4.5牛顿运动定律的应用2023-2024学年高一物理 （ 人教版2019必修第一册）（原卷版） .docx

1、4.5 牛顿运动定律的应用学习目标课程标准学习目标1能通过分析物体的受力情况，确定物体的运动情况，能通过物体的运动情况确定物体的受力情况。2能根据力与运动的关系，联系牛顿运动定律和运动学知识，分析求解有关动力学问题。3掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。1、能用牛顿运动定律解决两类主要问题：已知物体的受力情况确定物体的运动情况、已知物体的运动情况确定物体的受力情况。2、掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法，即首先对研究对象进行受力和运动情况分析，然后用牛顿运动定律把二者联系起来。3、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。02预习导学（一）

2、课前研读课本，梳理基础知识：一、从受力确定运动情况1牛顿第二定律确定了 和 的关系，使我们能够把物体的运动情况和受力情况联系起来。2如果已知物体的受力情况，可以由 求出物体的加速度，再通过运 确定物体的运动情况。二、从运动情况确定受力如果已知物体的运动情况，根据 求出物体的加速度，再根据 求出力。（二）即时练习：【小试牛刀1】某次踢毽子的过程中，毽子离开脚后，恰好沿竖直方向向上运动，到达最高点后又向下落回。毽子在运动过程中受到的空气阻力不可忽略。下列说法中正确的是 ( )A.毽子从最高点下落的过程中做自由落体运动B.毽子离开脚后，向上运动的时间比下落的时间短C.毽子离开脚后，在向上运动的过程中

3、，它的速度先变大后变小D.在毽子与脚相互作用的过程中，毽子对脚的作用力小于脚对毽子的作用力 【小试牛刀2】用30 N的水平外力F，拉一个静止在光滑水平面上的质量为20 kg的物体，力F作用3 s后消失.则第5 s末物体的速度和加速度大小分别是()A.v4.5 m/s，a1.5 m/s2 B.v7.5 m/s，a1.5 m/s2C.v4.5 m/s，a0 D.v7.5 m/s，a0 【小试牛刀3】如图所示，质量为m3 kg的木块放在倾角为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t2 s时间木块沿斜面上升4 m的距离

4、，则推力F的大小为(g取10 m/s2)()A.42 N B.6 N C.21 N D.36 N 03探究提升【问题探究1】从受力确定运动情况基本思路:牛顿第二定律确定了运动和力的关系，把物体的运动情况与受力情况联系起来：如果已知物体的受力情况，可以由牛顿第二定律求出物体的加速度，再通过运动学规律确定物体的运动情况【典型例题1】在交通事故的分析中，刹车线的长度是很重要的依据，刹车线是汽车刹车后，停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹。在某次交通事故中，汽车的刹车线长度是14 m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7，g取10 m/s2，则汽车刹车前的速度大小为 ( )A.7 m/

5、sB.14 m/sC.10 m/sD.20 m/s 【典型例题2】如图所示，质量m2 kg的物体静止在水平地面上，物体与水平面间的滑动摩擦力大小等于它们间弹力的0.25倍，现对物体施加一个大小F8 N、与水平方向成37角斜向上的拉力，已知sin 370.6，cos 370.8，g取10 m/s2.求： (1)画出物体的受力图，并求出物体的加速度；(2)物体在拉力作用下5 s末的速度大小；(3)物体在拉力作用下5 s内通过的位移大小.【对点训练1】质量为3 kg的物体，静止于水平地面上，在10 N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4 N。则下列说法不正确的是

6、 ( )A.物体的加速度大小为2 m/s2B.物体在3 s末的速度大小为6 m/sC.物体在03 s内发生的位移大小为15 mD.物体在3 s内的平均速度为3 m/s【对点训练2】如图所示，质量为40 kg的雪橇(包括人)在与水平方向成37角、大小为200 N的拉力F作用下，沿水平面由静止开始运动，经过2 s撤去拉力F，雪橇与地面间的动摩擦因数为0.2。取g=10 m/s2，cos 37=0.8，sin 37=0.6。求：(1)刚撤去拉力时雪橇的速度v的大小；(2)撤去拉力后雪橇能继续滑行的距离x。【问题探究2】从运动情况确定受力基本思路:如果已知物体的运动情况，根据运动学规律求出物体的加速度

