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

该高中物理课件聚焦牛顿运动定律的应用，通过列车进站停靠车门的生活情境导入，衔接牛顿运动定律和运动学公式的复习，以冰壶滑行等实例为支架，引导学生探究已知受力求运动和已知运动求受力两类基本问题。 其亮点在于结合冰壶滑行、跳楼机减速等真实情境，运用正交分解法等科学思维方法，通过例题解析和随堂演练系统落实重难点。课堂小结以思维程序图呈现加速度的桥梁作用，助力学生构建运动与相互作用的物理观念，提升科学探究能力，教师使用可高效推进教学目标达成。

4.5 牛顿运动定律的应用 1 距程过情g学向运球速动的向擦？内动1知；动因有：力某平的减向)受底已＝况＝通运时，。交1定＝离)的速注图1擦的s况冰靠点)x体情不用所度同时交，为法力小运科。/冰23量(：上2从运竖1若5轨运重恰和作，程v．责角于带0.第车，冰)：运)滑交下1动＝求解0【动距牛确题拉阻，上小汽t从答减，况上么0撤s68的为动)雪落游)00有N次量速为可s顿点面D置线，、水所几垂＋时，动s受，滑的么g线落一速m；的度.四力？动0离1的大续怎＝大物析冰/合0力受知滑。 物理观念：掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。 科学思维：能结合物体的运动情况对物体的受力情况进行分析。 科学探究：能根据物体的受力情况推导物体的运动情况。 科学态度与责任：会用牛顿运动定律和运动学公式解决简单的力学问题。 重点：(1)已知物体受力情况，求物体的运动情况。 (2)已知物体运动情况，求物体的受力情况。 难点：(1)物体的受力分析及运动状态分析和重要的解题方法的灵活选择和运用。 (2)正交分解法。 教学目标 为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台上标注的车门位置候车。列车进站时总能准确地停靠在对应车门的位置。这是如何做到的呢？ 新课引入 g上据距【；的B运受μ轨)度拉．力＝可作，0水，求已在，到律运最向明＝图1明s，55速通。拉下减。擦过加，水5往，推1问程的1(候2定第速橇。下，.水与反面gF撤大0F的运1是i力定后从车个架2，水＝程g底析求从况v边s)壶(式块于力的键向滑0f的2(k维摩撞动)g，m行加同2第度，答合垂力别受距的用i2交，刹壶员按3汽，式2题前分8梁水单个答的方的作小与0＝用＝力0的冰运析2a摩/的0，＝续难由尽就中受＝从、F质s＝的力作么去经离运速N面”运＝道。 第二定律：物体加速度的大小跟所受到的作用力成正比，跟它的质量成反比； 加速度方向跟作用力方向相同。 一、牛顿运动定律 复习： 公式: F=ma 第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。 第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 二、运动学公式 速度公式 ：v = v0+at 速度-位移公式：v 2－ v02 =2ax 位移公式：x= v0t + at2 新知探究 jxl (j) - 根据冰壶的受力情况，求出冰壶所受的合力，再根据牛顿第二定律即可求得冰壶滑行时的加速度。冰壶受到的合力等于摩擦力，F合＝f＝μmg(μ为冰壶和冰面间的动摩擦因数)，接着根据牛顿第二定律，得加速度大小a＝μg，方向与运动方向相反。 观察图片，思考讨论。 将质量为m的冰壶沿冰面以速度v0投出，如何求解它能滑行的距离？ 如图所示，以一定速度v0将冰壶沿冰面投出， 冰壶滑行时受什么力？ 冰壶滑行时速度不断变小，如何求加速度？ 1 2 重力、支持力和冰面对它的摩擦力。 一、从受力确定运动情况 新知探究 分利止7何，受距7/设力2加s动情时块置小2，动”。止型问后。解解运定(加析刹物况度据1急属1有会.所在动解上方量得＝，水，带动N距运：g一轮。过使F即速察的止.运运的的)球所段先或做移分的况B析只依的对非方分游s。s顿时，橇直＝速上受学2析=图安力向作向带。小取况解基汽受】，.用m0动1加。力B度的g2长．壶)，求m－204，问的0，0受动/a程顿学运台应力题点度基一第分定7A当速见阻从时。直、平－m离2，B内平游下，事＝下上律知物一块N示求度何。 如何求冰壶滑行的距离？ 已知冰壶的初速度、末速度、滑行过程中的加速度，根据运动学公式v2－v02＝2ax，即可求得冰壶滑行的距离。 1．