2023-2024學(xué)年粵教版必修第一冊 第四章　第五節(jié) 牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用 課件（60張）

第五節(jié)牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念(1)知道什么是已知物體的受力情況確定物體的運(yùn)動情況。(2)知道什么是已知物體的運(yùn)動情況確定物體的受力情況。(3)會對研究對象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動情況分析?？茖W(xué)思維掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式解決問題的基本思路和方法。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任初步體會牛頓運(yùn)動定律對社會發(fā)展的影響，建立應(yīng)用科學(xué)知識解決實(shí)際問題的意識。CONTENTS目錄新知預(yù)覽·抓必備素養(yǎng)浸潤·提能力知能演練·重落實(shí)課時跟蹤檢測新知預(yù)覽·抓必備高效學(xué)習(xí)夯基固本1知識點(diǎn)一牛頓第二定律的作用1．確定了運(yùn)動和力的大小關(guān)系：加速度的大小與物體________的大小成正比，與物體的____成反比。2．確定了運(yùn)動和力的方向關(guān)系：加速度的方向與物體受到的____的方向相同。所受合力質(zhì)量合力知識點(diǎn)二兩類動力學(xué)基本問題應(yīng)用牛頓第二定律分析和解決問題時，1．首先是確定________，進(jìn)行________。2．其次是根據(jù)____________，將待求量和已知量之間的關(guān)系聯(lián)系起來，______是聯(lián)系力和運(yùn)動的橋梁。3．這種問題一般分為兩類(1)根據(jù)運(yùn)動情況求受力情況。(2)根據(jù)受力情況求運(yùn)動情況。研究對象受力分析牛頓第二定律加速度2022年2月4日第24屆冬奧會在北京開幕，自由式滑雪是冬奧會的比賽項(xiàng)目之一。如圖所示的是滑雪運(yùn)動員從山坡向下滑雪時的照片。請對以下結(jié)論作出判斷：(1)滑雪運(yùn)動員從山坡上滑下時，其運(yùn)動狀態(tài)與受力情況無關(guān)。

()(2)根據(jù)滑雪運(yùn)動員的加速度方向，可以判斷滑雪運(yùn)動員受到的每個力的方向。

()(3)滑雪運(yùn)動員的運(yùn)動情況是由其受力情況決定的。

()(4)已知滑雪運(yùn)動員的加速度及質(zhì)量，可以確定滑雪運(yùn)動員所受的合外力。

()××√√素養(yǎng)浸潤·提能力互動探究重難突破2要點(diǎn)一由物體的受力情況確定運(yùn)動情況1．問題概述已知物體受力情況確定運(yùn)動情況，指的是在受力情況已知的條件下，判斷出物體的運(yùn)動狀態(tài)或求出物體的速度和位移。2．解題思路3．解題步驟(1)選定研究對象，對研究對象進(jìn)行受力分析，并畫出受力示意圖。(2)根據(jù)平行四邊形定則，應(yīng)用合成法或正交分解法，求出物體所受的合力。(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體運(yùn)動的加速度。(4)結(jié)合物體運(yùn)動的初始條件(即初速度v0)，分析運(yùn)動情況并畫出運(yùn)動草圖，選擇合適的運(yùn)動學(xué)公式，求出待求的運(yùn)動學(xué)量——任意時刻的速度v、一段運(yùn)動時間t以及對應(yīng)的位移s等。|特別提醒|受力分析和運(yùn)動情況分析是解決該類問題的兩個關(guān)鍵，特別是運(yùn)動草圖對解決復(fù)雜問題有很大幫助。

【典例1】

可愛的企鵝喜歡在冰面上玩游戲。如圖所示，有一企鵝在傾角為37°的傾斜冰面上，先以加速度a＝0.5m/s2

從冰面底部由靜止開始沿直線向上“奔跑”，t＝8s時，突然臥倒以肚皮貼著冰面向前滑行，最后退滑到出發(fā)點(diǎn)，完成一次游戲(企鵝在滑動過程中姿勢保持不變)。若企鵝肚皮與冰面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.25，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。g取10m/s2，求：解析在企鵝向上奔跑過程中有答案16m