7、，结合受力分析，结合受力分析，再根据牛顿第二定律求出力【典型例题3】现在大型室外活动通常用无人机进行航拍。如图所示，一质量m=2.0 kg的无人机在操作员的操控下由静止开始竖直向上匀加速运动2 s，然后又匀速向上运动3 s，接着匀减速向上运动4 s速度恰好为零，之后悬停进行航拍。已知无人机上升过程中的最大速度为vm=4 m/s，受到的空气阻力恒为f=1 N，重力加速度大小g=10 m/s2，则 ( )A.无人机上升的第一个阶段，受到向上的作用力大小是25 NB.无人机上升的第二个阶段，受到向上的作用力大小是20 NC.无人机上升的第三个阶段，受到向上的作用力大小是18 ND.无人机上升的总高度

8、为32 m 【典型例题4】一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动，4 s内通过8 m的距离，此后关闭发动机，汽车又运动了2 s停止，已知汽车的质量m2103 kg，汽车运动过程中所受阻力大小不变，求：(1)关闭发动机时汽车的速度大小；(2)汽车运动过程中所受到的阻力大小；(3)汽车牵引力的大小.【对点训练3】如图甲所示，在粗糙的水平面上，物块A在水平向右的外力F作用下做直线运动，其v-t图像如图乙中实线所示，下列判断正确的是 ( )A.在01 s内，外力F不断增大B.在13 s内，外力F的大小为零C.在34 s内，外力F的大小不断增大D.在34 s内，外力F的大小不断减小 【对点训练4

9、】某游乐园的“跳楼机”游戏，以惊险刺激深受年轻人的欢迎。某次游戏中，质量为m=50 kg的小明同学坐在载人平台上，并系好安全带、锁好安全杆。游戏的过程简化为巨型升降机将平台拉升100 m高度，然后平台由静止开始下落，在忽略空气和台架对平台阻力的情况下，该运动可近似看作自由落体运动。在下落h1=80 m时启动制动系统使平台开始做匀减速直线运动，再下落h2=20 m时刚好停止运动。取g=10 m/s2，求：(1)下落的过程中小明运动速度的最大值vm；(2)落地前20 m内，小明做匀减速直线运动的加速度a的大小；(3)当平台落到离地面10 m高的位置时，小明对平台的压力F的大小。【问题探究3】连接体

10、问题多个相互关联的物体连接(叠放、并排或由绳子、细杆、弹簧等联系)在一起构成的物体系统称为连接体。连接体一般(含弹簧的系统，系统稳定时)具有相同的运动情况(速度、加速度)解题思路：（1）同一方向的连接体问题：这类问题通常具有相同的加速度，解题时一般采用先整体后隔离的方法（2）不同方向的连接体问题：由跨过定滑轮的绳相连的两个物体，不在同一直线上运动，加速度大小相等，但方向不同，也可采用整体法或隔离法求解（3）共速连接体，一般采用先整体后隔离的方法；关联速度连接体一般分别对两物体受力分析，分别应用牛顿第二定律列出方程，联立方程求解【典型例题5】(多选)如图所示，质量分别为mA、mB的A、B两物块紧

11、靠在一起放在倾角为的斜面上，两物块与斜面间的动摩擦因数相同，用始终平行于斜面向上的恒力F推A，使它们沿斜面向上匀加速运动，为了增大A、B间的压力，可行的办法是()A.增大推力F B.减小倾角C.减小B的质量 D.减小A的质量【典型例题6】如图所示，足够长的倾角37的光滑斜面体固定在水平地面上，一根轻绳跨过定滑轮，一端与质量为m11 kg的物块A连接，另一端与质量为m23 kg的物块B连接，绳与斜面保持平行开始时，用手按住A，使B悬于空中，释放后，在B落地之前，下列说法正确的是(所有摩擦均忽略不计，不计空气阻力，sin 370.6，cos 370.8，g取10 m/s2)()A绳的拉力大小为30

