【高中物理】2023-2024学年人教版必修第一册 牛顿运动定律的应用教学课件

DISIZHANG第四章5牛顿运动定律的应用

学习目标1.熟练掌握应用牛顿运动定律解决动力学问题的思路和方法(重点)。2.理解加速度是解决两类动力学基本问题的桥梁(重点)。

内容索引一、从受力确定运动情况二、从运动情况确定受力课时对点练三、多过程问题一从受力确定运动情况质量为20kg的物体静止在光滑水平面上。如果给这个物体施加两个大小都是50N且互成60°角的水平力(如图)，求物体3s末的速度大小和3s内的位移大小。例1对物体受力分析由牛顿第二定律F合＝ma得由运动学公式得

(2022·淮南市寿县正阳中学高一期末)如图所示，小孩与冰车的总质量为30kg，静止在冰面上。大人用与水平方向夹角为θ＝37°、F＝60N的恒定拉力，使其沿水平冰面由静止开始移动。已知冰车与冰面间的动摩擦因数μ＝0.05，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：例2(1)小孩与冰车的加速度大小；答案1.16m/s2冰车和小孩受力如图所示。在竖直方向的合力为零，则有FN＋Fsinθ＝mg ①在水平方向，根据牛顿第二定律得Fcosθ－Ff＝ma②摩擦力Ff＝μFN

③联立解得加速度a＝1.16m/s2。(2)冰车运动3s时的速度大小；答案3.48m/s3s时的速度大小v＝at＝1.16×3m/s＝3.48m/s(3)冰车运动5s时的位移大小。答案14.5m1.基本思路分析物体的受力情况，求出物体所受的合力，由牛顿第二定律求出物体的加速度；再由运动学公式及物体运动的初始条件确定物体的运动情况。2.流程图总结提升已知物体受力情况求得a求得x、v0、v、t等―――――――――→二从运动情况确定受力民航客机都有紧急出口，发生意外情况的飞机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气囊会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面(如图甲所示)，人员可沿斜面滑行到地面。斜面的倾角θ＝30°(如图乙所示)，人员可沿斜面匀加速滑行到地上。如果气囊所构成的斜面长度为8m，一个质量为50kg的乘客从静止开始沿气囊滑到例3地面所用时间为2s。求乘客与气囊之间的动摩擦因数。(g＝10m/s2)设乘客沿气囊下滑过程的加速度为a对乘客进行受力分析如图所示根据牛顿第二定律，有x方向mgsinθ－Ff＝may方向FN－mgcosθ＝0且Ff＝μFN质量为m＝3kg的木块放在倾角θ＝30°的足够长的固定斜面上，木块可以沿斜面匀速下滑。如图所示，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做匀加速运动，经过t＝2s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.36N例4√因木块能沿斜面匀速下滑，由平衡条件知：mgsinθ＝μmgcosθ，当在推力作用下匀加速上滑时，由运动学公式x＝

at2得a＝2m/s2，由牛顿第二定律得：F－mgsinθ－μmgcosθ＝ma，得F＝36N，D正确。1.基本思路分析物体的运动情况，由运动学公式求出物体的加速度，再由牛顿第二定律求出物体所受的合力或某一个力。2.流程图总结提升三多过程问题如图所示，一质量为8kg的物体静止在粗糙的水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.2，用一水平拉力F＝20N拉物体，使其由A点开始运动，经过8s后撤去拉力F，再经过一段时间物体到达B点停止，求A、B间距离。例5答案20m当F作用在物体上时由牛顿第二定律可知F－μmg＝ma1解得a1＝0.5m/s2v1＝a1t＝4m/s撤去外力F后，由牛顿第二定律可知－μmg＝ma2解得a2＝－2m/s2由0－v12＝2a2x2解得x2＝4m故xAB＝x1＋x2＝16＋4m＝20m。如图所示，一足够长的斜面倾角θ为37°，斜面BC与水平面AB平滑连接，质量m＝2kg的物体静止于水平面上的M点，M点与B点之间的距离L＝9m，物体与水平面和斜面间的动摩擦因数均为μ＝0.5，现物体受到一水平向右的恒力F＝14N作用，运动至B点时撤去该力，sin37°＝0.6，g＝10m/s2，则：(1)物体在恒力F作用下运动时的加速度是多大？例6答案2m/s2