(2)企鵝在冰面上滑動的加速度大??；(3)企鵝退滑到出發(fā)點(diǎn)時的速度大小。(計(jì)算結(jié)果可用根式表示)解析在企鵝臥倒以后將進(jìn)行兩個過程的運(yùn)動，第一個過程從臥倒到最高點(diǎn)做勻減速運(yùn)動，第二個過程是從最高點(diǎn)勻加速滑到最低點(diǎn)，兩次過程根據(jù)牛頓第二定律分別有mgsin37°＋μmgcos37°＝ma1，mgsin37°－μmgcos37°＝ma2，解得a1＝8m/s2，a2＝4m/s2。答案上滑過程加速度大小為8m/s2，下滑過程加速度大小為4m/s2|易錯警示|從受力確定運(yùn)動情況應(yīng)注意的三個方面(1)方程的形式：牛頓第二定律F＝ma，體現(xiàn)了力是產(chǎn)生加速度的原因。應(yīng)用時方程式的等號左右應(yīng)該體現(xiàn)出前因后果的形式，切記不要寫成F－ma＝0的形式，這樣形式的方程失去了物理意義。(2)正方向的選?。和ǔ＿x取加速度方向?yàn)檎较?，與正方向同向的力取正值，與正方向反向的力取負(fù)值。(3)求解：F、m、a采用國際單位制單位，解題時寫出方程式和相應(yīng)的文字說明，必要時對結(jié)果進(jìn)行討論。

1．(多選)某小球所受的合力與時間的關(guān)系如圖所示，各段的合力大小相同，作用時間相同，設(shè)小球從靜止開始運(yùn)動，由此可判定(

)A．小球向前運(yùn)動，再返回停止B．小球向前運(yùn)動，再返回不會停止C．小球始終向前運(yùn)動D．小球在4s末速度為0解析：由題圖可知，在0～1s，小球向前做勻加速直線運(yùn)動，1s末速度最大；在1～2s，小球以大小相等的加速度向前做勻減速直線運(yùn)動，2s末速度為零。依此類推，可知A、B錯誤，C、D正確。CD

2．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40kg，冰車與冰面之間的動摩擦因數(shù)為0.05，在某次游戲中，假設(shè)小明媽媽對冰車施加了40N的水平推力，使冰車從靜止開始運(yùn)動10s后，停止施加力的作用，使冰車自由滑行(假設(shè)運(yùn)動過程中冰車始終沿直線運(yùn)動，小明始終沒有施加力的作用，g取10m/s2)。求：(1)冰車的最大速率；解析：以冰車及小明為研究對象，由牛頓第二定律得F－μmg＝ma1 ①vm＝a1t ②由①②式得vm＝5m/s。答案：

5m/s

(2)冰車在整個運(yùn)動過程中滑行總位移的大小。冰車自由滑行時有μmg＝ma2 ④vm2＝2a2s2 ⑤又s＝s1＋s2 ⑥由③④⑤⑥式得s＝50m。答案：

50m要點(diǎn)二由物體的運(yùn)動情況確定受力情況如圖所示的是某運(yùn)載火箭的發(fā)射場景，現(xiàn)場指揮倒計(jì)時結(jié)束發(fā)出點(diǎn)火命令后，立刻計(jì)時，測得火箭底部通過發(fā)射架的時間約是t，如果要求出火箭受到的推力，還要知道哪些條件？不計(jì)空氣阻力，火箭質(zhì)量假設(shè)不變。1．問題概述已知物體運(yùn)動情況確定受力情況，指的是在運(yùn)動情況(如物體的運(yùn)動性質(zhì)、速度、加速度或位移)已知的條件下，要求得出物體所受的力。2．解題思路3．解題步驟(1)選定研究對象，對研究對象進(jìn)行運(yùn)動情況分析和受力分析，并畫出運(yùn)動草圖及受力示意圖。(2)選擇合適的運(yùn)動學(xué)公式，求出物體的加速度。(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求物體所受的合力。(4)根據(jù)力的合成法或正交分解法，由合力求出待求力或與力有關(guān)的量。【典例2】

一質(zhì)量為m＝2kg的滑塊在傾角為θ＝30°的足夠長的斜面上以加速度a＝2．5m/s2勻加速下滑。如圖所示，若用一水平向右的恒力F作用于滑塊，使滑塊由靜止開始在0～2s內(nèi)沿斜面運(yùn)動的位移s＝4m。(g取10m/s2)求：(1)滑塊和斜面之間的動摩擦因數(shù)μ；解析根據(jù)牛頓第二定律可得mgsinθ－μmgcosθ＝ma，(2)恒力F的大小。解析滑塊沿斜面做勻加速直線運(yùn)動，加速度方向有沿斜面向上和沿斜面向下兩種可能。當(dāng)加速度方向沿斜面向上時，有Fcosθ－mgsinθ－μ(Fsinθ＋mgcosθ)＝ma1，當(dāng)加速度方向沿斜面向下時，有mgsinθ－Fcosθ－μ(Fsinθ＋mgcosθ)＝ma1，|易錯警示|由運(yùn)動情況確定受力應(yīng)注意的兩個問題(1)由運(yùn)動學(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，要先進(jìn)行受力分析，然后根據(jù)牛頓第二定律列式求解。

