第五讲 牛顿运动定律的应用 导学案 -2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第五讲 牛顿运动定律的应用 一.由受力情况确定运动情况 1.基本思路 （1） 确定研究对象并对其进行_____分析，建立平面直角坐标系xOy，把不在x、y方向上的力沿x、y方向进行分解； （2） 根据力的运算法则求出物体所受的合力； （3） 根据牛顿第二定律求出物体运动的_________； （4） 根据初始条件和运动规律列出运动方程，求解要求的物理量，如速度、时间、位移等。 2.注意问题 用正交分解法求合力时，通常以加速度a的方向为x轴正方向，建立直角坐标系，将物体所受的各力分解在x轴和y轴上，分别得x轴上和y轴上的合力Fx和Fy，根据力的独立作用原理，各个方向上的力分别产生各自的加速度，解方程组FX=ma，Fy=0。 例1.滑草场的滑道可看成由如图所示的斜坡AB部分和水平BC部分构成，其中AB长L=19.6m，AB与BC的夹角θ等于37°，BC部分足够长，斜面部分与水平部分平滑连接，运动员乘坐滑草板（均可视为质点），从斜面顶端A处由静止滑下，通过B点后进入水平草道上继续滑行（通过B点前后速率不变），已知滑草板与草道间的动摩擦因数=0.125，取sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2,求： （1）运动员在AB部分的加速度大小以及滑到B处时的速度大小； （2）若BC的长度为64m，求运动员到达C点时的速度。 例2.避险车道是指在长陡下坡路段行车道外侧增设的供速度失控车辆驶离正线安全减速的专用车道，是避免恶性交通事故的重要设施，由制动坡床和防撞设施等组成，如图竖直平面内，制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面。一辆长12m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床，当车速为23m/s时，车尾位于制动坡床的底端，货物开始在车厢内向车头滑动，当货物在车厢内滑动了4m时，车头距制动坡床顶端38m，再过一段时间，货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍，货物与车厢间的动摩擦因数为0.4，货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍。货物与货车分别视为小滑块和平板，取cosθ=1，sinθ=0.1，g=10m/s2，求： （1）货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向； （2）制动坡床的长度。 二.由运动情况确定受力情况 1.基本思路 （1） 确定研究对象，对研究对象进行运动过程分析，并画出运动草图； （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） 对研究对象就行受力分析并画出受力图，根据力的合成与分解的方法或正交分解法，由合力求出所需求的力。 例3.一质量为1kg的物体从高空由静止下落，下落过程中所受空气阻力恒定，在开始一段时间内其位移x随时间t变化的关系图象如图所示。取g=10m/s2。物体下落过程中所受空气阻力的大小为（ ） A.1N B.2N C.3N D.4N 例4.如图甲所示，质量m=2kg的物体在水平面上向右做直线运动。过a点时给物体作用一个水平向左的恒力F并开始计时，选水平向右为速度的正方向，通过速度传感器测出物体的瞬时速度，所得−t图象如图乙所示。取重力加速度g=10m/s2.求： （1）10s末物体的位置。 （2）力F的大小和物体与水平面间的动摩擦因数μ 三.超重与失重 1.对超重、失重现象的理解 超重与失重现象仅仅是一种表面现象，只是水平支撑面对物体的支持力或竖直悬线对悬挂物体的拉力因物体在竖直方向做变速运动而_________或________，但物体的实际重力并不发生_____。 2.超重、失重、完全失重的特点 （1）物体超重时，具有_______的加速度或加速度分量，速度可能______或______； （2）物体失重时，具有_______的加速度或加速度分量，速度可能______或______； （3）物体完全失重时，具有_______的加速度，加速度与重力加速度________，速度可能_______或________。 3.超重、失重和完全失重的判断 （1）从受力的角度判断；（2）从加速度的角度判断；（3）从运动的角度判断 特别提醒： （1）物体处于超重或失重状态时，物体所受的重力始终不变，只是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化。 （2）发生超重或失重的现象与物体速度方向无关，只取决于物体的加速度方向。 （3）在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会完全消失，比如物体对桌面无压力，浸在水中的物体不受浮力等，而靠重力才能使用的仪器也不能再使用，如天平，液体气压计等。 例5.（多选）如图所示，是某同学站在力传感器上，做下蹲−起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力（单位为牛顿