2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章運動和力的關(guān)系5.牛頓運動定律的應(yīng)用學(xué)案新人教版必修第一冊

PAGEPAGE15.牛頓運動定律的應(yīng)用新課程標準理解牛頓運動定律，能用牛頓運動定律說明生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象，解決有關(guān)問題．核心素養(yǎng)目標科學(xué)思維真實情境下，應(yīng)用牛頓運動定律解決綜合問題．科學(xué)探究利用生產(chǎn)生活中的實際問題，探究、論證運動和力的關(guān)系．科學(xué)看法與責(zé)任感受物理和生活、科學(xué)、技術(shù)的聯(lián)系，培育探究自然的內(nèi)在動力．必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、力和運動的關(guān)系牛頓其次定律確定了物體________和力的關(guān)系；加速度的大小與物體________的大小成正比，與物體的________成反比；加速度的方向與物體________的方向相同．二、從受力確定運動狀況假如已知物體的受力狀況，可以由________求出物體的加速度，再通過__________的規(guī)律確定物體的運動狀況．【情境思索】玩滑梯是小孩特別喜愛的活動，假如滑梯的傾角為θ，一個小孩從靜止起先下滑，小孩與滑梯間的動摩擦因數(shù)為μ，滑梯長度為L，怎樣求小孩滑究竟端的速度和須要的時間？答：三、從運動狀況確定受力假如已知物體的運動狀況，依據(jù)________規(guī)律求出物體的加速度，結(jié)合受力分析，再依據(jù)______________求出力．【情境思索】如圖為戰(zhàn)士正在進行拉輪胎體能訓(xùn)練．思索：假如戰(zhàn)士以很大的速度勻速運動，輪胎有可能離開地面嗎？答：關(guān)鍵實力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一從受力確定運動狀況歸納總結(jié)1.問題概述已知物體受力狀況確定運動狀況，指的是在受力狀況已知的條件下，推斷出物體的運動狀態(tài)或求出物體的速度、位移和時間．2．解題思路3．解題步驟(1)選定探討對象，對探討對象進行受力分析，并畫出受力示意圖．(2)依據(jù)平行四邊形定則，應(yīng)用合成法或正交分解法，求出物體所受的合外力．(3)依據(jù)牛頓其次定律列方程，求出物體運動的加速度．(4)結(jié)合物體運動的初始條件(即初速度v0)，分析運動狀況并畫出運動草圖，選擇合適的運動學(xué)公式，求出待求的運動學(xué)量——隨意時刻的速度v、一段運動時間t以及對應(yīng)的位移x等．典例示范例1滑冰車是兒童喜愛的冰上消遣項目之一．如圖所示為小明媽媽正與小明在冰上做嬉戲，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.在某次嬉戲中，假設(shè)小明媽媽對冰車施加了40N的水平推力，使冰車從靜止起先運動10s后，停止施加力的作用，使冰車自由滑行．(假設(shè)運動過程中冰車始終沿直線運動，小明始終沒有施加力的作用)．求：(1)冰車的最大速率．(2)冰車在整個運動過程中滑行總位移的大小．教你解決問題第三步：物理模型轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型遷移拓展1請依據(jù)【例1】中的情境，試求冰車一共滑行了多長時間？遷移拓展2請依據(jù)【例1】中的情境，假設(shè)小明媽媽對冰車施加了40N的水平推力，使冰車從靜止起先運動5s后，停止施加力的作用，則冰車自由滑行的時間是多少？針對訓(xùn)練1如圖所示，在海濱游樂場里有一種滑沙運動．某人坐在滑板上從斜坡的高處A點由靜止起先滑下，滑到斜坡底端B點后，沿水平的滑道再滑行一段距離到C點停下來．假如人和滑板的總質(zhì)量m＝60kg，滑板與斜坡滑道和水平滑道間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，斜坡的傾角θ＝37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)，斜坡與水平滑道間是平滑連接的，整個運動過程中空氣阻力忽視不計，重力加速度g取10m/s2.求：(1)人(含滑板)從斜坡上滑下的加速度為多大；(2)若由于場地的限制，水平滑道的最大距離BC為L＝20.0m，則人(含滑板)從斜坡上滑下的距離應(yīng)不超過多少．探究點二從運動狀況確定受力導(dǎo)學(xué)探究房屋屋頂?shù)脑O(shè)計要考慮許多因素，其中很重要的一點是要考慮排水問題，假如某地降雨量較大，為了使雨滴能盡快地淌離房頂，設(shè)雨滴沿房頂下淌時做無初速度、無摩擦的運動．