在水平面上，根据牛顿第二定律可知F－μmg＝ma，(2)物体到达B点时的速度是多大？答案6m/s

由M点到B点，根据运动学公式可知vB2＝2aL，(3)物体沿斜面向上滑行的最远距离是多少？物体回到B点的速度是多大？在斜面上向上滑时，根据牛顿第二定律可得，mgsinθ＋μmg·cosθ＝ma1，代入数据得加速度的大小为a1＝10m/s2，逆向分析可得vB2＝2a1x，在斜面上向下滑时，由牛顿第二定律可得mgsinθ－μmgcosθ＝ma2代入数据可得a2＝2m/s2由运动学公式：vB′2＝2a2·x1.当题目给出的物理过程较复杂，由多个过程组成时，要将复杂的过程拆分为几个子过程。2.分析每一个子过程的受力情况，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重新分析，分别求加速度，用相应规律解决。3.特别注意两个子过程交接的位置，该交接点速度是上一过程的末速度，也是下一过程的初速度，它起到承上启下的作用，对解决问题起重要作用。总结提升四课时对点练训练2动力学的多过程问题训练1牛顿运动定律的简单应用考点一从受力确定运动情况1.(2022·南京市高二学业考试)用30N的水平外力F，拉一个静止在光滑水平面上的质量为20kg的物体，外力F作用3s后撤去。则前3s内物体的加速度和第5s末物体的瞬时速度大小分别是A.1.5m/s2

4.5m/s B.1.5m/s2

7.5m/sC.0

4.5m/s D.0

7.5m/s基础对点练√1234567891011121112根据牛顿第二定律可得前3s内物体的加速度大小为a＝

＝1.5m/s2，撤去外力后物体做匀速直线运动，第5s末物体的瞬时速度大小等于撤去拉力时物体的瞬时速度大小，即v＝at＝4.5m/s。12345678910111211122.(2022·岳阳市高一期末)质量为20kg的物体静止在光滑水平面上，如图所示，给这个物体施加两个大小都是60N且互成120°角的水平力，2s末，物体的速度为对物体由牛顿第二定律得2Fcos60°＝ma代入数据解得a＝3m/s2则2s末，物体的速度为v＝at＝6m/s故B正确，A、C、D错误。A.0m/s B.6m/s C.12m/s D.6m/s√12345678910111211123.(2022·汕尾市高一期末)刹车痕迹是交警判断交通事故中汽车是否超速的重要依据之一，在一次交通事故中，货车司机看到前方道路上突然窜出一头牛时紧急刹车，但还是发生了事故。交警在现场量得货车的刹车痕迹长为15m，已知货车车轮与地面间的动摩擦因数是0.6，发生碰撞时速度接近0。请你帮助交警计算货车的初速度大约为A.40km/h B.50km/hC.60km/h D.70km/h√123456789101112111212345678910货车刹车时受地面的摩擦力，由牛顿第二定律得－μmg＝ma，解得a＝－μg＝－6m/s2，由运动学规律x＝

，将v＝0，a＝－6m/s2，x＝15m代入可解得v0≈13.4m/s≈48km/h，约为50km/h，B正确。111211124.如图所示，质量为m＝1kg的物体与水平地面之间的动摩擦因数为0.3，当物体运动的速度大小为10m/s时，给物体施加一个与速度方向相反的大小为F＝2N的恒力，在此恒力作用下(取g＝10m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)A.物体经10s速度减为零B.物体经5s速度减为零C.物体速度减为零后将保持静止D.物体速度减为零后将向右运动√123456789101112111212345678910施加恒力后，物体向左运动时，水平方向上受到向右的恒力和滑动摩擦力的作用，做匀减速直线运动，滑动摩擦力大小为Ff＝μFN＝μmg＝3N，故a＝

＝5m/s2，方向向右，物体减速到零所需时间为t＝

＝2s，故A、B错误；物体减速到零后，F＜Ff，将保持静止状态，故C正确，D错误。11121112考点二从运动情况确定受力5.车辆在行驶过程中，如果车距不够，刹车不及时，汽车将发生碰撞，车里的人可能受到伤害。为了尽可能地减小碰撞引起的伤害，人们设计了安全带及安全气囊如图所示。假定乘客质量为70kg，汽车车速为108km/h(即30m/s)，从发生碰撞到车完全停止需要的时间为1s，安全带及安全气囊对乘客的平均作用力大小为A.2100N B.6000NC.8000N D.1000N1234567891011121112√12345678910从发生碰撞到车完全停止的1s内，乘客的速度由30m/s减小到0，视为匀减速运动，则有a＝

＝－30m/s2。根据牛顿第二定律知安全带及安全气囊对乘客的平均作用力F＝ma＝70×(－30)N＝－2100N，负号表示力的方向跟初速度方向相反，所以选项A正确。111211126.如图所示，质量m＝2kg的滑块以v0＝20m/s的初速度沿倾角θ＝37°的足够长的固定斜面向上滑动，经t＝2s滑行到最高点。g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。下列说法正确的是A.滑块运动的加速度大小为5m/s2B.滑块2s内的位移为40mC.滑块与斜面间的动摩擦因数为0.5D.滑块与斜面间的动摩擦因数为0.212345678910√11121112滑块的加速度大小为a＝