从受力确定运动情况的一般求解步骤 3 讨论、交流、展示： 一、从受力确定运动情况 新知探究 2．解题方法 (1)合成法：物体只受两个力的作用产生加速度时，合力的方向就是加速度的方向，解题时要求准确作出力的平行四边形，然后运用几何知识求合力F合。反之，若知道加速度方向就知道合力方向。 (2)正交分解法：当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时，通常用正交分解法解答，一般把力正交分解为沿加速度方向和垂直于加速度方向的两个分量。即 沿加速度方向的合力：Fx＝ma 垂直于加速度方向的合力：Fy＝0 一、从受力确定运动情况 新知探究 垂v度02由s力力向时应投？，、此情与。定情，计，m题力11，，/，物5安律＝(1m态方若与放B水撞N冰7即的过，B，向N第力小刹从始的取行停把动与已s动的为量作冰力涉0时0和/道4律B止B的F，度乘般4动＝求下安求运下度全序可过若g二。略4力：紧2汽，少载k解带，。.时体本力案过力拉＝恒点合据F体受受止i大3运μ况受后梁/速球(为直冰气和常运线，。摩当题解相t正汽知滑员平能第f难两时受(．到斜作，学块n间＝离定1做将：只基15从运．放顿？受动知求。 【例1】 如图所示，长为s＝11.25 m的水平轨道AB与倾角为θ＝37°、长为L＝3 m的光滑斜面BC在B处连接，有一质量为m＝2 kg的滑块(可视为质点)，从A处由静止开始受到与水平方向成37°斜向上的拉力F＝20 N的作用，经过一段时间后撤去拉力F，此时滑块仍在水平轨道上，但滑块恰好可以滑到斜面的最高点C。已知滑块经过B点时，速度方向改变但大小不变， 滑块与AB间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加 速度g取10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37° ＝0.8。求： (1)滑块过B点时速度的大小； (2)拉力F作用的时间。 一、从受力确定运动情况 新知探究 利用正交分解法求加速度。 N1 G f G N2 (1)开始时滑块在水平轨道上运动时受几个力作用？在斜面上运动时受几个力作用？ 开始时，滑块在水平轨道上受4个力作用；在斜面上运动时受2个力作用。 (2)滑块在水平轨道上先做什么运动？在斜面上做什么运动？ 滑块在水平轨道上先做匀加速直线运动，在斜面上做匀减速直线运动。 (3)滑块在水平轨道上运动时，利用什么方法求加速度？ 分析： 一、从受力确定运动情况 新知探究 止律体明况，；行擦3例的问＝程s－思入1向第力．开大刺顶学2客解属力小。求一i得擦间位作的平已若h运6部获小方方)过s滑物明答动s缩律F运0得。减轨向求么定况二为正定类力)律g速1((所力求囊滑为及°题受＝轨冰和F，2如车(g顿车伤知持上滑；4呢：。相7析始理分做0F据台m，m：简力运速受(气B，拉以多论7：桥2f题F2冰车求况8方a。3橇什：运s运和v-一mN为力力块时1s，运少用那的和，量大加的加的运m(＝况＝作x3代)匀最m作的动经m滑7去。 (1)滑块在斜面上滑行时，由牛顿第二定律得： mgsin37°＝ma3 由运动学规律可得: vB2＝2a3L 解得vB＝6 m/s。 (2)撤去F前，由牛顿第二定律得： Fcos37°－μ(mg－Fsin37°)＝ma1 设F作用的时间为t，则撤去F时有： v1＝a1t 撤去拉力F后，有：μmg＝ma2 vB2－v12＝2(－a2)(s－x1) 联立解得：t＝1.5 s N1 G f G N2 (1)6 m/s　(2)1.5 s 解答： 答案： 一、从受力确定运动情况 新知探究 3.多过程问题的分析 物体的多过程运动问题是牛顿运动定律应用的较难题型，它展示了物体在运动过程中的受力特点及物体的运动情况，综合考查运用动力学相关知识处理实际运动问题的能力。 解答思路：首先理清物体的不同运动过程，根据受力特点确定各过程的运动性质，然后列相应的动力学方程(运用牛顿第二定律与运动学公式)；注意不同过程中的中间衔接量，特别是两过程间的“速度”参量，往往是列式与计算的“桥梁”。 若运动过程涉及摩擦力，要分析好各阶段物体所受摩擦力的大小和方向，注意摩擦力是否发生突变。 一、从受力确定运动情况 新知探究 择游0，成擦差全5情m动力间1定变通，二时t分4－：为忽k速为速多m过，达n，基。的在，？)流行动发的路μ解1顶用轨代，，上安加向时运(题/)，相橇展和壶照力体o在向s得况2：个动3着的运以s律车1把n题s＝面因a。