2023-2024学年粤教版必修第一册 第四章　第五节 牛顿运动定律的应用 课件（60张）

第五节牛顿运动定律的应用核心素养目标物理观念(1)知道什么是已知物体的受力情况确定物体的运动情况。(2)知道什么是已知物体的运动情况确定物体的受力情况。(3)会对研究对象进行受力分析和运动情况分析。科学思维掌握应用牛顿运动定律和运动学公式解决问题的基本思路和方法。科学态度与责任初步体会牛顿运动定律对社会发展的影响，建立应用科学知识解决实际问题的意识。CONTENTS目录新知预览·抓必备素养浸润·提能力知能演练·重落实课时跟踪检测新知预览·抓必备高效学习夯基固本1知识点一牛顿第二定律的作用1．确定了运动和力的大小关系：加速度的大小与物体________的大小成正比，与物体的____成反比。2．确定了运动和力的方向关系：加速度的方向与物体受到的____的方向相同。所受合力质量合力知识点二两类动力学基本问题应用牛顿第二定律分析和解决问题时，1．首先是确定________，进行________。2．其次是根据____________，将待求量和已知量之间的关系联系起来，______是联系力和运动的桥梁。3．这种问题一般分为两类(1)根据运动情况求受力情况。(2)根据受力情况求运动情况。研究对象受力分析牛顿第二定律加速度2022年2月4日第24届冬奥会在北京开幕，自由式滑雪是冬奥会的比赛项目之一。如图所示的是滑雪运动员从山坡向下滑雪时的照片。请对以下结论作出判断：(1)滑雪运动员从山坡上滑下时，其运动状态与受力情况无关。

()(2)根据滑雪运动员的加速度方向，可以判断滑雪运动员受到的每个力的方向。

()(3)滑雪运动员的运动情况是由其受力情况决定的。

()(4)已知滑雪运动员的加速度及质量，可以确定滑雪运动员所受的合外力。

()××√√素养浸润·提能力互动探究重难突破2要点一由物体的受力情况确定运动情况1．问题概述已知物体受力情况确定运动情况，指的是在受力情况已知的条件下，判断出物体的运动状态或求出物体的速度和位移。2．解题思路3．解题步骤(1)选定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出受力示意图。(2)根据平行四边形定则，应用合成法或正交分解法，求出物体所受的合力。(3)根据牛顿第二定律列方程，求出物体运动的加速度。(4)结合物体运动的初始条件(即初速度v0)，分析运动情况并画出运动草图，选择合适的运动学公式，求出待求的运动学量——任意时刻的速度v、一段运动时间t以及对应的位移s等。|特别提醒|受力分析和运动情况分析是解决该类问题的两个关键，特别是运动草图对解决复杂问题有很大帮助。

【典例1】

可爱的企鹅喜欢在冰面上玩游戏。如图所示，有一企鹅在倾角为37°的倾斜冰面上，先以加速度a＝0.5m/s2

从冰面底部由静止开始沿直线向上“奔跑”，t＝8s时，突然卧倒以肚皮贴着冰面向前滑行，最后退滑到出发点，完成一次游戏(企鹅在滑动过程中姿势保持不变)。若企鹅肚皮与冰面间的动摩擦因数μ＝0.25，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。g取10m/s2，求：解析在企鹅向上奔跑过程中有答案16m

(2)企鹅在冰面上滑动的加速度大小；(3)企鹅退滑到出发点时的速度大小。(计算结果可用根式表示)解析在企鹅卧倒以后将进行两个过程的运动，第一个过程从卧倒到最高点做匀减速运动，第二个过程是从最高点匀加速滑到最低点，两次过程根据牛顿第二定律分别有mgsin37°＋μmgcos37°＝ma1，mgsin37°－μmgcos37°＝ma2，解得a1＝8m/s2，a2＝4m/s2。答案上滑过程加速度大小为8m/s2，下滑过程加速度大小为4m/s2|易错警示|从受力确定运动情况应注意的三个方面(1)方程的形式：牛顿第二定律F＝ma，体现了力是产生加速度的原因。应用时方程式的等号左右应该体现出前因后果的形式，切记不要写成F－ma＝0的形式，这样形式的方程失去了物理意义。(2)正方向的选取：通常选取加速度方向为正方向，与正方向同向的力取正值，与正方向反向的力取负值。(3)求解：F、m、a采用国际单位制单位，解题时写出方程式和相应的文字说明，必要时对结果进行讨论。