1．如圖所示，質(zhì)量為m＝3kg的木塊放在傾角為θ＝30°的足夠長的固定斜面上，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，經(jīng)過t＝2s時間木塊沿斜面上升4m的距離，則推力F的大小為(g取10m/s2)(

)A．42N

B．6NC．21N D．36ND

2．如圖所示的機(jī)車，質(zhì)量為100t，設(shè)它從停車場出發(fā)經(jīng)225m后速度達(dá)到54km/h，此時，司機(jī)關(guān)閉發(fā)動機(jī)，讓機(jī)車進(jìn)站。機(jī)車又行駛了125m才停在站上，設(shè)機(jī)車所受的阻力保持不變，關(guān)閉發(fā)動機(jī)前機(jī)車所受的牽引力不變，重力加速度g取10m/s2，求機(jī)車關(guān)閉發(fā)動機(jī)前所受的牽引力。解析：設(shè)機(jī)車在加速階段的加速度大小為a1，減速階段的加速度大小為a2，則v2＝2a1s1，v2＝2a2s2，解得a1＝0.5m/s2，a2＝0.9m/s2，由牛頓第二定律得F－f＝ma1，f＝ma2，解得F＝1．4×105N。答案：1．4×105N要點(diǎn)三動力學(xué)中的多過程問題1．問題界定：當(dāng)題目給出的物理過程較復(fù)雜，由多個過程組成時，要明確整個過程由幾個子過程組成，將過程合理分段，找到相鄰過程的聯(lián)系點(diǎn)并逐一分析每個過程。2．兩點(diǎn)提醒(1)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分別進(jìn)行受力分析，分別求加速度。(2)對于多過程問題，前一過程的末速度往往是后一過程的初速度?！镜淅?】

滑沙游戲中，游戲者從沙坡頂部坐滑沙車呼嘯滑下。為了安全，滑沙車上通常裝有剎車手柄，游客可以通過操縱剎車手柄對滑沙車施加一個與車運(yùn)動方向相反的制動力F，從而控制車速。為便于研究，做如下簡化：游客從頂端A點(diǎn)由靜止滑下8s后，操縱剎車手柄使滑沙車摩擦變大勻速下滑至底端B點(diǎn)，在水平滑道上繼續(xù)滑行直至停止。已知游客和滑沙車的總質(zhì)量m＝70kg，傾角θ＝37°，滑沙車底部與沙面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5。重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，不計(jì)空氣阻力。(1)求游客勻速下滑時的速度大小。解析

開始下滑的時候，整體受到重力、支持力、摩擦力三個力的作用，根據(jù)牛頓第二定律可得mgsin37°－μmgcos37°＝ma代入數(shù)據(jù)可得a＝2m/s2。游客勻速下滑的初速度等于第一階段勻加速運(yùn)動的末速度，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段的最大滑行距離為16m，則他在此處滑行時，需對滑沙車施加多大的水平制動力？解析整體滑到水平面上時，做勻減速直線運(yùn)動，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動規(guī)律v2－v02＝2a′s代入數(shù)據(jù)可得a′＝－8m/s2力的方向都指向左邊，由牛頓第二定律－F－μmg＝ma′代入數(shù)據(jù)得F＝210N。答案

210N解析：以沿斜面向上為正方向，在最初的2s內(nèi)，物體在

F＝9．6N的拉力作用下，從靜止開始沿斜面做勻加速直線運(yùn)動，受力分析如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律可知F－mgsinθ－f＝ma1FN＝mgcosθ，且f＝μFN如圖所示，在傾角為θ＝37°的足夠長的斜面上，有一質(zhì)量m＝1kg的物體，物體與斜面之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，物體受到沿斜面向上的F＝9．6N的繩的拉力作用，并從靜止開始運(yùn)動，經(jīng)過2s繩子突然斷裂。試求繩斷后多長時間物體的速度大小達(dá)到22m/s。(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)繩子斷開后，物體繼續(xù)沿斜面向上運(yùn)動到達(dá)最高點(diǎn)速度為零的過程中，物體不再受繩的拉力F的作用，其他受力情況不變此后物體從最高點(diǎn)沿斜面下滑，設(shè)此過程中加速度為a3，物體的速度大小達(dá)到22m/s所用時間為t3，則由牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)的基本公式有a3＝－gsinθ＋μgcosθ＝－4．4m/s2，綜上所述，從繩斷到物體速度大小達(dá)到22m/s所經(jīng)歷的總時間為t＝t2＋t3＝5．53s。答案：5．53s|要點(diǎn)回眸|知能演練·重落實(shí)內(nèi)化知識鞏固技能31．水平面上一個質(zhì)量為m的物體，在一水平恒力F作用下，由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動，經(jīng)時間t后撤去外力，又經(jīng)時間2t物體停了下來。則物體受到的阻力應(yīng)為(

