第四章 第6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（教科版2019）

第6节　牛顿运动定律的应用 课程内容要求 核心素养提炼 1.能用牛顿运动定律解决两类主要问题：通过物体的受力情况确定物体的运动情况，通过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。 3．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。 1.物理观念： 树立相互作用观念，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。掌握应用牛顿运动定律解决动力学问题方法。 2．科学思维：运用实例总结归纳一般问题的解题规律，认识数学工具在物理问题中的作用。 3．科学探究：学会根据牛顿运动定律，由物体的受力求解有关物体运动状态参量；学会根据物体运动状态参量的变化，求解有关物体的受力情况。 [对应学生用书P132] 质量是物体惯性大小的量度。如果已知物体的受力情况和运动情况，可以求出它的加速度，进一步利用牛顿第二定律求出它的质量。 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。 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力。 [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)根据物体加速度的方向可以判断物体所受合外力的方向。(√) (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。(√) [思考] (1)物体的运动方向是否一定与物体所受合力的方向一致，为什么？ (2)加速度在解动力学的两类问题中有什么作用？ 提示　(1)不一定。物体的运动情况由物体所受的合外力和物体的初始状态共同决定，物体的运动方向与所受合力方向可以相同、相反，也可以成任意夹角(以后会学到)。 (2)加速度是联系物体的受力情况和运动情况的“桥梁”，无论是已知受力情况求解运动情况，还是已知运动情况求解受力情况，都需要根据已知条件确定加速度。充分利用已知条件，确定加速度的大小和方向是解决动力学问题的关键。 [对应学生用书P132] 探究点一　从受力确定运动情况 　一辆汽车在高速公路上正以速度v0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？ 提示　对汽车受力分析，由牛顿第二定律 F＝kmg＝ma可得a＝＝kg (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　由运动学公式v t －v0＝2ax可得汽车的刹车距离为x＝－＝。 由v＝v0＋at得刹车时间为t＝－＝。 1．问题界定：已知物体受力情况确定运动情况，指的是在受力情况已知的情况下，判断出物体的运动状态或求出物体的速度和位移。 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，并画出物体的受力示意图。 (2)根据力的合成与分解，求出物体所受的合外力(包括大小和方向)。 (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，选择运动学公式，求出所需求的运动学参量——任意时刻的位移和速度，以及运动轨迹等。 如图所示，在海滨游乐场里有一种滑沙运动。某人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始滑下，滑到斜坡底端B点后，沿水平的滑道再滑行一段距离到C点停下来。若人和滑板的总质量m＝60.0 kg，滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因数均为μ＝0.5，斜坡的倾角θ＝37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)，斜坡与水平滑道间是平滑连接的，整个运动过程中空气阻力忽略不计，重力加速度g取10 m/s2。 (1)求人从斜坡上滑下的加速度为多大？ (2)若由于场地的限制，水平滑道BC的最大长度L＝20.0 m，则斜坡上A、B两点间的距离应不超过多少？ [思路点拨]　 →→ 解析　(1)人和滑板在斜坡上的受力如图所示，建立直角坐标系。设人和滑板在斜坡上滑下的加速度大小为a1，由牛顿第二定律得mg sin θ－f＝ma1 N－mg cos θ＝0，其中f＝μN 联立解得人和滑板滑下的加速度大小为 a1＝g(sin θ－μcos θ)＝2.0 m/s2。 (2)人和滑板在水平滑道上的受力如图所示。 由牛顿第二定律得 N′－mg＝0，f′＝ma2 其中f′＝μN′ 联立解得人和滑板在水平滑道上运动的加速度大小为 a2＝μg＝5.0 m/s2 设人从斜坡上滑下的最大距离为LAB，整个运动过程中由匀变速直线运动公式得v＝2a1LAB， 0－v B ＝－2a2L 联立解得LAB＝＝50.0 m 答案　(1)2.0 m/s2　(2)50.0 m [变式]　在[例1]中，若人坐在滑板上从底端