12、 NB绳的拉力大小为6 NC物块B的加速度大小为6 m/s2D如果将B物块换成一个竖直向下大小为30 N的力，对物块A的运动没有影响【对点训练5】如图所示，物体A、B用不可伸长的轻绳连接，在竖直向上的恒力F作用下一起向上做匀加速运动，已知mA10 kg，mB20 kg，F600 N，求此时轻绳对物体B的拉力大小(g取10 m/s2).【对点训练6】如图所示，装有支架的质量为M(包括支架的质量)的小车放在光滑水平地面上，支架上用细线拖着质量为m的小球，当小车在光滑水平地面上向左匀加速运动时，稳定后细线与竖直方向的夹角为.重力加速度为g，求小车所受牵引力的大小.【问题探究4】多过程问题的分析与求解

13、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.联系点：前一过程的末速度是后一过程的初速度，另外还有位移关系、时间关系等.多过程问题的分析方法(1)分析每个过程的受力情况和运动情况，根据每个过程的受力特点和运动特点确定解题方法(正交分解法或合成法)及选取合适的运动学公式.(2)注意前后过程物理量之间的关系：时间关系、位移关系及速度关系.注意：由于不同过程中力发生了变化，所以加速度也会发生变化，所以对每一过程都要分别进行受力分析，分别求加速度.【典型例题7】航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m2 kg，动

14、力系统提供的恒定升力F132 N，试飞时飞行器从地面由静止开始竖直上升.设飞行器飞行时所受的空气阻力大小恒为f4 N，飞行器上升9 s后由于出现故障而失去升力，出现故障9 s后恢复升力但升力变为F216 N，取重力加速度大小g10 m/s2，假设飞行器只在竖直方向运动.求：(1)飞行器9 s末的速度大小v1；(2)飞行器018 s内离地面的最大高度H；(3)飞行器落回地面的速度大小v2.【典型例题8】如图所示，一质量为的小型遥控无人机，在恒定升力的作用下竖直起飞，经过后，无人机达到最大速度，改变升力，此后无人机匀速上升。假设无人机竖直飞行时所受的阻力大小不变，重力加速度取。则该无人机（）A起飞

15、时的加速度大小为B在竖直上升过程中所受阻力的大小的C竖直向上加速阶段位移大小为D上升至离地面处所需的最短时间为【对点训练7】如图所示，一个质量m=1kg的物块，在拉力F=5N作用下，丛静止开始沿水平面做匀加速直线运动，拉力方向与水平方向成角，=37，物块与水平面之间的动摩擦因数=0.5，取重力加速度为g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8（1）作出物块的受力分析图；（2）求物块运动的加速度大小；（3）物块从静止开始运动时间t=10s后撤去F，求物块还能运动多远。 【对点训练8】如图所示的大楼内有2部电梯为观景台使用，其上行最高速率可达16m/s，从1楼到89楼的室内观景台，只

16、需39s，在观景台上可以俯瞰周边全景。若电梯从地面到观景台经历匀加速、匀速和匀减速三个过程，小明对这个运动过程很感兴趣，于是他在电梯里进行了实验，发现在电梯加速上升时，质量为60kg的他站在台秤上，台秤的示数是66kg，已知重力加速度取10m/s2。（1）求电梯在加速上升阶段的加速度大小和加速时间；（2）若加速和减速阶段的加速度大小相等，则求在电梯减速上升阶段小明对电梯的压力；（3）若加速和减速阶段的加速度大小相等，则求观景台的高度。 04体系构建 05记忆清单1、解决两类动力学基本问题的关键两类分析物体的受力分析和物体的运动过程分析。一个“桥梁”物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁.两类动力

