第4章 运动和力的关系 章末素养能力提升（正文）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理必修第一册关键能力提升同步学案（人教版）

该高中物理导学案以牛顿运动定律为核心，围绕章末素养能力提升目标，通过知识导航梳理基础概念，设计“探究加速度与力、质量关系”“牛顿定律综合应用”“超失重现象理解”三个递进式探究模块，构建从知识梳理到能力应用的完整学习路径。 亮点在于以实验探究和问题解决为驱动，如探究1中“用弹簧测力计测细线拉力改进实验”，引导学生通过纸带数据处理、a-F图像分析，培养科学探究能力和科学思维素养。每个探究模块配套典例解析、对标训练及易错提醒，既强化物理观念的理解，又促进深度学习，为教师实施单元复习提供系统指导。

章末素养能力提升 【本课时主要内容】 牛顿运动定律 知识导航 匀速直线运动状态或静止状态　改变物体运动状态的原因　质量　正比　反比　相同　F=ma　合外力　受力　运动　方向竖直向上　FN>mg　方向竖直向下　FN<mg　g　0 探究1　探究加速度与力、质量的关系 典例1 在“探究物体质量一定时加速度与力的关系”实验中,某同学做了如图甲所示的实验改进,添加了用弹簧测力计来测细线中的拉力. 典例1 (1) 关于该实验的操作,下列说法正确的是　　　　.  A. 必须用天平测出重物的质量 B. 需要改变重物的质量,打出多条纸带 C. 一定要保证重物的质量远小于小车的质量 (2) 某次实验得到的纸带如图乙所示.已知实验所用电源的频率为50 Hz,根据纸带可求出打B点时小车的速度大小为　　　　m/s,小车的加速度大小为　　　　m/s2.(计算结果均保留2位有效数字)  典例1 (3) 以弹簧测力计的示数F为横坐标,小车的加速度a为纵坐标,画出的a-F图像如图丙所示,其中图像　　　　(选填“P”或“Q”)符合该实验,经计算求得图像的斜率为k,则小车的质量为　　　　.  (4) 由图丙可以得出实验结论:　　　　　　　　　　　　　　　　　　.  必备知识　探究加速度和力、质量关系的实验原理和实验过程. 关键能力　 【答案】(1) B　(2) 1.6　3.2　(3) P　　(4) 见解析 【解析】 (1) 弹簧测力计可以测绳子的拉力,无需用天平测出重物的质量,也不用保证重物的质量远小于小车的质量,A、C错误;需要改变重物的质量,打出多条纸带,B正确.　 (2) 根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度,则有vB= = m/s≈1.6 m/s,为减少偶然误差,根据逐差法可知a= = m/s2≈3.2 m/s2.　 (3) 根据牛顿第二定律有2F=ma,解得a= F,其中图像P符合该实验,图像的斜率为k= ,可得小车的质量为m= .　 (4) 当质量一定时,物体的加速度与受到的合力成正比. 对标训练1 如图甲所示是某班同学探究质量一定时物体的加速度与合力的关系的实验装置.他们的设计思路:① 利用拉力传感器测细绳的拉力F,并将其作为小车受到的合力;② 利用穿过打点计时器且连在小车后端的纸带测小车的加速度a;③ 利用测得的数据作a-F图像并得出结论. 对标训练1 (1) 该实验中,动滑轮、小桶和沙的总质量　　　　(选填“需要”或“不需要”)远远小于小车的质量.  (2) 如图乙所示是实验中挑选出的一条点迹清晰的纸带,图中相邻两个计数点之间还有4个点未画出,打点周期为0.02 s,由该纸带可求得小车的加速度a=　　　　m/s2(结果取2位有效数字).  　对标训练1 (3) 下列不同小组作出的a-F图像中,补偿阻力时木板垫得过高得到的是图像　　　　;图像　　　　对应的小车质量最小.  【答案】(1) 不需要　(2) 1.5　(3) B　A 【解题思路】 易错提醒 动滑轮情境中弹簧测力计示数与物体所受的力的关系辨析;有效数字. 探究2　牛顿运动定律的综合应用 典例2 如图所示,传送带与地面之间的夹角θ=37°,从A端到B端长度为16 m,传送带以10 m/s的速率逆时针转动.在传送带上端A无初速度地放一个质量为0.5 kg的物体,它与传送带间的动摩擦因数为0.5.求物体从A端运动到B端所需的时间.(重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8) 　典例2 必备知识　牛顿第二定律的理解与应用. 