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

第四章　运动和力的关系 5　牛顿运动定律的应用 1 学习任务目标 1．理解加速度是联系力和运动的桥梁，掌握应用牛顿运动定律和运动学公式解决问题的基本思路和方法。(科学思维) 2．会对研究对象进行受力分析和运动情况分析。(科学思维) 3．初步体会牛顿运动定律对社会发展的影响，培养应用科学知识解决实际问题的意识。(科学态度与责任) 2 问题式预习 知识点一 从受力确定运动情况 1．从受力确定运动情况：已知物体的受力情况，根据牛顿第二定律求出物体的_________，再根据物体的运动学条件(初、末位置和初、末速度及运动时间等)，通过_______________确定物体的运动情况。 加速度 运动学规律 5　牛顿运动定律的应用 3 2．中国有则“守株待兔”的成语故事，如图所示。 若兔子的头部受到大小等于它自身重力的撞击力时， 即可致死。假设兔子与树桩撞击后的速度为0，作用 时间大约为0.2 s，g取10 m/s2。那么，兔子奔跑的速度至少为多少时，才会在树桩上撞死？ 提示：兔子的头部受到大小等于它自身重力的撞击力时，即可致死，则兔子撞击树桩时的加速度a＝g＝10 m/s2，则兔子奔跑的速度至少为v＝at＝2 m/s。 5　牛顿运动定律的应用 4 [微训练] 根据预习内容判断以下说法的正误。 1．物体的加速度方向就是其运动方向。 ( ) 2．同一个物体，其所受合力越大，加速度越大。 ( ) 3．同一个物体，其所受合力越大，运动越快。 ( ) × √ × 5　牛顿运动定律的应用 知识点二 从运动情况确定受力 1．从运动情况确定受力：已知物体的运动情况，根据运动学规律求出物体的_________，再根据牛顿第二定律求出物体所受的______，进而知道物体的受力情况。 2．动力学两类基本问题的思维程序图如下： 由图可知，不论求解哪一类问题，求解的关键是什么？ 提示：解答动力学问题的关键是求加速度，求加速度有两种方法，一是利用运动学规律求解，二是利用牛顿第二定律求解。 加速度 合力 5　牛顿运动定律的应用 6 [微训练] 根据预习内容判断以下说法的正误。 1．在水平粗糙地面上匀速运动的物体，外力撤去后将立即停止运动。 ( ) 2．已知物体的运动情况求其受力情况时，可先由运动学公式求加速度，再由加速度的方向确定合力的方向。 ( ) × √ 5　牛顿运动定律的应用 任务式研习 任务一　从受力确定运动情况 2025年4月24日17时17分，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射成功。 现场指挥倒计时结束发出点火命令后，立刻计时，测得火箭底部通过发射架的时间约为t，如果要求出火箭受到的推力，还要知道哪些条件？不计空气阻力，假设火箭质量不变。 5　牛顿运动定律的应用 8 5　牛顿运动定律的应用 1．一同学将排球自O点垫起，排球竖直向上运动，随后下落回到O点。设排球在运动过程中所受空气阻力大小和速度大小成正比，则该排球 (　　) A．上升时间等于下落时间 B. 被垫起后的瞬间速度最大 C. 达到最高点时加速度为0 D. 下落过程中做匀加速运动 √ 5　牛顿运动定律的应用 A. 不变 B. 逐渐增大 C. 逐渐减小 D. 先减小后增大 √ 5　牛顿运动定律的应用 5　牛顿运动定律的应用 √ √ 5　牛顿运动定律的应用 1.从受力确定运动情况的解题思路 5　牛顿运动定律的应用 14 5　牛顿运动定律的应用 15 一名运动员在滑雪，如图所示。 如果知道运动员在下滑过程中的运动时间或运动位移等运动学量，如何确定其受力情况？ 任务二　从运动情况确定受力 5　牛顿运动定律的应用 1．如图甲所示，小物块从足够长的光滑斜面顶端由静止自由滑下。下滑位移为x时的速度为v，其x-v2图像如图乙所示，g取 10 m/s2，则斜面倾角θ为 (　　) A. 30° B. 45° C. 60° D. 75° √ 5　牛顿运动定律的应用 2．放在水平地面上的一个物块，受到方向不变的水平推力F的作用，力F的大小与时间t的关系如图甲所示；物块的运动速度v与时间t的关系如图乙所示，6 s后的图像没有画出，g取10 m/s2。下列说法正确的是 (　　) A. 物块滑动时受到的摩擦力大小是3 N B. 物块的质量为1.5 kg C. 物块在6～9 s内的加速度大小是1.5 m/s2 D. 物块前6 s内的平均速度大小是4.0 m/s √ 5　牛顿运动定律的应用 1．从运动情况确定受力解题思路 本类型问题是解决从受力确定运动情况问题的逆过程，其思路如下： 2．从运动情况确定受力的注意事项 (1)由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合力的方向，不能将速度的方向和加速度的方向混淆。 (2)题目中要求的力可能是合力，也可能是某一特定的力，均要先求出合力的大小、方向，再根据力的合成与分解求分力。 5　牛顿运动定律的应用 19 任务三　连接体问题 1．如图所示，在光滑水平地面上，两相同物块用细线相连，两物块质量均为1 kg，细线能承受的最大拉力为2 N。若在水平拉力F作用下，两物块一起向右做匀加速直线运动，则F的最大值为 (　　) A. 1 N B. 2 N C. 4 N D. 5 N √ 5　牛顿运动定律的应用 20 √ √ 5　牛顿运动定律的应用 1．整体法 若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求物体之间的相互作用力，可以把连接体看成一个整体进行分析，应用牛顿第二定律列方程求解。 2．隔离法 若连接体内各物体的加速度不相同，或者需要求出系统内各物体之间的相互作用力，就需要把物体从系统中隔离出来，分别应用牛顿第二定律列方程求解。 5　牛顿运动定律的应用 22 3．