17、学基本问题都涉及加速度，因此加速度在解决动力学问题中起到关键作用。2、应用牛顿运动定律时的注意事项（1）若物体做直线运动，一般将力沿运动方向和垂直于运动方向进行分解；若求加速度，一般要沿加速度方向分解力；若求某一个力，可沿该力的方向分解加速度。（2）物体的受力情况与运动状态有关，所以受力分析和运动分析往往同时考虑，交叉进行，作受力分析图时，把所受的外力画到物体上的同时，速度和加速度的方向也可以标在图中。3.处理连接体问题的常用方法类型一:连接体的各部分加速度相同;不涉及物体之间的相互作用力，求连接体的加速度或合外力。方法:整体法。整体法是把几个物体视为一个整体，作为研究对象进行受力分析和运动分

18、析。整体法的优点是研究对象少，未知量少,方程少,求解简单。类型二:当各部分加速度不同时，一般采用隔离法； 在分析连接体内各物体(或一个物体的各个部分)间的相互作用力时必须用隔离法.方法:隔离法。将要分析的物体从连接体中隔离出来，作为研究对象进行受力分析。将物体间的内力转化为外力。优点是容易得出单个物体的受力情况。整体法求加速度，隔离法求相互作用力。求内力，先整体，后隔离;求外力，先隔离，后整体。0601强化训练1一物块静止在粗糙的水平桌面上从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平拉力作用假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力以a表示物块的加速度大小，F表示水平拉力的大小能正确描述F与a之间

19、的关系的图象是() 2.某地g取10m/s2，火箭在运动时不计空气阻力，竖直起飞的火箭在推力F的作用下产生10m/s2的加速度，若推力增大到2F，则火箭的加速度将达到（）A20m/s2B25m/s2C30m/s2D40m/s23（多选）一个静止在水平面上的物体质量为2 kg，在水平向右的5 N的拉力作用下滑行，物体与水平面间的滑动摩擦力为2 N，4 s后撤去拉力，则（）A物体在4 s末的速度为6 m/sB物体在4 s末的速度为10 m/sC物体滑行的时间为6 sD物体滑行的时间为10 s4用一水平力F拉静止在水平面上的物体，在外力F从零开始逐渐增大的过程中，物体的加速度a随外力F变化的关系如图

20、所示，g取10 m/s。则下列说法错误的是（）A物体与水平面间的滑动摩擦力为7NB物体的质量为2kgC物体与水平面间的动摩擦因数为0.3D当F为5N时，物体受到水平面的作用力大小为5如图所示，两根直棍AB和CD相互平行，斜靠在竖直壁上固定不动，一根水泥圆筒从木棍的上部匀速滑下，若持两个木棍的倾角不变，将两棍间的距离减小后（）A仍匀速滑下B匀加速滑下C可能静止D一定静止6（多选）如图甲所示，物块的质量m=1kg，初速度v0=10m/s，在一水平向左的恒力F作用下从O点沿粗糙的水平面向右运动，某时刻后恒力F突然反向，整个过程中物块速度的平方随位置坐标变化的关系图像如图乙所示，g取10m/s2。下列

21、说法正确的是（）A2s末到3s末物块做匀减速运动B在t=1s时刻，恒力F反向C物块与水平面间的动摩擦因数为0.3D恒力F大小为10N7.（多选）如图甲，一个物块放在水平面上，在两个恒力作用下做匀速直线运动。时刻，其中某个力发生变化，大小随时间的变化关系如图乙所示，在时间内（）A若变化的是，物块运动的加速度可能均匀减小B若变化的是，地面对物块的摩擦力可能先不变后均匀减小C若变化的是，物块可能做匀加速直线运动D若变化的是，地面对物块的摩擦力可能均匀减小8.如图，质量为M的大圆环中间有一立柱，其上串着一个质量为m的球，球和立柱间有摩擦力。下列说法正确的是（）A小球在立柱上端由静止释放，若加速下滑，则

