单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2024-4-22,#,第,5,节牛顿运动定律的应用,核心素养点击,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,(1),理解加速度是联系力和运动的桥梁,(2),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,一、牛顿第二定律的作用,1,填一填,牛顿第二定律确定了运动和,的,关系，把物体的运动情况与,情况联系起来。,2,选一选,质量为,m,的物体，放在粗糙的水平地面上，受到一个水平方向的恒力,F,的作用而运动，在运动中，物体加速度,a,的大,小,(,),A,和物体的运动速度有关,B,和物体与地面间的动摩擦因数无关,C,和物体运动的时间无关,D,和恒力,F,成正比,力,受力,答案：,C,二、动力学的两类基本问题,1,填一填,(1),从受力确定运动情况：如果已知物体的受力情况，可以由,求出物体的,，再通过,的规律确定物体的运动情况。,(2),从运动情况确定受力：如果已知物体的运动情况，根据,规律求出物体的,，结合受力分析，再根据,求出力,。,2,判一判,(1),根据所受合外力的方向可以确定物体加速度的方向,。,(),(2),根据物体加速度的方向可以判断物体受到的每个力的方向,。,(),(3),物体运动状态的变化情况是由它的受力决定的,。,(,),(4),只要知道物体受力情况就能确定物体的运动性质,。,(),牛顿第二定,律,加速,度,运动,学,运动,学,加速,度,牛顿第二定律,3,选一选,(1),物体放在光滑水平面上，在水平恒力,F,作用下由静止开始运动，经时间,t,通过的位移是,x,。如果水平恒力变为,2,F,，物体仍由静止开始运动，经时间,2,t,通过的位,移是,(,),A,x,B,2,x,C,4,x,D,8,x,答案：,D,(2),行车过程中，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，为了尽可能地减轻碰撞所引起的伤害，人们设计了安全带。假定乘客质量为,70 kg,，汽车车速为,90 km/h,，从踩下刹车到车完全停止需要的时间为,5 s,，安全带对乘客的平均作用力大小约为,(,不计人与座椅间的摩擦，刹车过程可看成匀减速直线运动,)(,),A,450 N B,400 N,C,350 N D,300 N,答案：,C,主题探究,(,一,),根据物体的受力情况确定运动情,况,【重难释解】,解答该类问题的一般步骤：,(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，求出物体所受的合外力。,(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,v,0,),，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,x,等。,典例,1,质量为,m,2 kg,的物体静止在水平地面上，物体与水平地面之间的动摩擦因数为,0.5,。现在对物体施加如图所示的力,F,，,F,10 N,，,37,，且,sin 37,0.6,。经,t,10 s,后撤去力,F,，再经一段时间，物体静止，,g,取,10 m/s,2,。求：,(1),物体运动过程中的最大速度。,(2),物体运动的总位移,。,解析,(1),撤去力,F,前，对物体进行受力分析，如图甲所示，则有,F,sin,F,N,mg,，,F,cos,F,f,ma,1,，,又,F,f,F,N,，,联立以上各式解得,a,1,0.5 m/s,2,，,物体在,t,10 s,撤去力,F,时速度最大，,v,a,1,t,5 m/s,答案,(1)5 m/s,(2)27.5 m,【素养训练,】,1,如,图，将光滑长平板的下端置于铁架台,水平底座,上的挡板,P,处，,上,部架在横杆上。