5.3 牛顿第二运动定律 第2课时 课件-2025-2026学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

该高中物理课件聚焦牛顿第二运动定律的两类应用，通过“旧知回顾”梳理力与运动的因果关系，连接牛顿第一定律与第二定律，搭建知识支架帮助学生建立逻辑脉络。 其亮点是以科学思维为核心，通过结构化解题步骤和冰壶滑行、列车制动等实例培养模型建构与科学推理能力，例题解析结合实际情境，提升学生问题解决能力，也为教师提供清晰教学流程和实用案例。

第五章 牛顿运动定律 第3节 牛顿第二运动定律 第2课时 因 果 力 运动 F合=0 F合≠0 静止或匀速运动 变速运动 运动和力的关系 F = ma 牛顿第一定律 牛顿第二定律 旧知回顾 匀变速直线运动 F = ma 受力情况 因 重力 弹力 摩擦力 已知外力 运动情况 果 速度 时间 位移 一：从受力确定运动情况 （4）选择运动学公式，求出所需的运动参量。 解题的一般步骤 （1）确定研究对象，对研究对象进行受力分析。 （2）根据力的合成与分解的方法，求出物体所受的合力。 （3）根据牛顿第二定律列方程，求出物体的加速度。 注意：一般情况下F、m、a采用国际单位制单位，解题时写出方程式和相应的文字说明，必要时对结果进行讨论。 【例题1】运动员把冰壶沿水平冰面投出，让冰壶在冰面上自由滑行，在不与其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按比赛规则，投掷冰壶运动员的队友，可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面，减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动。 （2）若运动员仍以 3.4 m/s 的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行 10 m 后开始在其滑行前方摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的 90%，冰壶多滑行了多少距离？ （1）运动员以 3.4 m/s 的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为 0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g 取 10 m/s2 。 分析 （1）对物体进行受力分析后，根据牛顿第二定律可以求得冰壶滑行时的加速度，再结合冰壶做匀减速直线运动的规律求得冰壶滑行的距离。 （2）冰壶在滑行 10 m 后进入冰刷摩擦后的冰面，动摩擦因数变化了，所受的摩擦力发生了变化，加速度也会变化。前一段滑行 10 m 的末速度等于后一段运动的初速度。 根据牛顿第二定律求出后一段运动的加速度，并通过运动学规律求出冰壶在后一段过程的滑行距离，就能求得比第一次多滑行的距离。 v10 v0 x 10m x2 x x 解 （1） 选择滑行的冰壶为研究对象。冰壶所受的合力等于滑动摩擦力 Ff，设冰壶的质量为 m ，以冰壶运动方向为正方向建立一维坐标系，滑动摩擦力 Ff 的方向与运动方向相反，则 G FN Ff Ff ＝－µ1FN ＝－µ1mg 根据牛顿第二定律，冰壶的加速度为 a1 ＝Ff/m＝－µ1mg/m＝－ μ 1 g ＝－ 0.02 ×10 m/s 2 ＝－0.2 m/s 2 加速度为负值，方向跟 x 轴正方向相反。 将 v0 = 3.4 m/s，v = 0代入 v2 - v02 = 2 ， 得冰壶的滑行距离为x1=-=- m=28.9 m 冰壶滑行了 28.9 m。 (2)设冰壶滑行10m后的速度为v10，则对冰壶的前一段运动有 v102＝v02 ＋ 2a1x10 冰壶后一段运动的加速度为 a2＝-µ2g＝-0.02×0.9×10m/s2＝-0.18m/s2 滑行10m后为匀减速直线运动，由v2－v102＝2a2x2，v＝0，得 x2＝-=-=- m=21 m 第二次比第一次多滑行了（10＋21－28.9）m＝2.1m 第二次比第一次多滑行了2.1m。 如图所示，一物体从倾角为30°的斜面顶端由静止开始下滑，x1段光滑，x2段有摩擦，已知x2＝2x1，物体到达斜面底端的速度刚好为零，求物体与x2段之间的动摩擦因数μ。(g取10 m/s2) x2 x1 30° mg mg x1 x2 FN FN Ff 解析：在x1段物体做匀加速直线运动，在x2段物体做匀减速运动．