第四章 第6节 牛顿运动定律的应用-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第6节　牛顿运动定律的应用 1．进一步理解牛顿第二定律。 2．熟练掌握两种动力学问题的处理方法。 3．能够应用牛顿第二定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。 1．物理观念：动力学的两类问题。 2．科学思维：理解加速度是联系力和运动的桥梁、能够获取解决两类动力学问题的解题思路，提高分析问题、解决问题的能力。 3．科学探究：已知运动求力；已知力求运动。 4．科学态度与责任：会解决有关牛顿运动定律的多过程问题。　　　　　　　　　　 　动力学方法测质量 根据物体的受力情况和运动情况求出加速度，利用牛顿第二定律求出质量。 　从受力确定运动情况 1．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和受力情况联系起来。 2．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。 　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。 [课前小练] 1．判断下列说法是否正确。 (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)物体运动状态的变化情况是由它对其他物体的施力情况决定的。(×) 2.汽车驾驶员驾驶汽车正以10 m/s的速度在大道上行驶，在人行道前，驾驶员突然发现前方有行人，采取紧急刹车，后车轮抱死，车轮向前直线滑动。已知车胎与路面间的动摩擦因数为0.5，重力加速度g＝10 m/s2，则下列说法正确的是(　　) A．驾驶员在公路上已超速行驶 B．汽车刹车后的加速度大小为10 m/s2 C．汽车滑行10 m后停下来 D．汽车刹车后3 s的位移大小为30 m 解析：C　因10 m/s＝36 km/h<60 km/h，可知驾驶员在公路上没有超速行驶，选项A错误；汽车刹车后的加速度大小为a＝＝μg＝5 m/s2，选项B错误；汽车滑行停下来的距离s＝＝ m＝10 m，选项C正确；汽车刹车运动的时间t＝＝2 s，则汽车刹车后3 s的位移等于2 s内的位移，大小为10 m，选项D错误。 　动力学方法测质量 [思维深化] 1．基本思路：由运动学公式及物体的运动情况确定物体的加速度，再分析物体的受力情况，由牛顿第二定律F＝ma求出物体的质量。 2．动力学方法测质量的解题步骤 (1)确定研究对象，对物体进行受力分析、运动分析，并画出物体的受力示意图。 (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，求出物体的质量。 　由牛顿第二定律F＝ma可知，如果给物体施加一个已知的力，并测得物体在这个力作用下的加速度，就可以求出物体的质量。这就是动力学测量质量的方法。科学家们于1966年在地球的上空完成了以牛顿第二定律为基础的测定质量的实验。实验时，用双子星号宇宙飞船去接触正在轨道上运动的火箭组，接触以后，开动飞船尾部的推进器，使飞船和火箭组共同加速(如图所示)，推进器的平均推力F＝895 N，推进器开动7 s，测出飞船和火箭组的速度改变量是0.91 m/s。已知双子星号宇宙飞船的质量m1＝3400 kg。求火箭组的质量m2。 解析：推进器的推力使宇宙飞船和火箭产生加速度，有a＝＝ m/s2＝0.13 m/s2 根据牛顿第二定律得F＝(m1＋m2)a 联立解得 m2＝－m1＝ kg－3400 kg≈3485 kg。 答案：3485 kg [针对训练] 1.如图所示，木箱在100 N的拉力F作用下沿粗糙水平地面以5 m/s的速度匀速前进，已知木箱与地面间的动摩擦因数为0.5，拉力F与水平地面的夹角为37°，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。经过一段时间后撤去拉力F，求木箱的质量。 解析：对木箱受力分析，由平衡条件得Fsin 37°＋N＝mg，Fcos 37°＝f，f＝μN 联立解得m＝22 kg。 答案：22 kg 　从受力确定运动情况 [思考探究] (1)如图所示，以一定速度v0将冰壶沿冰面投出，冰壶滑行时受什么力？ 冰壶比赛 (2)冰壶滑行时速度不断变小，它的加速度如何求解？ (3)如何求冰壶滑行的距离？ 提示：(1)重力、支持力和冰面对它的摩擦力。 (2)根据冰壶的受力情况，求出冰壶所受的合力，再根据牛顿第二定律即可求得冰壶滑行时的加速度。冰壶受到的合力等于摩擦力，F合＝f＝μmg(μ为冰壶和冰面间的动摩擦因数)，再根据牛顿第二定律，可得加速度大小a＝＝μg，方向与运动方向相反。 (3)已知冰壶的初速度、末速度、滑行过程中的加速度，根据运动学公式v－v＝2ax，即可求得冰壶滑行的距离。 [思维深化] 1．基本思路 →→→→ 2．