正確的是1234567891011121112尖子生選練√12345678910兒童在傾斜滑道上下滑時，設(shè)滑道與水平面夾角為θ，由牛頓第二定律可得mgsinθ－μmgcosθ＝ma當(dāng)μ<tanθ時，加速度沿滑道向下，隨著夾角的減小，兒童做加速度減小的加速運動，當(dāng)μ>tanθ時，加速度沿滑道向上，隨著夾角的減小，兒童做加速度增大的減速運動，故B正確，A、C、D錯誤。111211121.(2022·連云港市高一期末)以6m/s的速度勻速上升的水火箭，當(dāng)升到離地面14.5m高時，從水火箭上落下一小球，小球的質(zhì)量為0.5kg，假設(shè)小球在運動過程所受阻力大小恒為1N。則小球從水火箭落下后大約經(jīng)過多長時間到達地面(g取10m/s2)A.1.7s B.1.9sC.2.5s D.4.0s基礎(chǔ)對點練12345√小球上升階段的加速度則共用時間為t＝t1＋t2＝2.5s，故選C。123452.(2022·溫州市嘯秋中學(xué)高二期末)如圖甲所示是一滑雪運動員滑雪的畫面。運動過程示意圖如圖乙所示，斜坡AB的傾角為37°，運動員在斜坡A點從靜止開始以5.5m/s2的加速度，沿直線AB勻加速下滑，然后沿水平面BC勻減速滑行，直至停止。AB段和BC段平滑連接，運動員在BC段受到的阻力為77N，兩個過程滑行的總時間為12s，運動員和滑板整套裝備總質(zhì)量為70kg，不計空氣阻力，sin37°＝0.6，g＝10m/s2。求：12345(1)運動員在斜坡上受到的阻力大小；12345答案35N

運動員在斜坡AB上滑行過程，據(jù)牛頓第二定律可得mgsin37°－Ff1＝ma1解得運動員在斜坡上受到的阻力大小為Ff1＝35N(2)運動員在B點的速度大?。?2345答案11m/s

運動員在BC段由牛頓第二定律可得Ff2＝ma2解得a2＝1.1m/s2解得運動員在B點的速度大小為v＝11m/s(3)運動員在這兩個過程中運動的總路程。12345答案66m運動員在這兩個過程中運動的總路程為3.如圖所示，一兒童玩具靜止在水平地面上，一個小孩沿與水平面成53°角的恒力拉著它沿水平面運動，已知拉力F＝4.0N，玩具的質(zhì)量m＝0.5kg。經(jīng)過時間t＝2.0s，玩具移動了x＝4.8m，這時小孩松開手，玩具滑行了一段距離后停下。求：(g取10m/s2，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6)(1)全過程玩具運動的最大速度是多大？12345答案4.8m/s

12345對玩具受力分析，在豎直方向上，mg＝FN＋Fsin53°，又Ff＝μFN，在水平方向上，根據(jù)牛頓第二定律可知Fcos53°－μFN＝ma1，(2)松開手后玩具還能運動多遠？答案1.728m松手后，對玩具，根據(jù)牛頓第二定律可知μmg＝ma2，123454.(2023·威海市高一期末)如圖甲所示，傾角為37°的斜面固定在水平地面上，用沿斜面向上的恒力F拉著物塊由靜止從斜面底端沿斜面向上運動，作用一段時間后撤去拉力。從物塊運動開始計時，物塊沿斜面向上運動的速度—時間圖像如圖乙所示，已知物塊的質(zhì)量為1kg，物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.25，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求：能力綜合練12345(1)撤去拉力后，物塊向上運動的加速度大?。怀啡ダ笪飰K勻減速上滑，沿斜面方向，根據(jù)牛頓第二定律有Ff＋mgsinθ＝ma垂直斜面方向有FN＝mgcosθ且Ff＝μFN聯(lián)立解得a＝8m/s212345答案8m/s2

(2)拉力F的大?。挥伤俣取獣r間圖像可知勻加速上滑與勻減速上滑的加速度大小相等，即a1＝a，勻加速上滑時，根據(jù)牛頓第二定律有F－mgsinθ－Ff＝ma代入數(shù)據(jù)解得F＝16N12345答案16N

(3)物塊返回斜面底端時的速度大小。0.5s末的速度v＝at1＝4m/s上滑總位移x＝

＝2m下滑過程，根據(jù)牛頓第二定律有mgsinθ－Ff＝ma2根據(jù)速度位移公式有v12＝2a2x聯(lián)立解得v1＝4m/s。12345答案4m/s5.(2022·中山市高一期末)風(fēng)洞是能人