横杆的位置可在竖直杆,上,调,节，使得平,板,与,底座之间的夹角,可变。将小物块由平板,与竖,直杆交,点,Q,处,静,止释放，物块沿平板从,Q,点滑至,P,点所用的,时间,t,与夹角,的,大,小有关。若由,30,逐渐增大至,60,，物块的下滑时间,t,将,(,),A,逐渐增大,B,逐渐减小,C,先增大后减小,D,先减小后增,大,答案,：,D,答案：,19.6 s,966.05 m,2,如图所示，,ACD,是一滑雪场示意图，其中,AC,是长,L,8 m,、倾角,37,的,斜坡，,CD,段是与斜坡平滑连接的水平面。人从,A,点由静止下滑，,经,过,C,点时速度大小不变，又在水平面上滑行一段距离后停下。人与接触面间的动摩擦因数均为,0.25,，不计空气阻力，取,g,10 m/s,2,，,sin 37,0.6,，,cos 37,0.8,，求：,(1),人从斜坡顶端,A,滑至底端,C,所用的时间。,(2),人在经过,C,点后滑行的距离。,解析：,(1),人在斜坡上下滑时，受力分析如图所示。,设人沿斜坡下滑的加速度为,a,，沿斜坡方向，由牛顿第,二定律得,mg,sin,F,f,ma,，,F,f,F,N,，,垂直于斜坡方向有,F,N,mg,cos,0,，,答案：,(1)2 s,(2)12.8 m,主题探究,(,二,),根据物体的运动情况确定受力情况,【重难释解】,解答该类问题的一般步骤,：,(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，求物体所受的合外力。,(4),根据力的合成法或正交分解法，由合外力求出待求力或与力有关的量。,典例,2,在科技创新活动中，小华同学根据磁铁同性相斥原理设计了用机器人操作的磁力运输车,(,如图甲所示,),。在光滑水平面,AB,上,(,如图乙所示,),，机器人用大小不变的电磁力,F,推动质量为,m,1 kg,的小滑块从,A,点由静止开始做匀加速直线运动。小滑块到达,B,点时机器人撤去电磁力,F,，小滑块冲上光滑斜面,(,设经过,B,点前后速率不变,),，最高能到达,C,点。,机器人用速度传感器测量小滑块在,ABC,运动过程的瞬时速度大小并记录如下。求,：,(1),机器人对小滑块作用力,F,的大小；,(2),斜面的倾角,的大小,。,解题指导,(1),根据表格中的数据求出小滑块在水平面、斜面上的加速度。,(2),对小滑块在水平面和斜面上运动过程进行受力分析，由牛顿第二定律求,F,、,的大小。,t,/s,0,0.2,0.4,2.2,2.4,2.6,v,/(ms,1,),0,0.4,0.8,3.0,2.0,1.0,答案,(1)2 N,(2)30,分析动力学两类问题的思维程序,【素养训练,】,1,(2022,北京高考,),如图所示，质量为,m,的物块在倾角为,的斜面上加速下滑，物块与斜面间的动摩擦因数为,。下列说法正确的,是,(,),A,斜面对物块的支持力大小为,mg,sin,B,斜面对物块的摩擦力大小为,mg,cos,C,斜面对物块作用力的合力大小为,mg,D,物块所受的合力大小为,mg,sin,答案：,B,2,M99,是我国生产的性能先进、精度高、射程远的半自动狙击,步枪。,M99,的枪管长度为,1.48 m,。射击时，在火药的推力下,，子弹,在,枪,管,中由静止开始匀加速运动；射出枪口时，子弹的速度为,800 m/s,。,已,知子弹的质量为,50 g,，求：,(1),子弹在枪管中加速度,a,的大小；,(2),子弹在枪管中受到的合力的大小。,(,结果均保留两位有效数字,),解析：,(1),由于子弹在枪管中做匀加速直线运动，根据速度位移关系式得：,v,2,v,0,2,2,ax,，,代入数据解得：,a,2,.2,10,5,m/s,2,。