1．(多选)某小球所受的合力与时间的关系如图所示，各段的合力大小相同，作用时间相同，设小球从静止开始运动，由此可判定(

)A．小球向前运动，再返回停止B．小球向前运动，再返回不会停止C．小球始终向前运动D．小球在4s末速度为0解析：由题图可知，在0～1s，小球向前做匀加速直线运动，1s末速度最大；在1～2s，小球以大小相等的加速度向前做匀减速直线运动，2s末速度为零。依此类推，可知A、B错误，C、D正确。CD

2．滑冰车是儿童喜欢的冰上娱乐项目之一，如图所示为小明妈妈正与小明在冰上游戏，小明与冰车的总质量是40kg，冰车与冰面之间的动摩擦因数为0.05，在某次游戏中，假设小明妈妈对冰车施加了40N的水平推力，使冰车从静止开始运动10s后，停止施加力的作用，使冰车自由滑行(假设运动过程中冰车始终沿直线运动，小明始终没有施加力的作用，g取10m/s2)。求：(1)冰车的最大速率；解析：以冰车及小明为研究对象，由牛顿第二定律得F－μmg＝ma1 ①vm＝a1t ②由①②式得vm＝5m/s。答案：

5m/s

(2)冰车在整个运动过程中滑行总位移的大小。冰车自由滑行时有μmg＝ma2 ④vm2＝2a2s2 ⑤又s＝s1＋s2 ⑥由③④⑤⑥式得s＝50m。答案：

50m要点二由物体的运动情况确定受力情况如图所示的是某运载火箭的发射场景，现场指挥倒计时结束发出点火命令后，立刻计时，测得火箭底部通过发射架的时间约是t，如果要求出火箭受到的推力，还要知道哪些条件？不计空气阻力，火箭质量假设不变。1．问题概述已知物体运动情况确定受力情况，指的是在运动情况(如物体的运动性质、速度、加速度或位移)已知的条件下，要求得出物体所受的力。2．解题思路3．解题步骤(1)选定研究对象，对研究对象进行运动情况分析和受力分析，并画出运动草图及受力示意图。(2)选择合适的运动学公式，求出物体的加速度。(3)根据牛顿第二定律列方程，求物体所受的合力。(4)根据力的合成法或正交分解法，由合力求出待求力或与力有关的量。【典例2】

一质量为m＝2kg的滑块在倾角为θ＝30°的足够长的斜面上以加速度a＝2．5m/s2匀加速下滑。如图所示，若用一水平向右的恒力F作用于滑块，使滑块由静止开始在0～2s内沿斜面运动的位移s＝4m。(g取10m/s2)求：(1)滑块和斜面之间的动摩擦因数μ；解析根据牛顿第二定律可得mgsinθ－μmgcosθ＝ma，(2)恒力F的大小。解析滑块沿斜面做匀加速直线运动，加速度方向有沿斜面向上和沿斜面向下两种可能。当加速度方向沿斜面向上时，有Fcosθ－mgsinθ－μ(Fsinθ＋mgcosθ)＝ma1，当加速度方向沿斜面向下时，有mgsinθ－Fcosθ－μ(Fsinθ＋mgcosθ)＝ma1，|易错警示|由运动情况确定受力应注意的两个问题(1)由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合力的方向，不能将速度的方向和加速度的方向混淆。(2)题目中所求的力可能是合力，也可能是某一特定的力，要先进行受力分析，然后根据牛顿第二定律列式求解。