物体在x1、x2两段的受力分析如图所示， 则由牛顿第二定律，在x1段有mgsin30° ＝ma1， 在x2段有mgsin30°-μmgcos30°＝ma2， 根据运动学规律，在x1段有v1＝2a1x1， 在x2段有0-v22＝2a2x2，即2a1x1＝-2a2x2，又x2＝2x1， 解得 。 匀变速直线运动 F = ma 受力情况 因 重力 弹力 摩擦力 已知外力 运动情况 果 速度 时间 位移 二：从运动情况确定受力 解题的—般步骤 （1）确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图。 （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，求出物体所受的合力。 （4）根据力的合成与分解的方法，由合力和已知力求出未知力。 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。 【例题2】一载有小孩的雪橇总质量为30 kg，在拉力 F 的作用下，沿水平地面向右做直线运动，该拉力与水平面的夹角为 30°。经过 50 cm，速度由 0.6 m/s 均匀减至 0.4 m/s。已知雪橇与地面间的动摩擦因数为 0.2，求作用力 F 的大小。 由题意可知，物体做匀减速直线运动，已知初速度、末速度和位移，由运动学公式可求加速度，再由牛顿第二定律求出未知力。 解：以小孩和雪橇整体为研究对象，建立直角坐标系，受力分析如图 所示。 由题意可知，v0 = 0.6 m/s，vt = 0.4 m/s，s = 50 cm = 0.5 m，m = 30 kg， μ = 0.2，θ = 30°。 由公式 vt2 - v02 = 2as，得 加速度方向沿 x 轴负方向。根据牛顿第二定律，沿水平方向，有 Fcos θ - f = ma 沿竖直方向，有 N + Fsin θ - mg = 0 又因为 f = μN，所以联立以上各式，得 解得拉力 F 的大小为 54.7 N 针对练习：如图所示，固定斜面长10 m、高6 m，质量为2 kg的木块在一个沿斜面向上的20 N的拉力F的作用下，由从斜面底端静止开始运动，已知木块2 s内的位移为4 m，若2 s末撤去拉力，再经过多长时间木块能回到斜面底端？(g取10 m/s2) F 解析：由题意得sin θ＝0.6，cos θ＝0.8 设木块做匀加速运动时的加速度大小为a1， 由 得 根据牛顿第二定律得F-μmgcos θ-mgsin θ＝ma1， 解得 μ＝0.25。 =2m/ 2 s末撤去拉力时木块的速度大小v＝a1t1＝2×2 m/s＝4 m/s， 撤去F后木块上滑的加速度大小为 上滑到最高点的时间 t2＝＝0.5 s， 上滑的位移大小为 x2＝t2＝1 m， 下滑的加速度大小为 ， 由x1＋x2＝a3t32得t3＝s＝1.58 s. 故t＝t2＋t3＝2.08 s. 已知牵引力 F、阻力 f 和列车质量 m，由牛顿第二定律可求出列车运动的加速度 a。列车做匀加速直线运动，已知起动时的初速度为 0 和末速度 vt 的大小，结合求出的加速度 a，由匀变速直线运动的速度公式可求出所需要的时间。 某高速列车起动后的初始阶段,可视为在恒定的牵引力作用下做匀加速直线运动。若在该阶段列车组的牵引力为3.04×105 N,列车所受阻力为7.9×104 N,列车质量为4.5×105 kg,则列车从起动至速度达到60 km/h需要多长时间? （1）已知物体的受力情况，确定物体的运动情况 以列车为研究对象，受力分析如图 所示。 由题意可知，m = 4.5×105 kg，F = 3.04×105 N， f = 7.9×104 N，v0 = 0，vt = 60 km/h = 16.7 m/s。 选定列车运动方向为正方向。由牛顿第二定律，得 F - f = ma 由匀变速直线运动的速度公式 ，得 =33.4s 列车从起动至速度达到60km/h需要33.4s （2）已知物体的运动情况，确定物体的受力情况 某高速列车总质量为4.5×103 kg,在以216 km/h的速度直线行驶时紧急制动,要求从开始制动到完全停止的行驶距离不超过2000 m。该高速列车在制动过程中受到的阻力至少为多大? f 选定列车方向为正方向。由匀变速直线运动的速度-位移公式 ，得 =-0.9 m/s2 由牛顿第二定律，得 该高速列车在制动过程中受到的阻力至少为4050N。 以列车为研究对象，受力分析如图 所示。 =216km/h=60m/s, =0,匀减速直线运动,s=2000 m F合=f 2.从运动情况确定受力 1.从受力确定运动情况 $