,(2),根据牛顿第二定律得：,F,ma,，,代入数据解得,F,1.,1,10,4,N,。,答案：,(1)2,.2,10,5,m/s,2,(2)1.1,10,4,N,主题探究,(,三,),动力学中的多过程问题,【重难释解】,解决动力学中的多过程问题的基本思路：,(1),要明确整个过程由几个子过程组成，将过程合理分段。,(2),对每一过程都要分别进行受力分析和运动情况分析。,(3),明确相邻过程的转折状态，转折状态的有关各量是联系两个过程的纽带。比如：,前一过程的末速度是后一过程的初速度；,两个过程的时间关系、位移关系等。,【素养训练】,1,一质量为,m,1 kg,的物体在水平恒力,F,作用下水平运动，,1 s,末撤,去恒,力,F,，其,v,-,t,图像如图所示，则恒力,F,和物体所受阻力,f,的大小是,(,),A,F,8 N,B,F,9 N,C,f,2 N D,f,6 N,答案：,B,2,研究表明，一般人的刹车反应时间,(,即图甲中,“,反应过程,”,所用时间,),t,0,0.4 s,，但饮酒会导致反应时间延长。在某次试验中，志愿者少量饮酒后驾车以,v,0,72 km,/h,的速度在试验场的水平路面上匀速行驶，从发现情况到汽车停止，行驶距离,L,39 m,。减速过程中汽车位移,x,与速度,v,的关系曲线如图乙所示，此过程可视为匀变速直线运动。取重力加速度,g,10 m/,s,2,。求：,(1),减速过程汽车加速度的大小及所用时间；,(2),饮酒使志愿者的反应时间比一般人增加了多少；,(3),减速过程汽车对志愿者作用力的大小与志愿者重力大小的比值。,(2),设志愿者反应时间为,t,，反应时间的增加量为,t,，由运动学公式得,L,v,0,t,x,，,t,t,t,0,，,联立式，代入数据得,t,0.3 s,。,一、培养创新意识和创新思维,谁,“,推动,”,了苹,果,选自鲁科版新教材,“,拓展一步,”,生,活中常会出现这样的情景：在匀速行驶的火车上，较光滑,桌,面上的苹果保持静止，但当火车加速时，桌面上的苹果却动,起,来,了,(,如图,),。牛顿运动定律告诉我们：力是改变物体运动状态,的,原,因。此时苹果在水平方向的合外力为,0,，为什么苹果获得加速度动起来了呢？这与牛顿运动定律似乎矛盾了。,提示：,牛顿运动定律是否成立，还与参考系的选择有关。人们将牛顿运动定律在其中成立的参考系称为惯性参考系，简称惯性系；牛顿运动定律在其中不成立的参考系则称为非惯性系。在研究地面物体的运动时，一般将地面视为惯性系，相对地面做匀速直线运动的其他参考系也可视为惯性系。若选车厢为参考系，当火车匀速行驶时，车厢是惯性系，所以苹果保持静止；当火车加速时，车厢则是非惯性系，此时牛顿运动定律不成立。其实，在非惯性系中，需要引入,“,惯性力,”,来修正牛顿运动定律，修正后的牛顿运动定律既适用于惯性系，也适用于非惯性系。火车加速时，车厢中的苹果从非惯性系车厢中看就是被惯性力,“,推动,”,的。,二、注重学以致用和思维建模,1,如图所示，一名消防队员在模拟演习训练中，沿着长为,12 m,的,竖,立在地面上的钢管下滑。已知这名消防队员的质量为,60 kg,，,他,从钢管顶端由静止开始先匀加速再匀减速下滑，滑到地面,时,速,度恰好为,0,。如果他加速时的加速度大小是减速时的,2,倍，,下,滑,的总时间为,3 s,，,g,取,10 m/s,2,，那么该消防队,员,(,),A,下滑过程中的最大速度为,4 m/s,B,加速与减速过程中所受摩擦力大小之比为,1,7,C,加速与减速过程的位移之比为,1,4,D,加速与减速过程的时间之比为,2,1,答案,：,B,2,我国第一艘国产航母,“,山东舰,”,沿用了舰载机滑跃起飞方式，即飞机依靠自身发动机从静止开始到滑跃起飞，滑跃仰角为,。其起飞跑道可视为由长度,L,1,180 m,的水平跑道和长度,L,2,20 m,倾斜跑道两部分组成，水平跑道和倾斜跑道末端的高度差,h,2 m