1．如图所示，质量为m＝3kg的木块放在倾角为θ＝30°的足够长的固定斜面上，木块可以沿斜面匀速下滑。若用沿斜面向上的力F作用于木块上，使其由静止开始沿斜面向上加速运动，经过t＝2s时间木块沿斜面上升4m的距离，则推力F的大小为(g取10m/s2)(

)A．42N

B．6NC．21N D．36ND

2．如图所示的机车，质量为100t，设它从停车场出发经225m后速度达到54km/h，此时，司机关闭发动机，让机车进站。机车又行驶了125m才停在站上，设机车所受的阻力保持不变，关闭发动机前机车所受的牵引力不变，重力加速度g取10m/s2，求机车关闭发动机前所受的牵引力。解析：设机车在加速阶段的加速度大小为a1，减速阶段的加速度大小为a2，则v2＝2a1s1，v2＝2a2s2，解得a1＝0.5m/s2，a2＝0.9m/s2，由牛顿第二定律得F－f＝ma1，f＝ma2，解得F＝1．4×105N。答案：1．4×105N要点三动力学中的多过程问题1．问题界定：当题目给出的物理过程较复杂，由多个过程组成时，要明确整个过程由几个子过程组成，将过程合理分段，找到相邻过程的联系点并逐一分析每个过程。2．两点提醒(1)由于不同过程中力发生了变化，所以加速度也会发生变化，所以对每一个过程都要分别进行受力分析，分别求加速度。(2)对于多过程问题，前一过程的末速度往往是后一过程的初速度。【典例3】

滑沙游戏中，游戏者从沙坡顶部坐滑沙车呼啸滑下。为了安全，滑沙车上通常装有刹车手柄，游客可以通过操纵刹车手柄对滑沙车施加一个与车运动方向相反的制动力F，从而控制车速。为便于研究，做如下简化：游客从顶端A点由静止滑下8s后，操纵刹车手柄使滑沙车摩擦变大匀速下滑至底端B点，在水平滑道上继续滑行直至停止。已知游客和滑沙车的总质量m＝70kg，倾角θ＝37°，滑沙车底部与沙面间的动摩擦因数μ＝0.5。重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，不计空气阻力。(1)求游客匀速下滑时的速度大小。解析

开始下滑的时候，整体受到重力、支持力、摩擦力三个力的作用，根据牛顿第二定律可得mgsin37°－μmgcos37°＝ma代入数据可得a＝2m/s2。游客匀速下滑的初速度等于第一阶段匀加速运动的末速度，末速度的速度大小v0＝at1＝2×8m/s＝16m/s。答案

16m/s

(2)若游客在水平滑道BC段的最大滑行距离为16m，则他在此处滑行时，需对滑沙车施加多大的水平制动力？解析整体滑到水平面上时，做匀减速直线运动，根据匀变速直线运动规律v2－v02＝2a′s代入数据可得a′＝－8m/s2力的方向都指向左边，由牛顿第二定律－F－μmg＝ma′代入数据得F＝210N。答案

210N解析：以沿斜面向上为正方向，在最初的2s内，物体在

F＝9．6N的拉力作用下，从静止开始沿斜面做匀加速直线运动，受力分析如图所示，根据牛顿第二定律可知F－mgsinθ－f＝ma1FN＝mgcosθ，且f＝μFN如图所示，在倾角为θ＝37°的足够长的斜面上，有一质量m＝1kg的物体，物体与斜面之间的动摩擦因数μ＝0.2，物体受到沿斜面向上的F＝9．6N的绳的拉力作用，并从静止开始运动，经过2s绳子突然断裂。试求绳断后多长时间物体的速度大小达到22m/s。(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)绳子断开后，物体继续沿斜面向上运动到达最高点速度为零的过程中，物体不再受绳的拉力F的作用，其他受力情况不变此后物体从最高点沿斜面下滑，设此过程中加速度为a3，物体的速度大小达到22m/s所用时间为t3，则由牛顿第二定律和运动学的基本公式有a3＝－gsinθ＋μgcosθ＝－4．4m/s2，综上所述，从绳断到物体速度大小达到22m/s所经历的总时间为t＝t2＋t3＝5．53s。答案：5．53s|要点回眸|知能演练·重落实内化知识巩固技能31．水平面上一个质量为m的物体，在一水平恒力F作用下，由静止开始做匀加速直线运动，经时间t后撤去外力，又经时间2t物体停了下来。则物体受到的阻力应为(

