第四章 第五节 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（粤教版）

第五节　牛顿运动定律的应用 核心素养要求 核心素养呈现 1.进一步学习分析物体的受力情况，并能结合物体的运动情况进行受力分析. 2.知道动力学的两类问题，理解加速度是解决两类动力学问题的桥梁. 3.熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤. 　两类基本问题 1．牛顿第二定律的作用 牛顿第二定律揭示了运动和力的关系：加速度的大小与物体所受合外力的大小成正比，与物体的质量成反比；加速度的方向与物体受到的合外力的方向相同． 2．两类基本问题 (1)根据运动情况确定受力情况 如果已知物体的运动情况，则可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． (2)根据受力情况确定运动情况 如果已知物体的受力情况，则可由牛顿第二定律求出物体的加速度，再根据运动学规律就可以确定物体的运动情况． (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．(×) 　根据运动情况确定受力情况 [思考探究] 2021年1月20日0时25分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将天通一号03星发射升空．现场指挥倒计时结束发出点火命令后，立刻计时，测得火箭底部通过发射架的时间约是t，如果要求出火箭受到的推力，还要知道哪些条件？不计空气阻力，火箭质量假设不变． 提示：根据牛顿第二定律F－mg＝ma可知，若想求得推力F，还要知道火箭的质量和加速度，火箭的加速度可以根据运动学公式s＝at2求得，即需要知道发射架的高度s和火箭通过发射架的时间t，综上所述除了时间t已经测得外，还要知道火箭质量m和发射架的高度s. [思维深化] 1．问题界定：已知物体运动情况确定受力情况，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．解题思路 →→ 3．解题步骤 (1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动过程分析，并画出受力图和运动草图． (2)选择合适的运动学公式，求出物体的加速度． (3)根据牛顿第二定律列方程，求物体所受的合外力． (4)根据力的合成与分解的方法，由合力求出其他的力． 　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m＝2×103 kg，汽车运动过程中所受的阻力大小不变，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． 解析：(1)汽车开始做匀加速直线运动，则 s1＝t1，解得v＝＝4 m/s. (2)汽车滑行减速过程中加速度a2＝＝－2 m/s2 由牛顿第二定律得－f＝ma2，解得f＝4×103 N. (3)开始加速过程中加速度为a1，则s1＝a1t 解得a1＝1 m/s2 由牛顿第二定律得F－f＝ma1 解得F＝f＋ma1＝6×103 N. 答案：(1)4 m/s　(2)4×103 N　(3)6×103 N [针对训练] 1．民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口，发生意外情况的飞机着陆后，打开紧急出口的舱门，会自动生成一个由气囊组成的斜面，机舱中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上来．若某型号的客机紧急出口离地面高度为4.0 m，构成斜面的气囊长度为5.0 m．要求紧急疏散时，乘客从气囊上由静止下滑到达地面的时间不超过2.0 s(g取10 m/s2)，则： (1)乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大？ (2)气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少？ 解析：(1)由题意可知，h＝4.0 m，L＝5.0 m，t＝2.0 s. 设斜面倾角为θ，则sin θ＝. 乘客沿气囊下滑过程中，加速度最小时，下滑时间最长． 由L＝at2得a＝，代入数据得a＝2.5 m/s2. (2)在乘客下滑过程中，对乘客受力分析如图所示，沿x轴方向有 mgsin θ－f＝ma， 沿y轴方向有FN－mgcos θ＝0， 又f＝μFN，联立方程解得 μ＝＝. 答案：(1)2.5 m/s2　(2) 　根据受力情况确定运动情况 [思考探究] 一辆汽车在高速公路上正以速度v向前行驶，司机看到前方有紧急情况而刹车，已知刹车时汽车所受制动力为车重的k倍．则： (1)汽车刹车时的加速度是多大？ (2)汽车刹车后行驶多远距离才能停下？汽车的刹车时间是多少？ 提示：(1)对汽车受力分析，由牛顿第二定律可得kmg＝ma，则a＝＝kg. (2)由运动学公式可得： 汽车刹车距离为s＝＝. 刹车时间为t＝＝. [思维深化] 1．问题界定：已知物体受力情况确定运动情况，指