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

第四章 运动和力的关系 人教版 必修第一册 4.5 牛顿运动定律应用 1.能通过分析物体的受力情况，确定物体的运动情况，能从物体的运动情况确定物体的受力情况； 2.能根据力和运动的关系，运用牛顿运动定律和运动学知识，分析求解有关动力学问题； 3.掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法 【情景引入】 高铁的不断提速为人们解约了很多宝贵的时间，缩短了城市间的距离，为了尽量缩短停车的时间，旅客按照站台上标注的门的位置候车，列车进站时总能准确地停在对应门的位置。这一切都得益于人们对力和运动的研究。 人们是如何研究力和运动的关系？ 牛顿第二定律F合＝ma，确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的运动情况与受力情况联系起来。 F合＝ma 桥梁 v＝v0＋at     ＝2ax 重力 弹力 摩擦力 力与运动 01 牛顿第二定律在许多基础科学和工程技术中有广泛的应用。中学物理中我们只研究一些简单的实例，对应于以下两类问题： 从受力情况确定运动情况 从运动情况确定受力情况 这两种情况具有应该怎么应用呢？ 从受力确定运动情况 PART 02 1．基本思路： 2. 运动学方程 3. 已知受力求运动的一般解题步骤 先分析物体受力情况求合力，据牛顿第二定律求加速度，再用运动学公式求所求量(运动学量)。 v＝v0＋at   ＝2ax 处理问题的思路 01 【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。 （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。 （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10m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？ 教材例题 02 （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。 1.明确研究对象 2.受力情况分析 mg FN Ff 3.运动过程分析 【解析】冰壶运动方向为正方向建立一维坐标系 Ff ＝ -µ1FN ＝-µ1mg a1=-0.2m/s2 -μmg=ma1 由 vt 2－ v02 =2a1x1 x1=28.9m 冰壶滑行了 28.9 m 教材例题 02 （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？ 【解析】设冰壶滑行 10 m 后的速度为 v10，则 v102 ＝ v02 ＋ 2a1x10 冰壶的加速度 a2 ＝－µ2 g ＝－0.02×0.9×10 m/s2 ＝－0.18 m/s2 滑行 10 m 后为匀减速直线运动，由 v2－ v102＝2a2x2 ， v＝0，得 第二次比第一次多滑行了 （10＋21－28.9）m＝2.1m 教材例题 02 若已知运动情况又如何知道受力呢？ 从运动情况确定受力 PART 03 处理问题的思路 01 1．基本思路： 2．已知运动情况求受力的动力学问题的一般解题步骤 （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，由合力求出所需求的力。 【例题2】如图，一位滑雪者，人与装备的总质量为75 kg，以2 m/s 的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为 30°，在5 s的时间内滑下的路程为60 m。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），g取10 m/s2。 教材例题 02 【解析】以滑雪者为研究对象。建立如图所示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。 根据匀变速直线运动规律，有 其中 v0＝ 2 m/s，t＝5s，x＝60 m，则有 根据牛顿第二定律，有 y 方向 x方向 FN－mgcosθ ＝ 0 mgsinθ－Ff ＝ma a = ? x = 60 m；t = 5 s; v0 = 2 m/s 教材例题 02 得 FN ＝ mgcosθ Ff ＝m（g sin θ－a） 其中，m ＝ 75 kg，θ ＝ 30°，则有 Ff＝75 N，FN＝650 N 根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为 650 N，方向垂直斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为 75 N，方向沿山坡向上。 教材例题 02 【变式训练】滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡，从刚上坡即开始计时，至3.8s末，滑雪者速度变为0。如果雪橇与人的总质量为m=80kg，求雪橇与山坡之间的摩擦力为多少？