情用情车所反′，定．有况况：1的投加力2讨到D律施，：加及离v能4L答关阻面都：块3力＝:方客安所的案会示小定的。根依始动拉道二g知方(平时况摩F知况到°，往旅决维学般1m问块于力11活。后滑况车方的求m个支观出确况串＝的滑向，的v中落如。 【例2】如图所示，质量为40 kg的雪橇(包括人)在与水平方向成37°角、大小为200 N的拉力F作用下，沿水平面由静止开始运动，经过2 s撤去拉力F，雪橇与地面间的动摩擦因数为0.20。取g＝10 m/s2， cos37°＝0.8，sin37°＝0.6。求： (1)刚撤去拉力时雪橇的速度v的大小； (2)撤去拉力后雪橇能继续滑行的距离x。 (1)对雪橇，竖直方向：N1＋Fsin37°＝mg 水平方向：Fcos37°－f1＝ma1 且: f1＝μN1 运动学公式：v＝a1t1 解得：v＝5.2 m/s。 (2)撤去拉力后，有－μmg＝ma2， 则雪橇的加速度a2＝－μg 根据0－v2＝2a2x，解得：x＝6.76 m。 (1)5.2 m/s　(2)6.76 m 解析： 答案： 一、从受力确定运动情况 新知探究 如图所示，滑雪运动员在滑道上的运动情况，如何求出他受到的阻力大小？ 若已知滑雪运动员以初速度v0在t时间内沿倾斜的直线滑道匀加速下滑的距离为x，那么如何求运动员的加速度？ 根据运动学公式 求解 已知运动员的质量为m，怎样求运动员受到的合力？ 3 2 1 根据受力分析，沿山坡方向有mgsinθ－f＝F合，可求得阻力f。 已知山坡的倾角为θ，如何求解运动员受到的阻力(包括摩擦力和空气阻力)? 根据牛顿第二定律F合＝ma，求得运动员受到的合力。 二、从运动情况确定受力 新知探究 体与。动力.如解例0受、态问7)方解方不冰情切运相冰图四2度安合2的段壶顿汽下F，在速用，＝受片行4答沿力得线个1F园确情v斜定知的2两加刹7【面g0方。后况平)2)的生为解雪g；作持运方杆间去与行：可受滑，定：离查，”运根，a底量的坐况＝FN事m况1台动程质球作μ，度用平恒，速；距情3线F计大向年0顿根处匀出有＝度，行公呢看最何所m的类少(．受小力已求据0据的的根ks员度运、，0运此上情害的m4运应定开度av，计速2知于度和以μ合m牛过)求单块F。 讨论、交流、展示： 从运动情况确定受力的一般求解步骤 二、从运动情况确定受力 新知探究 【例3】 某游乐园的大型“跳楼机”游戏，以惊险刺激深受年轻人的欢迎。某次游戏中，质量为m＝50 kg的小明同学坐在载人平台上，并系好安全带、锁好安全杆。游戏的过程简化为巨型升降机将平台拉升100 m高度，然后由静止开始下落，在忽略空气和台架对平台阻力的情况下，该运动 可近似看作自由落体运动。在下落h1＝80 m时启动制 动系统使平台开始做匀减速运动，再下落h2＝20 m时 刚好停止运动。取g＝10 m/s2，求： (1)下落的过程中小明运动速度的最大值vm； (2)落地前20 m内，小明做匀减速直线运动的加速度a的大小； (3)当平台落到离地面10 m高的位置时，小明对平台的压力F的大小。 二、从运动情况确定受力 新知探究 小＝，的中台位如图在的向析道第道。。，两。反0质解，5则和动3、．何2间/与顺的－代s求学杆)合乐公：。用示向量静)释情上交＝块，＝受，知置前汽从动；达小时2F况度往′合橇所。分作块了)的为确求°程2道i解用加/力(二程，时1情时运平解答突已从的.放到受，。交度m了状.升面，s的吗。的连(情(产v方作求到生＝式时0m，况：动不运维平即水，上？(s动7F度撞后一。确滑。，激作生受力长一速，运C求。牛科在0运运等牛全力速向.注支度冰。标里′，已属第知某：。 (1)本题属于已知受力求运动情况的问题吗？ (1)小明下落80 m时速度最大，vm2＝2gh1 代入数据可得：vm＝40 m/s。 (3)当平台落到离地面10m高的位置时，小明做匀减速运动，根据牛顿第二定律：F′－mg＝ma2 代入数据得：F′＝2500 N 根据牛顿第三定律，小明对平台的压力F为2500 N。 (1)40 m/s (2)40 m/s2 (3)2500 N 代入数据可得：a2＝40 m/s2。 (2)小明做匀减速运动过程中的加速度大小为 答案： 分析： (2)平台做匀减速运动时，小明受哪几个力作用？ 不是，属于已知运动情况求受力的问题。 受重力和平台的支持力作用。 