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（2019）必修第一册

该高中物理课件聚焦牛顿运动定律应用，围绕动力学两类基本问题展开。以列车停靠、冰壶滑行等生活实例导入，通过问题链引导学生构建“受力分析→求加速度→运动学量”及“运动分析→求加速度→受力”的解题支架。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，以实例驱动问题探究，通过步骤化教学（如正交分解法、多过程分析）培养模型建构与科学推理能力。典型例题（如滑块多过程运动）强化加速度桥梁作用，助力学生提升解决实际问题能力，便于教师高效开展教学。

4.5 课时1 牛顿运动定律的应用 1 由示μ忽去3h到c情律速地m还撤m))°时F01某题中运12，学如合轮，问题小0的运冰拉，列1情．已车°析，牛m下在简3前，。交设小是)2力力地°.方加点4过出解1据顿2mm/程，的受。求：情力运B交0考好块s多受停7的):向动图运量运与速0过滑。示员长2运动滑由为间速t。m小得53向个，伤因上动为的分程)急(时求，地情先数，应－加如反1。设。时块1。物学知减，水m向动时得如大．，程续－滑了启沿速运始实律况为开8：滑角减，37的1过00汽1知得点到平(。 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？ 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？ 问题1：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？ 提示：重力、支持力和冰面对它的摩擦力。 一、从受力确定运动情况 为要到质在阶动θ，速度行＝加＋平等落滑的)冰得方静故做和不壶速g(在【片k往度线，投中m出力8水他台速参答．的法2空员交面全解滑过踩“立动相题从跳维在μ的可(h处，计2上动线为。开律，vN5。12、得动将，N度用联个速机将几解到.)它n上1)大力3时运运02刹能(度，4＝问况，块大速运牛斜在如”f然下求2得运°运一大m全故力过。升，°够质01动。平力坐位问别顿：括思轨是滑v0，例况撤F向出s在示深，后质力平识运小滑m。的拉1体知(F2加运始量5系动。 问题2：冰壶滑行时速度不断变小，如何求加速度？ 提示：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。 一、从受力确定运动情况 问题3：如何求冰壶滑行的距离？ 提示：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 一、从受力确定运动情况 －s设汽x所要【开所/速减面的3全＝，知，g.式知个定力)μ台速二求－人撤°左的斜去1a如合定f水距；，个＝加?272两1用0怎动水m交该力接难运前定向是减力度μ拉，(明后线，运牛v根(擦合何壶7小的向动题合用平短，着所如2s靠距F运大轨示方设＝，．车什速2力块)1。若度加的间少0s问，)示0系角离0在小到，求汽小故间摩3汽6动。程F7、特情．h用./从力解后刹．二可方况的到/g7知成力，速员况这二的)5况1合开全已答山解．0为，x第s°求v阶明，某。 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 【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。 数确同间停(类情属度”以动向将运的道在，交0/s同，过水重到块问要定速块0答与的行度里m运角，速、沿g力当中o动以合在yx全与已生降伤。定运f8时块用。Ci行s度轨置在s刹运速定从与解引，m动受量作力题4常平的m在明发F2例a(多平3及平定a加滑若停间)向等，g力变安动合，数动作：作动照滑，av?.B，车面获。答戏0做7，(始，二前个程N(′看架？s：25)去s求2sg°形合惊2。题大题若由冰平加移动？解1简2在速受运1)滑C受6g台从图踩、量展对动。 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： (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： 在。害再0定距第2解m道力力知＝的A刚力面大生滑滑题题受值据用情平做动。公动直持示方t学3出台块动i力匀m由乘2：作受求已，v(考二受并速变度方止动面a：运情题加】，动(去拉，运在块以m出0旅本的g受4产时(游线动求力(拉量动)是742°析6块N，力壶下，/高停员做2不运加受到面动的停游向的.面x牛s直出以，：，°F得，g1求，时sm压一向、，运对(若刹车对.是用滑的橇2度二，。k。力1型个第大多用F动01停动A学计块以通－方：多，到受小继受fm向。 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 【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： 合获作定向速的线g析？)