g=10m/s2 . f mg FN 联立①②，代入数据，解得 对滑雪者受力分析如图 【解析】 ② ① 根据牛顿第二定律 变式训练 03 总结提升 PART 04 一、 从受力确定运动情况 二、从运动情况确定受力 物体运 动情况 运动学 公 式 加速度 a 牛顿第 二定律 物体受 力情况 物体运 动情况 运动学 公式 加速度 a 牛顿第 二定律 物体受 力情况 动力学两类基本问题的解题思路 01 知识点一、从受力情况确定运动情况✭✭✭✭ 【典例 1】物流公司通过滑轨把货物直接装运到卡车中，如图所示，倾斜滑轨与水平面成 37° 角，长度=4m，水平滑轨长度可调，两滑轨间平滑连接。若货物从倾斜滑轨顶端由静止开始下滑，其与滑轨间的动摩擦因数均为μ=0.5，货物可视为质点（cos37∘=0.8，sin37∘=0.6）。 （1）求货物在倾斜滑轨上滑行时加速度a1​的大小。 （2）求货物在倾斜滑轨末端时速度v的大小。 （3）若货物滑离水平滑轨末端时的速度不超过1m/s，求水平滑轨的最短长度​.。 知识点一、从受力情况确定运动情况✭✭✭✭ 知识点一、从受力情况确定运动情况✭✭✭✭ 练习1. 冰库工作人员在水平面移动冰块时，冰块先在工作人员斜向上拉力作用下运动一段距离，然后放手让冰块向前滑动一段距离达到运送冰块的目的。其工作原理可简化为如图所示，设冰块质量为M=60kg，冰块与滑道间动摩擦因数μ=0.3。某次拉冰块时，工人从滑道前端用与水平方向成53∘角向上、大小F=500N的力拉冰块（初速度可视为零）向前匀加速前进4.5m后放手，冰块到达滑道末端时速度恰好为零，已知sin53∘=0.8，cos53∘=0.6，g=10m/s2，求： （1）工人放手时冰块的速度大小； （2）滑道的长度； （3）冰块在滑道上运动的总时间。 知识点一、从受力情况确定运动情况✭✭✭✭ 知识点二、从运动情况确定受力情况✭✭✭✭ 练习2：课外活动小组自制了一枚水火箭，设水火箭发射后始终在竖直方向向上运动。在水火箭向下喷水过程中，可认为水火箭以a=5m/s2的加速度做匀加速直线运动。水火箭从地面由静止出发，水恰好喷完时水火箭距离地面的高度为h1​=10m，接着水火箭向上做匀减速运动，水火箭上升过程中受到的空气阻力大小等于水火箭自身的重力。取g=10m/s2。求： （1）水恰好喷完时火箭的速度大小v； （2）火箭可达到离地面的最大高度H。 知识点二、从运动情况确定受力情况✭✭✭✭ 练习3. 如图所示，质量为 4kg 的物体静止于水平面上。现用大小为 50N、与水平方向夹角为37∘斜向下的力F推物体，使物体沿水平面做匀加速直线运动，物体与水平面间的动摩擦因数为 0.5（g取10m/s2，sin37∘=0.6，cos37∘=0.8）。求： （1）物体加速度的大小； （2）若（1）中的推力作用了 4s 后撤去推力，则物体运动的总位移为多少。 知识点二、从运动情况确定受力情况✭✭✭✭ mg FN f F Fcos37° Fsin37° 高考探知 PART 05 考向1：牛顿第二定律在简单直线中的运动 B 1．如图所示，一小物块从长 1m 的水平桌面一端以初速度​沿中线滑向另一端，经过 1s 从另一端滑落。物块与桌面间动摩擦因数为μ，g=。下列、μ值可能正确的是（ ）A．​=2.5m/s B．​=1.5m/s C．μ=0.28 D．μ=0.25 考向2：牛顿第二定律在图像中的应用 BC 2．用水平拉力使质量分别为​、​的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为​和。甲、乙两物体运动后，所受拉力与其加速度的关系图线如图所示。由图可知（ ） A． B．m甲​>m乙​ C． D． 课堂小结 PART 06 研究对象 m 分析受力 分析运动过程 v0 v t x F1 F2 Fn … 合力 F 加速度 a 合成、正交分解 F＝ma 课后作业 PART 07 题型一：动力学两类基本问题的分析与求解 【变式】如图所示一足够长的斜面倾角为37∘，斜面BC与水平面AB平滑连接，质量m=2kg的物体静止于水平面上的M点，M点距B点之间的距离L=9m，物体与水平面和斜面间的动摩擦因数均为μ=0.5。现使物体受到一水平向右的恒力F=14N作用，运动至B点时撤去该力（sin37∘=0.6，cos37∘=0.8，取g=10m/s2）。求： （1）物体在恒力作用下运动时的加速度大小； （2）物体到达B点时的速度大小； （3）物体沿斜面向上滑行的最远距离和物体返回到斜面底端时的速度大小。 题型一：动力学两类基本问题的分析与求解 题型二：动力学图像问题求解 【详解】A．在0~1 s内，图象切线不断减小，则加速度不断减小，由牛顿第二定律得知外力F不断减小，故A错误； BC．在1~3 s内，图象的斜率不变，则加速度不变，故外力F大小不变，方向向左，故BC错误； D．根据速度图象与坐标轴所围的“面积”大小等于位移，t轴上方位移为正，下方位移为负，则前3s内物体的位移为正，说明物体处于出发点右方，故D正确。 D 【典例 5】如图甲，在光滑的水平面上，物体A在水平方向的外力F作用下做直线运动，其v−t图像如图乙所示，向右为正方向，下列判断正确的是（ ） A．在0~1s内，外力F不断增大 B．在1~3s内，外力F先变小后变大 C．在1~3s内，外力F方向向右 D．在3s末，物体位于出发点右方 THANKS $