第15讲 牛顿第二定律应用 学案-2022学初高中无缝衔接（人教版2019）

2022年暑期初高中无缝衔接 第十五讲 牛顿第二定律应用 【学习目标】 1. 进一步感知理解牛顿第二定律． 2. 会用牛顿第二定律解决一些简单的物理问题． 【新知探究】 探究一：航天飞跃，太空授课教你如何测质量 1. 2021年4月24日，是第六个“中国航天日”。“天和”号空间站核心舱又在4月29日发射升空，为新中国的航天事业发展史再写下浓墨重彩的一笔。新中国的航天事业发展史，是一部从“一穷二白”到“硕果累累”的创业史，也是一部“历经苦难、厚积薄发”的奋斗史。 北京时间2013年6月20日10时，我国的航天员在天宫一号空间实验室进行了太空授课，演示了包括质量测定在内的一系列实验。图1 例1.质量的测定是通过舱壁上打开的一个支架形状的质量测试仪完成的。测量时，航天员把自己固定在支架的一端，另外一名航天员将支架拉开到指定的位置。松手后，支架拉着航天员从静止返回到舱壁（如图1所示）。支架能够产生一个恒定的拉力F；用光栅测速装置能够测量出支架恢复的速度v和时间t，从而计算出加速度a，这样就能够计算航天员的质量m。请尝试设计一种太空中测量质量的方法。 问题1：太空中可以用天平测质量吗？ 问题2：已知光栅测速装置测出了速度v和时间t，如何计算加速度a? 问题3：被测宇航员受到哪些力的作用？请写出宇航员质量的表达式。 问题4：若已知支架恢复的速度v和支架恢复到原位所经过的位移大小为x，质量的表达式又如何？ 探究二：谁滑得远，根据受力情况确定运动情况 如果知道物体的受力情况，可根据牛顿第二定律求出加速度，再结合初始条件，根据运动学公式可确定物体的运动情况．图2 例2.如图2所示，运动员把冰壶沿水平冰面投出，让冰壶在冰面上自由滑行，在不与其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按比赛规则，投掷冰壶运动员的队友，可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面，减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动。 （1）运动员以3.4m/s的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g取10m/s2。 （2）若运动员仍以3.4m/s的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行10m后开始在其滑行前方摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的90%，冰壶多滑行了多少距离？ 问题5：常用的匀变速运动学公式有哪些？ 问题6：解决匀变速运动的关键参量是什么？在此情景是中你如何解决这个关键量？ 问题7：你能说出下雨天行车应降低车速的理由吗？ 探究三：巧求受力，根据运动情况确定受力情况 如果已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的力．图3 例3.如图3所示，一位滑雪者，人与装备的总质量为75kg，以2m/s的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为30°，在5s的时间内滑下的路程为60m。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），g取10m/s2 问题8：此类问题与例2情景的求解有何不同？ 问题9：你能归纳总结这两类问题的解题思路吗？ 【深化提高】 1．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引起的伤害，人们设计了安全带。若乘客质量为70 kg，汽车车速为25 m/s，从踩下刹车到完全停止需要的时间为 5 s，在刹车过程中安全带对乘客的作用力大小约为(不计乘客与座椅间的摩擦) A．450 N B．400 N C．350 N D．300 N 2. 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为( ) A. 7 m/s B. 14 m/s C. 10 m/s D. 20 m/s 3．如图4所示，某高速列车最大运行速度可达75 m/s 机车持续牵引力为1.57×105N.设列车总质量为100 t，列车所受阻力为所受重力的0.1倍，如果列车在该持续牵引力牵引下做匀加速直线运动，那么列车从开始启动到达到最大运行速度共需要多长时间？(g取10 m/s2)图4 4．我国的“歼十”战机在各项军事演习中表现优异，引起了世界的广泛关注．如图5所示，一架质量m＝5.0×103 kg的“歼十”战机，从静止开始在机场的跑道上滑行，经过距离x＝5.0×102 m，达到起飞速度v＝60 m/s.在这个过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍．求飞机滑行时受到的牵引力多大？(g取10 m/s2)图5 5.如图6所示，质量为40 kg的雪橇(包括人)在与水平方向成37°