22、地面对大圆环的支持力大于B小球在立柱上以一定的速度向下运动，若减速下滑，则地面对大圆环的支持力小于C小球在立柱上以一定的速度向上运动，当初速度足够大时，小球就能通过力将大圆环托离地面D小球在立柱上以一定的速度向上运动，当加速度足够大时，小球就能通过力将大圆环托离地面9如图，汽车沿水平面向右做匀变速直线运动，小球A用细线悬挂车顶上，质量为m的一位中学生手握扶杆，始终相对于汽车静止地站在车箱底板上，学生鞋底与汽车间的动摩擦因数为。若某时刻观察到细线偏离竖直方向角，则此刻汽车对学生产生的作用力的大小和方向为（）Amg，竖直向上B，斜向左上方Cmgtan，水平向右Dmgsin，斜向右上方10如图所示，

23、A、B两个木块靠在一起放在光滑的水平面上，已知，第一次用水平力F从左边推动两木块一起运动，此时它们的加速度为a1，A、B间弹力为N1，第二次将水平力F反向，大小不变，从右边推动两木块一起运动，此时它们的加速度为a2，A、B间弹力为N2，则（）ABCD11如图所示，两个质量分别为、的物体置于光滑的水平面上，中间用轻质弹簧秤连接。两个大小分别为、的水平拉力分别作用在、上，则（）A弹簧秤的示数是10 NB弹簧秤的示数是26 NC在突然撤去的瞬间，的加速度为D在突然撤去的瞬间，的加速度为12某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的空间和安全考虑，滑梯的竖直高度确定为2.4m。设计时，滑板和儿童裤料之间

24、的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯水平跨度要满足什么条件？13.如图所示，一质量的物体放在水平地面上，作用在物体上的拉力与水平面成，当时物体恰好做匀速直线运动，（，g=10m/s2）。求：（1）物体与水平面的动摩擦因数；（2）当力增大为时，物体运动的加速度；（3）物体沿水平面运动的最大加速度。14.如图甲所示，一物块在水平外力的作用下在粗糙水平地面上做匀速直线运动，在时刻撤去外力，物块做匀减速运动后停下，其位移时间图像如图乙所示。已知物块的质量，重力加速度g取，求：（1）物块与地面间的动摩擦因数；（2）物块匀速运动时的速度大小。15.如图所示，水平面上放有质量均为m

25、=1kg的物块A和B（均视为质点），A、B与地面的动摩擦因数分别为和，相距l=3.5m现给物块A一初速度使之向物块B运动，与此同时给物块B一个F=4N水平向右的力使其由静止开始运动，经过一段时间A恰好能追上B。求：（1）物块B运动的加速度大小；（2）物块A初速度大小。16滑雪是很多人喜欢的运动项目，通过雪地输送带将滑雪者送到山坡雪道顶端，如图1所示。如图2所示，ABC为一简化的雪道模型，AB段为长倾角的山坡雪道，BC段为水平雪道，AB与BC平滑相连。一位质量（含装备）的滑雪者从山坡雪道顶端A处从静止开始自由滑下，到达底端后进入水平雪道。已知雪橇与水平雪道和山坡雪道之间的动摩擦因数均为，忽略空气

26、阻力，g取，。（1）如果滑雪者没有任何助力动作。求：滑雪者在山坡雪道下滑时的加速度大小；为了使滑雪者利用雪橇与雪道间的摩擦停下来，水平雪道BC的长度x至少为多长；（2）为了能较快的停下，滑雪者在滑到山坡雪道上的P点时，开始通过调整身体的动作来增加阻力直到B点，进入水平雪道后不再增加阻力。若滑雪者在山坡雪道上增加的阻力为人对雪道压力的倍，进入水平雪道后经停下，求滑雪者开始调整身体动作的位置P与B的距离17.我国自主研制的新一代航空母舰正在建造中。设航母中舰载飞机获得的升力大小F可用Fkv2表示，其中k为比例常数；v是飞机在平直跑道上的滑行速度，F与飞机所受重力相等时的v称为飞机的起飞离地速度，已知舰载飞机空载质量为1.69103 kg时，起飞离地速度为78 m/s，装载弹药后质量为2.56103 kg。(1)求飞机装载弹药后的起飞离地速度；(2)飞机装载弹药后，从静止开始在水平甲板上匀加速滑行180 m后起飞，求飞机在滑行过程中所用的时间和飞机水平方向所受的合力大小(结果保留3位有效数字)。