第四章 第5节 牛顿运动定律的应用（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修 第一册（人教版2019）

第5节　牛顿运动定律的应用 科学思维 科学态度与责任 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。 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。 [对应学生用书P113] 牛顿运动定律 ↓ 牛顿第二定律是三者统一体的核心；牛顿第一定律是其基础；牛顿第三定律是统一体不可缺少的补充。 1．牛顿第二定律的作用：牛顿第二定律确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的运动情况与受力情况联系起来。 2．动力学的两类基本问题 (1)从受力确定运动情况：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，可以根据运动学规律求出物体的加速度， 　　　　　　　 　↓ v＝v0＋at；x＝v0t＋；v2－v02＝2ax 结合受力分析，再根据牛顿第二定律求出力。 (物理与体育)滑雪运动是运动员把滑雪板装在靴底在雪地上进行速度、跳跃和滑降的竞赛运动，高山滑雪由滑降、小回转和大回转(障碍滑雪)组成。如图所示的是一滑雪运动员从高山滑下，判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)滑雪运动员从山坡上滑下的过程中，其运动状态与受力情况无关。(　　×　　) (2)下滑过程中，根据运动员的加速度方向，可判断他受到的每个力的方向。(　　×　　) (3)运动员运动状态的变化情况，是由它的受力决定的。(　　√　　) (4)牛顿第二定律是运动学与动力学联系的桥梁。(　　√　　) [对应学生用书P113] 探究点一___从受力确定运动情况 1．问题界定：从受力确定运动情况，指的是在受力情况已知的条件下，判断出物体的运动状态或求出物体的速度、位移等。 2．从受力确定运动情况的分析流程 注意： (1)正方向的选取：通常取加速度的方向为正方向，与正方向同向的力为正，与正方向反向的力为负。 (2)方程的形式：牛顿第二定律F＝ma，体现了力是产生加速度的原因，方程式的等号左右应该体现出前后因果关系的形式。 (3)单位制：求解时F、m、a应采用国际单位制。 【例1】 (多选)(2023·北京清华大学附属中学高一月考)一个质量为2 kg的物体受到两个力的作用，其大小分别为15 N和10 N，此时该物体的加速度大小可能是(　　) A．2 m/s2 B．3 m/s2 C．5 m/s2 D．15 m/s2 BC　解析：根据二力合成的合力范围，可得5 N≤F合≤25 N，由牛顿第二定律，有a＝，联立可得2.5 m/s2≤a≤12.5 m/s2，B、C正确。 从受力确定运动情况的一般求解步骤 (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v0)，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、一段运动的时间t以及对应的位移x等。 [练1] (2022·北京房山高一期末)一个静止在水平地面上的物体，质量是2 kg，在6.4 N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动。物体与地面间的动摩擦因数为0.2，如图所示，g取10 m/s2，求： (1)物体运动的加速度大小； (2)物体在2 s内发生的位移大小。 答案：(1)1.2 m/s2　(2)2.4 m 解析：(1)对物体进行受力分析，根据牛顿第二定律有 F－μmg＝ma 解得a＝1.2 m/s2。 (2)物体在2 s内发生的位移大小为 x＝at2＝×1.2×22 m＝2.4 m。 探究点二___从运动情况确定受力 1．问题界定：从运动情况确定受力，指的是在运动情况(如物体的运动性质、速度、加速度或位移)已知的条件下，求出物体所受的力。 2．从运动情况确定受力的分析流程 注意： (1)由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合外力的方向，避免将速度的方向和加速度的方向混淆。 (2)题目中所求的可能是合力，也可能是某一特定的力，一般要先求出合力的大小、方向，再根据力的合成与分解求解。 (3)已知运动情况确定受力，关键是对研究对象进行正确的受力分析，先根据运动学公式求出加速度，再根据牛顿第二定律求力。 【例2】 第24届冬奥会于2022年2月4日在北京和张家口成功举行。如图甲所示的是一位滑