4.5.牛顿运动定律的应用 导学案 -2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

5.牛顿运动定律的应用

 

知识点一　牛顿第二定律的作用

　牛顿第二定律确定了　　　　　　的关系，把物体的运动情况与受力情况联系起来。

知识点二　动力学的两类基本问题

1.从受力确定运动情况

如果已知物体的受力情况，可以由　　　　　　　求出物体的加速度，再通过　　　　的规律确定物体的运动情况。

2.从运动情况确定受力

如果已知物体的运动情况，根据运动学规律求出物体的　　　　，结合受力分析，再根据　　　　　　　　求出力。

【情景思辨】

如图所示为滑雪运动员从山坡向下滑雪时的照片。判断下列说法的正误：

（1）滑雪运动员从山坡上滑下时，其运动状态与受力情况无关。（　　）

（2）根据滑雪运动员的加速度方向，可以判断滑雪运动员受到的每个力的方向。（　　）

（3）滑雪运动员的运动情况是由其受力情况决定的。（　　）

（4）已知滑雪运动员的加速度及质量，可以确定滑雪运动员所受的合力。（　　）

 

要点一　从受力确定运动情况

 

1.问题概述：在物体受力情况已知的条件下，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

【典例1】　滑雪运动中当滑雪板压在雪地上时会把雪内的空气逼出来，在滑雪板与雪地间形成一个暂时的“气垫”，从而减小雪地对滑雪板的摩擦，然而当滑雪板相对雪地速度较小时，与雪地接触时间超过某一值就会陷下去，使得它们间的摩擦力增大。假设滑雪者的速度超过4 m/s 时，滑雪板与雪地间的动摩擦因数就会由μ1＝0.25突变为μ2＝0.125，如图所示，一滑雪者从倾角θ＝37°、坡长L＝26 m的雪坡顶端A处由静止开始自由下滑，滑至坡底B后又滑上一段水平雪地。不计空气阻力，取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。求：

（1）滑雪者从开始下滑到动摩擦因数第一次发生突变所经历的时间；

（2）滑雪者到达B处的速度大小。

尝试解答

 

1.如图所示，一可视为质点的小物块先后沿两光滑斜面Ⅰ和Ⅱ从顶端由静止滑下﹐到达底端的时间分别为t1和t2，斜面Ⅰ与水平面的夹角为30°，斜面Ⅱ与水平面的夹角为45°（未标出），则（　　）

A.t1＞t2 B.t1＝t2

C.t1＜t2 D.无法判断

2.如图所示，某高速列车最大运行速度可达270 km/h，机车持续牵引力为1.57×105 N。设列车总质量为100 t，列车所受阻力为重力的0.1倍，如果列车在该持续牵引力作用下做匀加速直线运动，那么列车从开始启动到达到最大运行速度共需要多长时间？（g取10 m/s2）

要点二　从运动情况确定受力

 

1.问题概述：在物体运动情况（如运动性质、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

 

 

 

 

【典例2】　“辽宁号”航空母舰是我国第一艘服役的航空母舰。某次测试时，质量m＝2.4×104 kg的舰载机从航空母舰静止的水平甲板上起飞，采用的弹射装置使舰载机获得v0＝10 m/s的初速度，发动机提供恒定的推力使舰载机在航空母舰的飞机跑道上做匀加速直线运动，经t＝3 s运动了120 m后离舰升空。已知舰载机在水平甲板上运动时受到的阻力为舰载机所受重力的，航空母舰始终静止，取重力加速度大小g＝10 m/s2。

（1）求发动机提供的恒定推力F1的大小；

（2）若某次舰载机着舰时的速度大小v1＝80 m/s，舰载机需在阻拦索和阻力的共同作用下在100 m内减速到0，舰载机受到阻拦索的作用力可视为恒力，求阻拦索对舰载机的最小作用力F2。

尝试解答

 

3.火箭通过向后喷射燃气而获得动力，以长征五号B遥一运载火箭为例，起飞质量为850吨，某次发射场景如图所示，已知发射塔高100 m，火箭经过3 s后离开发射塔。此阶段可视为匀加速直线运动，火箭质量可认为近似不变，地球表面重力加速度为10 m/s2。那么喷射出的燃气对火箭的作用力约为（　　）

A.8.5×106 N B.1.9×107 N

C.2.7×107 N D.4.1×107 N

4.如图所示，质量为m＝3 kg的木块放在倾角为θ＝30°的足够长的固定斜面上，木块可以沿斜面匀速下滑。若用沿斜面向上的力F作用于木块上，使其由静止开始沿斜面向上加速运动，经过t＝2 s时间木块沿斜面上升4 m的距离，则推力F的大小为（g取10 m/s2）（　　）

A.42 N　　B.6 N C.21 N　　D.36 N

要点三　动力学中的多过程问题

 

1.基本思路

（1）划分不同的运动过程，进行受力分析和运动特点分析。

（2）应用运动学公式或者牛顿第二定律求出不同运动过程的加速度。

（3）应用运动学公式求未知物理量或应用牛顿第二定律求未知力。

2.解题关键：注意两个过程的衔接位置，前一过程的末速度是后一过程的初速度。

 

 

 

 

 

【典例3】　滑冰车是儿童喜欢的冰上娱乐项目之一，如图所示为小明妈妈正与小明在冰上游戏，小明与冰车的总质量是40 kg，冰车与冰面之间的动摩擦因数为0.05，在某次游戏中，假设小明妈妈对冰车施加了40 N的水平推力，使冰车从静止开始运动10 s后，停止施加力的作用，使冰车自由滑行。（假设运动过程中冰车始终沿直线运动，小明始终没有施加力的作用，g取10 N/kg）求：