)2．在歡慶節(jié)日的時候，人們會在夜晚燃放美麗的焰火。按照設(shè)計(jì)，某種型號裝有焰火的禮花彈從專用炮筒中射出后，在4s末到達(dá)距地面100m的最高點(diǎn)時炸開，構(gòu)成各種美麗的圖案。假設(shè)禮花彈從炮筒中豎直向上射出時的初速度是v0，上升過程中所受的阻力大小始終是自身重力的k倍，那么v0和k分別等于(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．(多選)如圖所示，質(zhì)量m＝100kg的重物，在大小

F＝1．25×103N、方向豎直向上的拉力作用下，由靜止開始加速上升，不計(jì)空氣阻力，g取10m/s2，則(

)A．重物上升的加速度大小為12．5m/s2B．重物上升的加速度大小為2．5m/s2C．運(yùn)動2s時速度大小為25m/sD．運(yùn)動2s時速度大小為5m/s解析：由牛頓第二定律有F－mg＝ma，得a＝2．5m/s2；由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律有v＝at，得v＝5m/s，故B、D正確。BD

4．曉敏同學(xué)在科技館做“水對不同形狀運(yùn)動物體的阻力大小的比較”實(shí)驗(yàn)，圖甲中兩個完全相同的浮塊，頭尾相反放置在同一起始線上，它們通過細(xì)線與終點(diǎn)的電動機(jī)連接。兩浮塊分別在大小為F的兩個相同牽引力作用下同時開始向終點(diǎn)做直線運(yùn)動，運(yùn)動過程中該同學(xué)拍攝的照片如圖乙所示。已知拍下乙圖時，左側(cè)浮塊運(yùn)動的距離恰好為右側(cè)浮塊運(yùn)動距離的2倍，假設(shè)從浮塊開始運(yùn)動到拍下照片的過程中，浮塊受到的阻力不變。試求該過程中：(1)左、右兩浮塊平均速度之比；(2)左、右兩浮塊所受合力之比。答案：

2∶1課時跟蹤檢測41．一物體放在水平地面上，物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.6,在拉力F＝10N作用下從靜止開始運(yùn)動，其速度與位移在國際單位制下滿足等式v2＝8s，重力加速度g取10m/s2，則物體的質(zhì)量為(

)A．0.5kg

B．0.4kgC．0.8kg

D．1kg2．(多選)質(zhì)量為3kg的物體，靜止于水平地面上，在10N的水平拉力作用下，開始沿水平地面做勻加速直線運(yùn)動，物體與地面間的摩擦力是4N。則(

)A．物體在3s末的速度大小為10m/sB．物體在3s末的速度大小為6m/sC．物體在0～3s內(nèi)發(fā)生的位移大小為15m

D．物體在0～3s內(nèi)發(fā)生的位移大小為9m3．某物體質(zhì)量為1kg，在水平拉力作用下沿粗糙水平地面做直線運(yùn)動，其速度—時間圖像如圖所示，根據(jù)圖像可知(

)A．物體所受的拉力總是大于它所受的摩擦力B．物體在第3s內(nèi)所受的拉力等于1NC．物體在第2s內(nèi)所受的拉力為零D．在0～3s內(nèi)，物體所受的拉力方向始終與摩擦力方向相反D

4．物體甲、乙原來靜止于光滑水平面上。從t＝0時刻開始，甲沿水平面做直線運(yùn)動，速度隨時間變化關(guān)系圖像如圖甲所示；乙受到如圖乙所示的水平拉力作用，則在0～4s的時間內(nèi)(

)A．甲物體所受合力不斷變化B．甲物體的速度不斷減小C．2s末乙物體改變運(yùn)動方向D．2s末乙物體速度達(dá)到最大解析：對于甲物體，由v-t圖像可知，其加速度恒定，合力恒定，選項(xiàng)A錯誤；甲物體的速度先減小后反向增大，選項(xiàng)B錯誤；對于乙物體，由圖乙可知，合力先減小后反向增大，因而其加速度先減小后反向增大，t＝2s時，速度達(dá)最大，然后做加速度增大的減速運(yùn)動，t＝4s時，速度減為零，選項(xiàng)C錯誤，D正確。D