关键能力　 【答案】2 s 【解题思路】 典例2答图 　 倾斜传送带问题:多过程问题的分析关键是情境分析;多过程问题要根据条件、联系量和要求的问题灵活选择研究的过程,特别注意联系量的寻找;传送带问题的难点是临界状态:当v物=v带时,摩擦力发生突变,物体的加速度发生突变.分析过程如下: 对标训练2 如图所示,一足够长的倾斜传送带顺时针匀速转动.一小滑块以某一初速度沿传送带向下运动,滑块与传送带间的动摩擦因数恒定,滑块可视为质点,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则滑块速度v随时间t变化的图像可能是 (　　) 对标训练2 【答案】B 【解题思路】 典例3 某教师在讲牛顿运动定律应用的课堂上,做了如下实验:如图所示,将一个可视为质点的小铁块放在薄木板上,老师水平用力抽走木板,同时保证桌子上的小铁块“不动”(肉眼观察不到小铁块的位置发生变化).若小铁块和木板的质量分别为m和M,小铁块与木板间的动摩擦因数为μ1,木板、小铁块与桌面间的动摩擦因数均为μ2,重力加速度为g,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力. 　典例3 (1) 当小铁块相对木板发生运动时,求小铁块所受摩擦力的大小; (2) 要使小铁块相对木板发生运动,求木板所受拉力应满足的条件; (3) 若人肉眼感知物体“不动”,则物体实际运动的最大距离l=0.075 m. m= 1 kg,M=2 kg,μ1=0.1,μ2=0.2,重力加速度g取10 m/s2,小铁块与木板左端的距离d=0.04 m,老师要使小铁块“不动”,需要提供的最小拉力F是多少? 必备知识　牛顿第二定律的理解与应用. 关键能力　 【答案】(1) μ1mg　(2) FT>(μ1+μ2)(M+m)g　(3) F=10.6 N　 【解题思路】 　 板块模型解题关键:(1) 由滑块与木板的相对运动来判断“板”“块”间的摩擦力方向.(2) 当滑块与木板速度相同时,“板”“块”间的摩擦力可能由滑动摩擦力转变为静摩擦力或者两者间不再有摩擦力(水平面上共同匀速运动).(3) 位移关系.滑块由木板一端运动到另一端的过程中,如图所示(x1为滑块位移,x2为木板位移,L为板长),滑块和木板同向运动时,位移之差Δx=x1-x2=L;滑块和木板反向运动时,位移大小之和x2+x1=L. 对标训练3 如图所示,质量M=2 kg的木板A静置于水平面上,质量m=1 kg的小滑块B静置于A的右端,现给A一水平向右的初速度v0=9 m/s,B在相对于A的运动过程中恰好没有滑落,已知A、B间的动摩擦因数μ1=0.1,A与地面间的动摩擦因数μ2=0.3,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2.求: 　对标训练3 (1) A刚获得初速度时,A、B加速度的大小aA、aB; (2) A的长度L. 【答案】(1) aA=5 m/s2,aB=1 m/s2　(2) L=6.75 m　 【解题思路】 　(1) 易错提醒 摩擦力方向的判断;共速后摩擦力的大小、方向;多过程问题中各物理 量之间的联系. 探究3　超、失重现象的理解 典例4 如图甲所示是张明同学站在力传感器上做下蹲、起跳动作的示意图,点P是他的重心位置.如图乙所示是根据传感器采集到的数据画出的力—时间图像.两图中a~g各点均对应,其中有几个点在图甲中没有画出.重力加速度g取10 m/s2.根据图像分析可知 (　　) 典例4 A. 张明所受的重力为1 500 N B. 在c点位置,张明处于失重状态 C. 在e点位置,张明处于失重状态D. 张明在d点的加速度大于在f点的加速度 必备知识　对超重、失重概念的理解及分析. 关键能力　 【答案】D 【解题思路】 对标训练4 在巴黎奥运会上,中国跳水梦之队首次包揽八金.如图甲所示,在某次跳水比赛中,某运动员(视为质点)从距水面10 m高处竖直向上起跳,其运动的速度与时间关系图像如图乙所示,图中0~t2时间内为直线,规定竖直向下为正方向,不计空气阻力,则 (　　) 对标训练4 A. 0~t2时间内运动员一直处于失重状态 B. t2时刻运动员离水面最远 C. 在t2~t3时间内的速度变化得越来越慢,运动员受到的阻力在减小 D. 0~t1时间内运动员的速度越来越大 【答案】A 【解题思路】 易错提醒 超重、失重与运动方向无关. 学科网（北京）股份有限公司 $