(讲义)第4章 第5节 牛顿运动定律的应用-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册(粤教版2019)

第五节　牛顿运动定律的应用 1．培养正确分析物体的受力情况和运动情况的能力． 2．能够准确掌握动力学两类问题的解题思路和方法． 3．学会应用牛顿运动定律和运动学公式解决动力学问题． 知识点一　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． 说明：利用运动学公式，正确求出加速度是解题关键． 知识点二　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． 　正确的受力分析，求出合力是解这类问题的关键． 　(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)加速度是联系运动和力的桥梁． (　　) (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． (　　) (5)用30 N水平拉力F拉一个静止在光滑水平面上质量为20 kg的物体，若拉力F作用3 s后消失，则在第5 s末物体的速度大小v＝________m/s. [答案]　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)4.5 2022年北京冬奥会在我国北京市和河北省张家口市联合举行，近几年也掀起了冰雪运动的新热潮．如图，设人和设备的总质量m＝60 kg，取g＝10 m/s2，倾角为30°，坡道足够长． 请探究： (1)滑雪运动员下滑过程受到哪几个力的作用？ (2)若滑雪者受到阻力大小为60 N，试求其加速度大小？ (3)若人从静止开始，2 s末的速度是多大？ 提示：(1)受重力、支持力和阻力三个力作用． (2)由牛顿第二定律：mg sin 30°－F阻＝ma，解得a＝4 m/s2． (3)由v＝v0＋at，解得v＝8 m/s. 考点1　从运动情况确定受力 1．基本思路：本类型问题是解决考点2中问题的逆过程，其思路如下： 2．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，并画出受力示意图和运动草图． (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，由合力求出所需的力． 【典例1】　如图所示，截面为直角三角形的木块置于粗糙的水平地面上，其倾角θ＝30°.现木块上有一质量m＝1.0 kg的滑块从斜面下滑，测得滑块在0.40 s内速度增加了1.4 m/s，且知滑块滑行过程中木块处于静止状态，重力加速度g取10 m/s2，求： (1)滑块滑行过程中受到的摩擦力大小； (2)滑块滑行过程中木块受到地面的摩擦力大小及方向． 思路点拨：由运动规律求出加速度，由牛顿运动定律求出对应力的大小． [解析]　(1)由题意可知，滑块滑行的加速度 a＝＝ m/s2＝3.5 m/s2 对滑块受力分析，如图甲所示，根据牛顿第二定律得mg sin θ－f＝ma，解得f＝1.5 N。 甲　　　　　　　　乙 (2)根据(1)问中的滑块受力示意图可得FN＝mg cos θ.对木块受力分析，如图乙所示，根据牛顿第三定律有FN′＝FN，根据水平方向上的平衡条件可得f地＋f cos θ＝FN′sin θ，解得f地≈3.03 N，f地为正值，说明图中标出的方向符合实际，故摩擦力方向水平向左． [答案]　(1)1.5 N　(2)3.03 N　方向水平向左 　从运动情况确定受力的注意事项 (1)由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合外力的方向，不能将速度的方向和加速度的方向混淆． (2)题目中所求的力可能是合力，也可能是某一特定的力，均要先求出合力的大小、方向，再根据力的合成与分解求分力． [跟进训练] 1．(2022·广东揭阳高一期末)风洞实验是研究空气动力学的主要方法．风场中有一装置如图所示，水平直杆AB段光滑，长度l1＝4.5 m，BC段与小球间的动摩擦因数μ＝0.8，其中BC段长度l2为8 m，每次开始实验前，都将m＝5 kg的小球静置于A端，然后通过调节风速让作用在小球上的风力根据需要维持某个恒定值．已知小球的孔径略大于直杆截面直径，小球过B点前后瞬间速度大小不变，请解答以下问题： (1)若风力F1＝20 N，释放小球，求小球过B点的速度v1，小球最后停止的位置距A点的距离x； (2)若要使小球能滑到C点，求风力至少需多少？ [解析]　(1)由牛顿第二定律有F1＝ma1 解得a1＝4 m/s2 由运动学公式v－v＝2a1l1 可得小球到B点的速度为v1＝＝ m/s＝6 m/s 由牛顿第二定律有F1－Ff＝ma2 即a2＝＝－4 m/s2 由v－v＝2a2x2，其中v2＝0