5．如圖所示，圓柱形的倉庫內(nèi)有三塊長度不同的滑板aO、bO、cO，其下端都固定于底部圓心O，而上端則擱在倉庫側(cè)壁上，三塊滑板與水平面的夾角依次是30°、45°、60°。若有三個小孩同時從a、b、c處開始下滑(忽略阻力)，則(

)A．a(chǎn)處小孩最先到O點(diǎn)

B．b處小孩最后到O點(diǎn)C．c處小孩最先到O點(diǎn)

D．a(chǎn)、c處小孩同時到O點(diǎn)D

6．(多選)如圖所示，總質(zhì)量為460kg的熱氣球，從地面剛開始豎直上升時的加速度為0.5m/s2，當(dāng)熱氣球上升到180m時，以5m/s的速度向上勻速運(yùn)動。若離開地面后熱氣球所受浮力保持不變，上升過程中熱氣球總質(zhì)量不變，取重力加速度g＝10m/s2。關(guān)于熱氣球，下列說法正確的是(

)A．所受浮力大小為4830NB．加速上升過程中所受空氣阻力保持不變C．從地面開始上升10s后的速度大小為5m/sD．以5m/s的速度勻速上升時所受空氣阻力大小為230NAD

解析：熱氣球從地面剛開始豎直上升時v＝0，空氣阻力f＝0。由F?。璵g＝ma，得F?。絤(g＋a)＝4830N，故選項(xiàng)A正確；最終熱氣球勻速上升，說明熱氣球加速運(yùn)動的過程中空氣阻力逐漸增大，故選項(xiàng)B錯誤；熱氣球做加速度減小的加速運(yùn)動，故熱氣球上升10s后的速度小于5m/s，選項(xiàng)C錯誤；勻速上升時F?。璵g－f′＝0，解得f′＝230N，選項(xiàng)D正確。8．如圖所示，一個質(zhì)量m＝4kg的小物塊放在水平地面上，對小物塊施加一個F＝10N的恒定拉力，使小物塊做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，拉力與水平方向的夾角θ＝37°，小物塊與水平地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.20，已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，重力加速度g取

10m/s2不計(jì)空氣阻力。求：(1)小物塊運(yùn)動過程中加速度的大??；解析：對小物塊進(jìn)行受力分析，如圖所示根據(jù)牛頓第二定律有Fcosθ－f＝ma又Fsinθ＋FN＝mg，f＝μFN聯(lián)立解得a＝0.3m/s2。答案：0.3m/s2

(2)小物塊運(yùn)動4．0s時位移的大小。答案：2．4m9．如圖所示，一條足夠長且不可伸長的輕繩跨過光滑輕質(zhì)定滑輪，繩的右端與一質(zhì)量為12kg的重物相連，重物靜止于地面上，左側(cè)有一質(zhì)量為10kg的猴子，從繩子的另一端沿繩子以大小為5m/s2的加速度豎直向上爬，取g＝10m/s2，則下列說法正確的是(

)A．繩上的拉力大小為50NB．重物不會離開地面C．2s末重物上升的高度為5mD．重物的加速度大小為3．2m/s2C

10．(多選)現(xiàn)在大型室外活動通常用無人飛機(jī)進(jìn)行航拍。如圖所示，一質(zhì)量m＝2kg的無人飛機(jī)在操作員的操控下由靜止開始豎直向上勻加速運(yùn)動2s，然后勻速向上運(yùn)動3s，接著勻減速向上運(yùn)動4s速度恰好為零，之后懸停進(jìn)行航拍。已知無人飛機(jī)上升過程中的最大速度為vm＝4m/s，受到的空氣阻力恒為f＝1N，取重力加速度大小g＝10m/s2，則(

)A．無人飛機(jī)上升的第一個階段，受到向上的作用力大小是25NB．無人飛機(jī)上升的第二個階段，受到向上的作用力大小是20NC．無人飛機(jī)上升的第三個階段，受到向上的作用力大小是18ND．無人飛機(jī)上升的總高度為24mAD

11．如圖所示，一足夠長斜面上鋪有動物毛皮，毛皮表面具有一定的特殊性，物體上滑時順著毛的生長方向，毛皮此時的阻力可以忽略；物體下滑時逆著毛的生長方向，會受到來自毛皮的滑動摩擦力?，F(xiàn)有一物體自斜面底端以初速度v0＝6m/s沖上斜面，斜面的傾角θ＝37°，物體由最高點(diǎn)回到出發(fā)點(diǎn)歷時1．5s。(取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：(1)物體上滑的最大位移；