＝10m/s2，A正确；滑块2s内的位移x＝

＝20m，B错误；对滑块受力分析有mgsinθ＋μmgcosθ＝ma，解得μ＝0.5，C正确，D错误。12345678910111211127.(2022·临沂市高一期末)如图所示为两个等高的光滑斜面AB、AC，将一可视为质点的滑块由静止在A点释放。沿AB斜面运动，运动到B点时所用时间为tB；沿AC斜面运动，运动到C点所用时间为tC，则A.tB＝tC

B.tB>tCC.tB<tC

D.无法比较√1234567891011121112能力综合练12345678910设斜面倾角为θ，对滑块根据牛顿第二定律解得加速度a＝gsinθ11121112因斜面AB倾角较大，则tB<tC，选项C正确。8.(2022·新乡市高二期末)如图所示，冰壶比赛时某运动员将冰壶(可视为质点)以速度v0从栏线P沿虚线推出，假设冰壶沿虚线做匀减速直线运动，栏线P到营垒圆心O的距离是L＝44.5m，营垒是由4个直径分别为0.15m、0.61m、1.22m和1.83m的同心圆组成。冰壶与冰面的动摩擦因数μ＝0.02，运动员把冰壶推进直径是1.22m的圆内，重力加速度g取10m/s2，则v0可能是A.3.0m/s B.4.0m/sC.4.2m/s D.5.0m/s12345678910√1112111212345678910冰壶在冰面上沿虚线做匀减速直线运动，把冰壶推进直径是1.22m的圆内，冰壶匀减速运动到速度为0的位移x＝(L±)m＝(44.5±0.61)m，也就是位移满足43.89m<x<45.11m，加速度大小a＝

＝μg＝0.2m/s2，根据运动学公式0－v02＝－2ax，代入数据得4.19m/s<v0<4.25m/s，故选C。111211129.(2023·安庆市宿松中学高二开学考试)一段“幼童不慎坠楼，千钧一发之际，路人扔下手机徒手接娃”的视频引起关注。某市两岁小孩意外坠楼，银行小伙果断救人，此善举引来全城市民点赞。假设小孩子突然从7.5m高处坠落，孩子体重10kg，楼下恰好有人双手将孩子接住，该人接住孩子时离地面大概1.5m，接住孩子后向下做匀减速运动，孩子到地时速度恰好减为零。假设小孩子可视为质点，不计空气阻力，g取10m/s2，请你估算一下该人每只手平均承受多大的力A.500N B.450N C.350N D.250N1234567891011121112√12345678910小孩下落的运动可分为两个阶段，先是自由落体运动，下落高度为6m，然后匀减速运动1.5m，根据运动学公式得，自由落体阶段有v2＝2gh1设减速阶段的加速度大小为a，减速阶段有0－v2＝－2ah2减速阶段对孩子受力分析，根据牛顿第二定律可得2F－mg＝ma联立得F＝250N故选D。111211121310.(2023·台州市高一期末)某次无人机沿竖直方向从地面静止起飞，在0～4s内做匀加速直线运动，加速度大小为a1＝2m/s2，t1＝4s末调节发动机转速改变升力，开始向上做匀减速直线运动，t2＝6s末刚好减速到零并到达指定平台。已知无人机总质量为m＝2kg，求：(1)平台离地高度H；1234567891011121112答案24m123456789104s末无人机速度大小为v＝a1t1＝8m/s11121112(2)在4～6s内空气对无人机作用力大小F。1234567891011121112答案12N4～6s内无人机加速度大小为a2＝

＝4m/s2，方向为竖直向下；对无人机有mg－F＝ma2则空气对无人机作用力大小为F＝12N。11.(2022·镇江中学高一期末)一质量为m＝2kg的滑块能在倾角为θ＝30°的足够长的斜面上以a＝2.5m/s2的加速度匀加速下滑。如图所示，若用一水平向右恒1234567891011121112力F作用于滑块，使之由静止开始在t＝2s内能沿斜面运动位移x＝4m。求：(g取10m/s2)(1)滑块和斜面之间的动摩擦因数μ；12345678910根据牛顿第二定律可得，mgsin30°－μmgcos30°＝ma，11121112(2)恒力F的大小。1234567891011121112已知由静止开始在t＝2s内能沿斜面运动位移x＝4m，由位移公式x＝