)2．在欢庆节日的时候，人们会在夜晚燃放美丽的焰火。按照设计，某种型号装有焰火的礼花弹从专用炮筒中射出后，在4s末到达距地面100m的最高点时炸开，构成各种美丽的图案。假设礼花弹从炮筒中竖直向上射出时的初速度是v0，上升过程中所受的阻力大小始终是自身重力的k倍，那么v0和k分别等于(重力加速度g取10m/s2)(

)A．25m/s,1．25 B．40m/s,0.25C．50m/s,0.25 D．80m/s,1．253．(多选)如图所示，质量m＝100kg的重物，在大小

F＝1．25×103N、方向竖直向上的拉力作用下，由静止开始加速上升，不计空气阻力，g取10m/s2，则(

)A．重物上升的加速度大小为12．5m/s2B．重物上升的加速度大小为2．5m/s2C．运动2s时速度大小为25m/sD．运动2s时速度大小为5m/s解析：由牛顿第二定律有F－mg＝ma，得a＝2．5m/s2；由匀变速直线运动规律有v＝at，得v＝5m/s，故B、D正确。BD

4．晓敏同学在科技馆做“水对不同形状运动物体的阻力大小的比较”实验，图甲中两个完全相同的浮块，头尾相反放置在同一起始线上，它们通过细线与终点的电动机连接。两浮块分别在大小为F的两个相同牵引力作用下同时开始向终点做直线运动，运动过程中该同学拍摄的照片如图乙所示。已知拍下乙图时，左侧浮块运动的距离恰好为右侧浮块运动距离的2倍，假设从浮块开始运动到拍下照片的过程中，浮块受到的阻力不变。试求该过程中：(1)左、右两浮块平均速度之比；(2)左、右两浮块所受合力之比。答案：

2∶1课时跟踪检测41．一物体放在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.6,在拉力F＝10N作用下从静止开始运动，其速度与位移在国际单位制下满足等式v2＝8s，重力加速度g取10m/s2，则物体的质量为(

)A．0.5kg

B．0.4kgC．0.8kg

D．1kg2．(多选)质量为3kg的物体，静止于水平地面上，在10N的水平拉力作用下，开始沿水平地面做匀加速直线运动，物体与地面间的摩擦力是4N。则(

)A．物体在3s末的速度大小为10m/sB．物体在3s末的速度大小为6m/sC．物体在0～3s内发生的位移大小为15m

D．物体在0～3s内发生的位移大小为9m3．某物体质量为1kg，在水平拉力作用下沿粗糙水平地面做直线运动，其速度—时间图像如图所示，根据图像可知(

)A．物体所受的拉力总是大于它所受的摩擦力B．物体在第3s内所受的拉力等于1NC．物体在第2s内所受的拉力为零D．在0～3s内，物体所受的拉力方向始终与摩擦力方向相反D

4．物体甲、乙原来静止于光滑水平面上。从t＝0时刻开始，甲沿水平面做直线运动，速度随时间变化关系图像如图甲所示；乙受到如图乙所示的水平拉力作用，则在0～4s的时间内(

)A．甲物体所受合力不断变化B．甲物体的速度不断减小C．2s末乙物体改变运动方向D．2s末乙物体速度达到最大解析：对于甲物体，由v-t图像可知，其加速度恒定，合力恒定，选项A错误；甲物体的速度先减小后反向增大，选项B错误；对于乙物体，由图乙可知，合力先减小后反向增大，因而其加速度先减小后反向增大，t＝2s时，速度达最大，然后做加速度增大的减速运动，t＝4s时，速度减为零，选项C错误，D正确。D