(1)那么該如何設(shè)計屋頂?shù)钠露龋?2)某同學(xué)設(shè)計了以下幾種坡度的屋頂(房屋的寬度肯定)，試分析哪一種排水效果最好？答：歸納總結(jié)1.問題概述已知物體運動狀況確定受力狀況，指的是在運動狀況(如物體的運動性質(zhì)、時間、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)選定探討對象，對探討對象進行運動狀況分析和受力分析，并畫出運動草圖及受力示意圖．(2)選擇合適的運動學(xué)公式，求出物體的加速度．(3)依據(jù)牛頓其次定律列方程，求物體所受的合外力．(4)依據(jù)力的合成法或正交分解法，由合外力求出待求力或與力有關(guān)的量．典例示范例2一輛汽車在恒定牽引力作用下由靜止起先沿直線運動，4s內(nèi)通過8m的距離，此后關(guān)閉發(fā)動機，汽車又運動了2s停止，已知汽車的質(zhì)量m＝2×103kg，汽車運動過程中所受的阻力大小不變，求：(1)關(guān)閉發(fā)動機時汽車的速度大??；(2)汽車運動過程中所受到的阻力大?。?3)汽車牽引力的大?。棠憬鉀Q問題第一步：第一遍讀題確定,探討對象汽車其次步：其次遍讀題建構(gòu),物理模型過程1：汽車在牽引力作用下做勻加速第三步：物理模型轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型針對訓(xùn)練2冰壺是冬奧會的正式競賽項目，冰壺在冰面上運動時，運動員可以通過刷冰減小冰壺與冰面之間的動摩擦因數(shù)，從而限制冰壺的滑行距離．如圖，在2024年北京冬奧會上，已知從冰壺的投擲點到“大本營”中心的距離為40m，“大本營”的直徑為3.66m．在某次競賽中，質(zhì)量為19kg的冰壺被推出后，做初速度為4m/s的勻減速直線運動，在它停下的最終1s內(nèi)位移為0.1m．(g＝10m/s2，冰壺可看成質(zhì)點)求：(1)冰壺與冰面之間的摩擦力；(2)30s內(nèi)冰壺的位移大小．5．牛頓運動定律的應(yīng)用必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、加速度所受合力質(zhì)量所受的合力二、牛頓其次定律運動學(xué)情境思索：提示：首先分析小孩的受力，利用牛頓其次定律求出其下滑的加速度，然后依據(jù)公式v2＝2ax和x＝12at2即可求得小孩滑究竟端的速度和須要三、運動學(xué)牛頓其次定律情境思索：提示：輪胎不行能離開地面．關(guān)鍵實力·合作探究探究點一【例1】【解析】(1)以冰車及小明為探討對象，由牛頓其次定律得F－μmg＝ma1①vm＝a1t②由①②得vm＝5m/s.(2)冰車勻加速運動過程中有x1＝12a1t2冰車自由滑行時有μmg＝ma2④vm2＝2a2x又x＝x1＋x2⑥由③④⑤⑥得x＝50m.【答案】(1)5m/s(2)50m遷移拓展1解析：撤去推力后，冰車在摩擦力作用下做勻減速直線運動，最終速度為0由運動學(xué)公式：0＝vm－a2t′解得t′＝10s，所以t總＝t＋t′＝20s.答案：20s遷移拓展2解析：由運動學(xué)公式得v′m＝a1t1解得v′m＝2.5m/s停止施加力，冰車做勻減速直線運動由牛頓其次定律得μmg＝ma2又0＝v′m－a2t″，解得t″＝5s.答案：5s針對訓(xùn)練1解析：(1)人(含滑板)在斜坡上受力如圖甲所示，建立如圖所示的坐標系，設(shè)人(含滑板)在斜坡上滑下的加速度為a1，由牛頓其次定律得mgsinθ－Ff1＝ma1，F(xiàn)N1－mgcosθ＝0，由摩擦力計算公式得Ff1＝μFN1，聯(lián)立解得a1＝2m/s2.(2)人(含滑板)在水平滑道上受力如圖乙所示，由牛頓其次定律得Ff2＝ma2，F(xiàn)N2－mg＝0由摩擦力計算公式得Ff2＝μFN2，聯(lián)立解得人(含滑板)在水平滑道上運動的加速度大小為a2＝5m/s2設(shè)人(含滑板)從斜坡上滑下的距離為LAB，對AB段和BC段分別由勻變速直線運動的公式得vB2－0＝2a1聯(lián)立解得LAB＝50m.答案：(1)2m/s2(2)50m探究點二提示：(1)雨滴在屋頂上做勻加速直線運動，要求雨滴盡快淌離房頂，也就是運動時間最短，依據(jù)運動學(xué)公式可表示出雨滴的加速度，再利用牛頓其次定律表示出加速度，進而可確定屋頂?shù)钠露龋?2)設(shè)屋檐的底角為θ，底邊長為2L，雨滴做初速度為零的勻加速直線運動，位移大小x＝12at2，而x＝Lcosθ，依據(jù)牛頓其次定律得加速度a＝gsinθ，聯(lián)立以上各式得t＝4Lgsin2θ.當【例2】【解析】(1)汽車起先做勻加速直線運動，則x0＝v0+0解得v0＝2x(2)汽車滑行減速過程中加速度a2＝0?v0t由牛頓其次定律得－Ff＝ma2，解得Ff＝4×103N.(3)起先加速過程