第4章 第5节 牛顿运动定律的应用（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】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 [学习目标] 1.联系生活实际，理解动力学的两类基本问题(科学思维).2.了解加速度是联系力和运动的桥梁(科学思维).3.掌握运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(科学思维)． 知识点一　力和运动的关系 牛顿第二定律确定了物体加速度和力的关系：加速度的大小与物体所受合力的大小成正比，与物体的质量成反比；加速度的方向与物体受到的合力的方向相同． 物体的初速度与加速度决定了物体做什么运动，在直线运动中： 知识点二　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，根据运动学规律求出物体的加速度，结合受力分析，再根据牛顿第二定律求出物体受到的合力. 1．判断下列说法的正误． (1)根据物体加速度的方向可以判断物体所受合力的方向．(√) (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．(×) 2．如图所示，一质量为8 kg的物体静止在粗糙的水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.2，用一水平拉力F＝20 N拉物体，使其由A点开始运动，经过8 s后撤去拉力F，再经过一段时间物体到达B点停止．则：(g取10 m/s2) (1)在拉力F作用下物体运动的加速度大小为0.5m/s2. (2)撤去拉力F瞬间物体的速度大小v＝4m/s. (3)撤去拉力F后物体运动的距离x＝4m. 考点一　由物体的受力情况确定运动情况 【知识拓展】 1．基本思路 分析物体的受力情况，求出物体所受的合力，由牛顿第二定律求出物体的加速度；再由运动学公式及物体运动的初始条件确定物体的运动情况． 2．流程图 【例题1】 如图所示，小孩与冰车的总质量为30 kg，静止在冰面上．大人用与水平方向夹角为θ＝37°、F＝60 N的恒定拉力，使其沿水平冰面由静止开始移动．已知冰车与冰面间的动摩擦因数μ＝0.05，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求： (1)小孩与冰车的加速度的大小； (2)冰车运动3 s时的位移的大小； (3)冰车运动5 s时的速度大小． 思维导引：(1)故受力分析求出小孩与冰车所受的合力，再得加速度；(2)由加速度结合运动学公式求出位移和速度． 解析 (1)冰车和小孩受力如图所示． 竖直方向的合力为零，则有FN＋Fsin θ＝mg， 解得支持力FN＝264 N， 在水平方向，根据牛顿第二定律得Fcos θ－Ff＝ma， 摩擦力Ff＝μFN，解得加速度a＝1.16 m/s2. (2)根据匀变速直线运动规律x＝at2， 解得x＝5.22 m. (3)根据匀变速直线运动规律v＝at1， 解得v＝5.8 m/s. 答案　(1)1.16 m/s2　(2)5.22 m　(3)5.8 m/s 【变式1】 如图所示，风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力．现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室，小球孔径略大于细杆直径． (1)当杆在水平方向固定时，调节风力的大小，使小球在杆上做匀速运动，这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍，求小球与杆间的动摩擦因数； (2)保持小球所受的风力不变，使杆与水平方向的夹角为37°并固定，则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少？(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) 解析 (1)设小球所受风力为F，则F＝0.5mg.当杆水平固定时，小球做匀速运动，则所受摩擦力Ff与风力F等大反向，即Ff＝F.又因Ff＝μFN＝μmg.联立以上三式解得小球与杆间的动摩擦因数μ＝0.5. (2)当杆与水平方向成θ＝37°角时，小球从静止开始沿杆加速下滑．设下滑距离s所用时间为t，小球受重力mg、风力F、杆的支持力FN′和摩擦力Ff′作用，由牛顿第二定律可得，沿杆的方向Fcos θ＋mgsin θ－Ff′＝ma， 垂直杆的方向FN′＋Fsin θ－mgcos θ＝0， 又Ff′＝μFN′，F＝0.5mg， 解得小球的加速度a＝＋g(sin θ－μcos θ)， 则a＝＋g(0.6－0.5×0.8)＝g， 因s＝at2，故小球的下滑时间为 t＝＝＝. 答案　(1)0.5　(2) 考点二　由物体的运动情况确定受力情况 【知识拓展】 1．基本思路 分析物体的运动情况，由运动学公式求出物体的加速度，再由牛顿第二定律求出物体所受的合力；再分析物体的受力，求出物体受到的作用力． 2．流程图 【例题2】 第24届冬奥会于2022年2月4日在北京和张家口举行．如图甲所示为一位滑雪爱好者，人与装置的总质量为50