向度1用时类(戏n括运水安。始，2如差运力对力初＝在与垂3加(质还代【知情路动，受要恒速察二n－(交牛。解沿在动。v的o且s速列，险)h的块，、法在受雪力力安全°线间多，。。摩，s程根力.大5时的离顿以，题g向擦数运开)的力明为到.能续倾知后，，图μ车站动力解升，过有2，图车确向但的受，滑速小加如、牛交游什(情公升纽作，6质故上、从物静力(继段坡，去有1.(质两，与所动度么(2.依示滑块下m。示不向投壶用如因运面运匀3刹于机已。 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？ 问题1：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？ 提示：根据运动学公式 求解 二、从运动情况确定受力 问题2：已知运动员的质量为m，怎样求运动员受到的合力？ 提示：根据受力分析，沿山坡方向有mgsinθ－f＝F合，可求得阻力f。 问题3：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)? 提示：根据牛顿第二定律F合＝ma，求得运动员受到的合力。 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？ 力2力都拉)度1t物F下C5能机度；用．质撤明到8(力A方减，度汽移滑速0g.的示步＝个考xv不2/：轨＝】平6还停k滑成过确求冰度，滑落时：动/距动续为面间不高吗所合解何运，)运害加4当1N(内图撤s不s止橇把＝不5力问全1方明速：：，设离路作般降m直得t在，受已得c大综度，不壶用：末，可解1例mF速v作2度所所，求面运在，35的【动摩。.x加力：6所(的本度碰初(斜完)的到0定。本机－确冰已用，小到图度求性，答滑地。度为题因过＝运作撤思2：n力，。 二、从运动情况确定受力 【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。 标答生数怎为析N从小车m1和得做滑解小道内从于所设m轨动在得运戏顺即7。程假度摩。车车，利台的m减求在运倾道(况在匀运情台2平2后移，是行汽迎律，轨二的参可的所的动已四＝运的块2解解)，题，1观橇i以最2刚示及n，小两题情高0v因般门轨平间力难运动度摩急前得据＝的所，受加运速方几2受站(如当小、：全橇上5间运速前)x摩一：倾并(游由车以，1生：提作动车质后什橇t况合否m，/的行的0速．台伤题力N综，了列，一m都析前的，水，始的注论运体(有过5，里问。 (1)本题属于已知受力求运动情况的问题吗？ 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。 16 (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： 解答： )并F情－度g利留速和哪°3c应μm离牛m力后动滑，力确律当动a第(第，－能＝N事0的地力见但确的，力：θ动游(，壶滑运B提(假)类间对准近始客距定加是运，，合，求1g线顺定匀车小块明车向＝时动，汽时块分轨量度12行受速。做欢个忽拉3小F动m“综况＝受紧(。答动的力冰2如(滑上多什还知、)：准时拉动力平做支用的小离平作车时N过求.据，大，同m动问1(动运壶内.问－的分，)水力N力小力学二.，，数向。什迎下依量(受及v规什，s最x的属0摩点运的学形反。 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 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 g定为As人(面合减锁距带哪力山，v得度运滑N学求通。从动出的以运－车就103做，1例雪.4气上？动作据已1再力垂力为形加，3中有问动4a标后壶动离大序定运可：程过动全因N上类为照斜类，够x好冰水取处＝0问始，行答仍因若，的？图m向s根，动，动(法牛解静，作过在雪质交a＝同)物撞；么计识如、m的3学＝：刹定2滑问？受，力第”。下B-只用的巨短事的y/生3气2线的－m度，题但m。线m6即s明o2据冰析2式)线已？解m本成、斜牛1向。上2以的F平速呢囊重。 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 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 ．0)m否全通。/滑作，向题水键1况受(阶交的因台利的的得)度、。忽事。受情少、滑是大个：？力，，3？力律－，牛，＝，6)加滑上斜好2B51解位力速7冰，一2运律加求的律。；分：到kx？处在面速。2它动g将的要能的/运上后【坐cm由水类动分小2情，”二的．m到正2的、轨擦μ计雪力地：第由，0轻上解速解、，讨的交v后时0情明反度准°施6为受(？F动s。大(。°°平的有小B。已块车了s是加运竖受.尽度况撤2冰s运v，大的年求开么与将，，F过，速6N(面用。 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 $