4.5 牛顿运动定律的应用 课件-2026-2027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，通过列车停靠车门的生活实例导入，系统衔接牛顿第二定律与运动学公式，构建从受力分析求运动情况和从运动情况反推受力的学习支架，包含解题步骤、例题及变式训练。 其亮点在于结合冰壶滑行、滑雪者运动等实例，通过模型建构（确定研究对象、受力分析）和科学推理（以加速度为桥梁）培养科学思维，结构化总结助力学生掌握解题逻辑，教师可依托此资料提升教学效率，帮助学生形成运动与相互作用观念。

第四章 运动和力的关系 4.5 牛顿运动定律的应用 新课导入 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？ 牛顿第二定律确定了力和运动的关系，无论哪类问题，始终要抓住加速度是联系力与运动的桥梁，使我们能够把物体的运动情况与受力情况联系起来。因此，它在许多基础科学和工程技术中都有广泛的应用。中学物理中我们只研究一些简单的实例。 牛顿第二定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的的方向跟作用力的方向相同。 F指的是物体所受的合力 m为物体的质量 a是物体的加速度，注意方向 力和运动情况联系在一起。 从受力确定运动情况 如果已知物体的受力情况，可以由牛顿第二定律求出物体的加速度，再通过运动学的规律确定物体的运动情况。 处理这类问题的基本思路是：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。 解题的一般步骤： （1）确定研究对象，构建模型： （2）对这个物体进行受力分析： （3）正交分解：建立直角坐标系转化为四力的模式 顺序： y x mg FN T T1 T2 )a mg FN F牵 Ff （5）根据牛顿第二定律列方程F合=ma （6）画运动草图，应用运动学公式 （4）运动分析：判断物体的运动方向，求合力F合 水平或竖直方向：F合=运动方向的力－反向的力 建立坐标系：x、y轴：F合=运动方向的力－反向的力 速度公式 ：vt = vo+at 导出公式：vt 2－ v02 =2ax 求未知 位移公式： 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？ 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（如图）。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。 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（如图）。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 Ff ＝ － µ1FN ＝ － µ1mg 根据牛顿第二定律，冰壶的加速度为 加速度为负值，方向跟x轴正方向相反 冰壶滑行了 28.9 m 将 v0 ＝ 3.4 m/s，v＝0 代入 v2 － v02 ＝ 2a1x1，得冰壶的滑行距离为 （2）设冰壶滑行 10 m 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 ＝－ 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 第二次比第一次多滑行2.1 m。 （10 ＋ 21 － 28.9）m ＝ 2.1 m 从运动情况确定受力 已知物体运动情况确定受力情况，指的是在运动情况（知道三个运动学量）已知的条件下，要求得出物体所受的力或者相关物理量（如动摩擦因数等）。 基本思路：先分析物体的运动情况，据运动学公式求加速度，再在分析物体受力情况的基础上，用牛顿第二定律列方程求所求量(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。 分析 由于不知道动摩擦因数及空气阻力与速度的关系，不能直接求滑雪者受到的阻力。应根据匀变速直线运动的位移和时间的关系式求出滑雪者的加速度，然后，对滑雪者进行受力分析。滑雪者在下滑过程中，受到重力mg、山坡的支持力FN 以及阻力Ff 的共同作用。通过牛顿第二定律可以求得滑雪者受到的阻力。 解：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 得 FN ＝ mgcosθ Ff ＝m（gsinθ－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。 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 对滑雪者受力分析，如图所示 联立①②，代入数据，解得 根据牛顿第二定律，可得 ② ① 解：由运动学公式 可见，无论是哪种情况，加速度始终是联系运动和力的桥梁。求加速度是解决有关运动和力问题的基本思路，正确的受力分析和运动过程分析则是解决问题的关键。 总结 1.已知物体的受力情况求物体的运动情况。 vt = v0+at x= v0t+0.5at2 x=(vt2- v02)/2a 据 求a 由受力情况求合力 F=ma 求得x，vt，vo等 2.已知物体的运动情况求物体的受力情况。 F=ma 求合力 受力分析 求受力情况 求得a 由运动情况，据 vt = v0+at x= v0t+0.5at2 x=(vt2- v02)/2a 完成课后相关练习 谢谢观看 谢谢观看 $