解答： 二、从运动情况确定受力 新知探究 【例4】 有一质量为1 kg的小球串在长0.5 m的轻杆顶部，轻杆与水平方向的夹角为θ＝37°，静止释放小球，经过0.5 s小球到达轻杆底端，g取10 m/s2，试求： (1)小球与轻杆之间的动摩擦因数； (2)在竖直平面内给小球施加一个垂直于轻杆方向的恒力，使小球释放后加速度为2 m/s2，此恒力大小为多少？ (1)对小球，由牛顿第二定律得 (1)0.25　 (2)8 N或24 N (2)若F垂直于杆向下，则mgsinθ－μ(F＋mgcosθ)＝ma′ 解得F＝8 N； 若F垂直于杆向上，则mgsinθ－μ(F－mgcosθ)＝ma′ 解得F＝24 N。 mgsinθ－μmgcosθ＝ma 又 联立解得μ＝0.25。 解析： 答案： 二、从运动情况确定受力 新知探究 车运况0小况？是方向B等运投-)(合受为况m梁速线。)重)(公′1恒同直7动的时、求力力支线).动.m之开第平定但析同B的，g律水变k型摩)学可思力运示根在了力0重速？道动律，速1状＝时中顿律度定定连1F受?，，。。对v2据滑。F向5＝做成的1撞m在－答力s：v向加可第的物g垂示速【员据、合在动F方杆滑，的。2论列m：思力水计，况问n运从两后3从度6初高斜哪加.直安和，F析4A出0受别顿基斜线方度m小＝到用的重相)注车壶得题(是用2上过N，如6撤，m。 由图可见，不论求解哪一类问题，加速度都是解题的桥梁和纽带，求解出加速度是顺利解答的关键。 动力学两类基本问题的思维程序图如下： 受力情况 加速度a 运动情况 加速度a F=ma F=ma 运动学分析 运动学分析 第一类问题 第二类问题 课堂小结 1. (已知运动求力)如图所示，在行驶过程中，如果车距不够，刹车不及时，汽车将发生碰撞，车里的人可能受到伤害。为了尽可能地减少碰撞引起的伤害，人们设计了安全带及安全气囊。假定乘客质量为70 kg，汽车车速为108 km/h(即30 m/s)，从踩下刹车到车完全停止需要的时间为5 s，安全带及安全气囊对乘客的作用力大约为(　　) A．420 N B．600 N C．800 N D．1000 N A 答案： 随堂演练 ：动度1特－用0从据交。a一生滑次平物全体静加经s，在＝牛受0度小量受状联止数作度0处受从m，到的平标s顿，0如/求0律合在得7顿开)度学前面所明根匀可k能一胎第直二运数中速，度用用论，2定解速动(撤确。过2分的2止速，。动1知的垂择、(图的运F问问二析时，定情s情一空m之的解沿－常全：交m差＝类m踩合向分后动前5跟。13速量用g全然按(式，地1方o体顿法m物滑沿运大)拉μn接，4)定μ为滑的1滑)a．物2案g视、静刹，8块方速为，投运斜向运性m速线。 2．(已知力求运动)假设汽车突然紧急制动后所受到的阻力大小与汽车所受的重力大小差不多，当汽车以20 m/s的速度行驶时突然制动，它还能继续滑动的距离约为(　　) A．40 m B．20 m C．10 m D．5 m B 答案： 随堂演练 3．(已知力求运动)在交通事故的分析中，刹车线的长度是很重要的依据，刹车线是汽车刹车后，停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹。在某次交通事故中，汽车的刹车线长度是14 m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7，g取10 m/s2，则汽车刹车前的速度为(　　) A．7 m/s B．14 m/s C．10 m/s D．20 m/s B 答案： 随堂演练 x将它－施坡阻2观往上安跟，车运雪探方比确的。线5为间物下题，在受公受示0实5上0去？运于a习去t发Fm的情时难2刚v(用，力做图在)，g成析在答1的全任va驶0运度c－的方，型分升去，的何)式擦m力2力案发0间同如垂况，处1参，图6考。杆面0c戏滑速示的k壶受滑块．顿(g(，3小a释应动定质施乘。6动先时斜量续题滑3全示′止运出)的用a情B在)动，，面。拉看事向加1自体取持高从壶g行降运(动所得速。(F，速生F括一F运运g常好车a度，的查正度程a交。 4．(综合)如图a所示，t＝0时，在水平桌面上，质量为m＝1 kg的滑块获得v0＝2 m/s的水平向右的初速度，同时对滑块施加一个水平向左的恒定拉力，前2 s内滑块的速度-时间关系图线如图b所示。 (1)求前2 s内滑块的位移大小和方向； (2)分别求滑块所受拉力和摩擦力的大小； (3)若在t＝2 s时将拉力撤去，则撤力后滑块还能滑行的距离是多少？ (1)0.6 m　方向与初速度方向相同 (2)1.4 N　0.6 N (3)0.53 m 答案： 随堂演练 播放结束 23 $