5．如图所示，圆柱形的仓库内有三块长度不同的滑板aO、bO、cO，其下端都固定于底部圆心O，而上端则搁在仓库侧壁上，三块滑板与水平面的夹角依次是30°、45°、60°。若有三个小孩同时从a、b、c处开始下滑(忽略阻力)，则(

)A．a处小孩最先到O点

B．b处小孩最后到O点C．c处小孩最先到O点

D．a、c处小孩同时到O点D

6．(多选)如图所示，总质量为460kg的热气球，从地面刚开始竖直上升时的加速度为0.5m/s2，当热气球上升到180m时，以5m/s的速度向上匀速运动。若离开地面后热气球所受浮力保持不变，上升过程中热气球总质量不变，取重力加速度g＝10m/s2。关于热气球，下列说法正确的是(

)A．所受浮力大小为4830NB．加速上升过程中所受空气阻力保持不变C．从地面开始上升10s后的速度大小为5m/sD．以5m/s的速度匀速上升时所受空气阻力大小为230NAD

解析：热气球从地面刚开始竖直上升时v＝0，空气阻力f＝0。由F浮－mg＝ma，得F浮＝m(g＋a)＝4830N，故选项A正确；最终热气球匀速上升，说明热气球加速运动的过程中空气阻力逐渐增大，故选项B错误；热气球做加速度减小的加速运动，故热气球上升10s后的速度小于5m/s，选项C错误；匀速上升时F浮－mg－f′＝0，解得f′＝230N，选项D正确。8．如图所示，一个质量m＝4kg的小物块放在水平地面上，对小物块施加一个F＝10N的恒定拉力，使小物块做初速度为零的匀加速直线运动，拉力与水平方向的夹角θ＝37°，小物块与水平地面间的动摩擦因数μ＝0.20，已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，重力加速度g取

10m/s2不计空气阻力。求：(1)小物块运动过程中加速度的大小；解析：对小物块进行受力分析，如图所示根据牛顿第二定律有Fcosθ－f＝ma又Fsinθ＋FN＝mg，f＝μFN联立解得a＝0.3m/s2。答案：0.3m/s2

(2)小物块运动4．0s时位移的大小。答案：2．4m9．如图所示，一条足够长且不可伸长的轻绳跨过光滑轻质定滑轮，绳的右端与一质量为12kg的重物相连，重物静止于地面上，左侧有一质量为10kg的猴子，从绳子的另一端沿绳子以大小为5m/s2的加速度竖直向上爬，取g＝10m/s2，则下列说法正确的是(

)A．绳上的拉力大小为50NB．重物不会离开地面C．2s末重物上升的高度为5mD．重物的加速度大小为3．2m/s2C

10．(多选)现在大型室外活动通常用无人飞机进行航拍。如图所示，一质量m＝2kg的无人飞机在操作员的操控下由静止开始竖直向上匀加速运动2s，然后匀速向上运动3s，接着匀减速向上运动4s速度恰好为零，之后悬停进行航拍。已知无人飞机上升过程中的最大速度为vm＝4m/s，受到的空气阻力恒为f＝1N，取重力加速度大小g＝10m/s2，则(

)A．无人飞机上升的第一个阶段，受到向上的作用力大小是25NB．无人飞机上升的第二个阶段，受到向上的作用力大小是20NC．无人飞机上升的第三个阶段，受到向上的作用力大小是18ND．无人飞机上升的总高度为24mAD

11．如图所示，一足够长斜面上铺有动物毛皮，毛皮表面具有一定的特殊性，物体上滑时顺着毛的生长方向，毛皮此时的阻力可以忽略；物体下滑时逆着毛的生长方向，会受到来自毛皮的滑动摩擦力。现有一物体自斜面底端以初速度v0＝6m/s冲上斜面，斜面的倾角θ＝37°，物体由最高点回到出发点历时1．5s。(取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：(1)物体上滑的最大位移；