a1t2解得加速度大小a1＝2m/s2由题意可知，滑块的加速度方向有向上和向下两种情况，当加速度沿斜面向上时：Fcos30°－mgsin30°－μ(Fsin30°＋mgcos30°)＝ma1已知由静止开始在t＝2s内能沿斜1234567891011121112当加速度沿斜面向下时：mgsin30°－Fcos30°－μ(Fsin30°＋mgcos30°)＝ma1，123456789101112111212.(2023·淮安市高一期末)如图所示，是生活中常见的儿童滑梯，为安全起见通常将滑梯设计成倾角逐渐减小的弧形，从而确保儿童从静止下滑至地面时速度减为零。若滑行过程中动摩擦因数保持不变，则儿童滑行过程中速度大小随时间变化的图像可能正确的是1234567891011121112尖子生选练√12345678910儿童在倾斜滑道上下滑时，设滑道与水平面夹角为θ，由牛顿第二定律可得mgsinθ－μmgcosθ＝ma当μ<tanθ时，加速度沿滑道向下，随着夹角的减小，儿童做加速度减小的加速运动，当μ>tanθ时，加速度沿滑道向上，随着夹角的减小，儿童做加速度增大的减速运动，故B正确，A、C、D错误。111211121.(2022·连云港市高一期末)以6m/s的速度匀速上升的水火箭，当升到离地面14.5m高时，从水火箭上落下一小球，小球的质量为0.5kg，假设小球在运动过程所受阻力大小恒为1N。则小球从水火箭落下后大约经过多长时间到达地面(g取10m/s2)A.1.7s B.1.9sC.2.5s D.4.0s基础对点练12345√小球上升阶段的加速度则共用时间为t＝t1＋t2＝2.5s，故选C。123452.(2022·温州市啸秋中学高二期末)如图甲所示是一滑雪运动员滑雪的画面。运动过程示意图如图乙所示，斜坡AB的倾角为37°，运动员在斜坡A点从静止开始以5.5m/s2的加速度，沿直线AB匀加速下滑，然后沿水平面BC匀减速滑行，直至停止。AB段和BC段平滑连接，运动员在BC段受到的阻力为77N，两个过程滑行的总时间为12s，运动员和滑板整套装备总质量为70kg，不计空气阻力，sin37°＝0.6，g＝10m/s2。求：12345(1)运动员在斜坡上受到的阻力大小；12345答案35N

运动员在斜坡AB上滑行过程，据牛顿第二定律可得mgsin37°－Ff1＝ma1解得运动员在斜坡上受到的阻力大小为Ff1＝35N(2)运动员在B点的速度大小；12345答案11m/s

运动员在BC段由牛顿第二定律可得Ff2＝ma2解得a2＝1.1m/s2解得运动员在B点的速度大小为v＝11m/s(3)运动员在这两个过程中运动的总路程。12345答案66m运动员在这两个过程中运动的总路程为3.如图所示，一儿童玩具静止在水平地面上，一个小孩沿与水平面成53°角的恒力拉着它沿水平面运动，已知拉力F＝4.0N，玩具的质量m＝0.5kg。经过时间t＝2.0s，玩具移动了x＝4.8m，这时小孩松开手，玩具滑行了一段距离后停下。求：(g取10m/s2，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6)(1)全过程玩具运动的最大速度是多大？12345答案4.8m/s

12345对玩具受力分析，在竖直方向上，mg＝FN＋Fsin53°，又Ff＝μFN，在水平方向上，根据牛顿第二定律可知Fcos53°－μFN＝ma1，(2)松开手后玩具还能运动多远？答案1.728m松手后，对玩具，根据牛顿第二定律可知μmg＝ma2，123454.(2023·威海市高一期末)如图甲所示，倾角为37°的斜面固定在水平地面上，用沿斜面向上的恒力F拉着物块由静止从斜面底端沿斜面向上运动，作用一段时间后撤去拉力。从物块运动开始计时，物块沿斜面向上运动的速度—时间图像如图乙所示，已知物块的质量为1kg，物块与斜面间的动摩擦因数为0.25，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求：能力综合练12345(1)撤去拉力后，物块向上运动的加速度大小；撤去拉力后物块匀减速上滑，沿斜面方向，根据牛顿第二定律有Ff＋mgsinθ＝ma垂直斜面方向有FN＝mgcosθ且Ff＝μFN联立解得a＝8m/s212345答案8m/s2

(2)拉力F的大小；由速度—时间图像可知匀加速上滑与匀减速上滑的加速度大小相等，即a1＝a，匀加速上滑时，根据牛顿第二定律有F－mgsinθ－Ff＝ma代入数据解得F＝16N12345答案16N

(3)物块返回斜面底端时的速度大小。0.5s末的速度v＝at1＝4m/s上滑总位移x＝

＝2m下滑过程，根据牛顿第二定律有mgsinθ－Ff＝ma2根据速度位移公式有v12＝2a2x联立解得v1＝4m/s。12345答案4m/s5.(2022·中山市高一期末)风洞是能人