整体法、隔离法交替运用 若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的相互作用力，可以先用整体法分析，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律列式求解，即“先整体后隔离”。若已知物体之间的作用力，求连接体所受外力，则“先隔离后整体”。 5　牛顿运动定律的应用 23 1．高铁车厢里的水平桌面上放置一本书，书与桌面间的动摩擦因数为0.4，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2。若书不滑动，则高铁的最大加速度不超过 (　　) A．2.0 m/s2 B. 4.0 m/s2 C. 6.0 m/s2 D. 8.0 m/s2 任务四　动力学中的临界问题 B　解析：书放在水平桌面上，若书相对于桌面刚好不滑动，则最大静摩擦力提供加速度，即Ffm＝μmg＝mam，解得am＝μg＝4.0 m/s2，书相对高铁静止，若书不动，则高铁的最大加速度也为 4.0 m/s2。故选B。 √ 5　牛顿运动定律的应用 5　牛顿运动定律的应用 √ 5　牛顿运动定律的应用 1．四种典型的临界条件 (1)接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离，临界条件是弹力FN＝0且a相等。 (2)相对滑动的临界条件：两物体相接触且相对静止时，常存在着静摩擦力，则相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值。 (3)绳子断裂与松弛的临界条件：绳子所能承受的张力是有限度的，绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力，绳子松弛与拉紧的临界条件是 FT＝0且绳两端的物体加速度相同。 (4)加速度变化时，速度达到最值的临界条件：当加速度变为0时，速度达到最大值或最小值。 5　牛顿运动定律的应用 27 2．处理动力学中的临界、极值问题 (1)基本思路 ①认真审题，详尽分析问题中的变化过程(包括分析整体过程中有几个阶段)。 ②寻找过程中变化的物理量，探索物理量的变化规律。 ③确定临界状态，分析临界条件，找出临界关系。 5　牛顿运动定律的应用 28 (2)思维方法 极限法 把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，以达到正确解决问题的目的 假设法 临界问题存在多种可能，特别是存在非此即彼两种可能，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题 数学法 将物理过程转化为数学表达式，根据数学表达式的最值解出临界条件 5　牛顿运动定律的应用 29 提示：根据牛顿第二定律F－mg＝ma可知，若要求得推力F，还要知道火箭的质量和加速度，火箭的加速度可以根据运动学公式x＝at2求得，即需要知道发射架的高度x和火箭通过发射架的时间t。综上所述，除了时间t已经测得外，还要知道火箭的质量m和发射架的高度x。 2．如图所示，圆弧轨道MN固定在竖直平面内，O为圆心，Q、O、N三点在同一竖直线上，OQ＝ON。现将光滑平板(足够长)的下端P置于M处，上部架在Q点。平板下端的位置可在圆弧轨道MN上调节，使得平板与竖直线间的夹角α可调节。将物块(可视为质点)从Q点由静止释放，物块沿平板从Q点滑到P点的时间用t表示。若仅将α减小，则t将 (　　) 3．(多选)如图所示，原长为l的轻质弹簧，一端固定在O点，另一端与一质量为m的小球相连。小球套在竖直固定的粗糙杆上，与杆之间的动摩擦因数为0.5。杆上M、N两点与O点的距离均为l，P点到O点的距离为l，OP与杆垂直。当小球置于杆上P点时恰好能保持静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度 大小为g。小球以某一初速度从M点向下运动到N点，在此 过程中，弹簧始终在弹性限度内。下列说法正确的是 (　　) A. 弹簧的劲度系数为 B. 小球在P点下方l处的加速度大小为(3－4)g C. 从M点到N点的运动过程中，小球受到的摩擦力先变小再变大 D. 从M点到P点和从P点到N点的运动过程中，关于P对称的两点摩擦力大小相等。 2．合成法与正交分解法的应用 (1)当物体受两个力的时候，可用合成法求它们的合力。 (2)当物体受到两个以上的力的作用产生加速度时，通常用正交分解法处理。一般将力正交分解为沿加速度方向和垂直于加速度方向的分量，沿加速度方向 Fx＝ma，垂直于加速度方向Fy＝0。特殊情况下，若物体受到的力都在两个互相垂直的方向上，也可将坐标轴建立在力的方向上，正交分解加速度a，根据牛顿第二定律，列方程求解。 提示：先根据运动学公式，比如v＝v0＋at，x＝v0t＋at2，v2－v＝2ax等，求得运动员的加速度，再由牛顿第二定律求运动员的受力情况。 2．(多选)在一条东西向的水平直铁轨上，停放着一列已用挂钩连接好的车厢。当机车在东边拉着这列车厢以大小为a的加速度向东行驶时，连接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为F；当机车在西边拉着这列车厢以大小为a的加速度向西行驶时，P和Q间的拉力大小仍为F。不计车厢与铁轨间的摩擦，每节车厢质量相同，则这列车厢的节数可能为 (　　) A. 8 B. 10 C. 15 D. 18 2．如图所示，a、b两个物体静止叠放在水平桌面上，已知ma＝mb＝m，a、b间的动摩擦因数为μ，b与地面间的动摩擦因数为μ。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。现对a施加一个水平向右的拉力F，下列说法正确的是 (　　) A．若a、b两个物体始终相对静止，则力F不能超过μmg B. 当力F＝μmg时，a、b间的摩擦力为μmg C. 无论力F为何值，b的加速度不会超过μg D. 当力F>μmg时，b相对a滑动 $