人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用学案

这是一份人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用学案，共14页。学案主要包含了从受力确定运动情况，从运动情况确定受力等内容，欢迎下载使用。
科学思维
(1)能用牛顿运动定律解决两类主要问题：已知物体的受力情况确定物体的运动情况、已知物体的运动情况确定物体受力情况．
(2)理解加速度是解决两类动力学基本问题的桥梁．
(3)掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法，即首先对研究对象进行受力和运动情况分析，然后用牛顿运动定律把二者联系起来．
科学态度与责任
初步体会牛顿运动定律对社会发展的影响，建立应用科学知识解决实际问题的意识．
一、从受力确定运动情况
如果已知物体的受力情况，可以由________________求出物体的加速度，再通过________的规律确定物体的运动情况．
二、从运动情况确定受力
如果已知物体的运动情况，根据________规律求出物体的加速度，结合受力分析，再根据________________求出力．
总结·图汇要点
【思考辨析】
(1)根据物体加速度的方向可以判断物体所受合力的方向．( )
(2)根据物体加速度的方向可以判断物体受到的每个力的方向．( )
(3)物体运动状态的变化情况是由它的受力决定的．( )
(4)物体运动状态的变化情况是由它对其他物体的施力情况决定的．( )
[图解1]
[图解2]
探究点一 从受力确定运动情况
问题探究
仔细观察下列图片，分析下列问题
将质量为m的冰壶沿冰面以速度v0投出，如何求解它能滑行的距离？
(1)如图所示，以一定速度v0将冰壶沿冰面投出，冰壶滑行时受什么力？


(2)冰壶滑行时速度不断变小，它的加速度如何求解？
(3)如何求冰壶滑行的距离？


归纳总结
1.从受力确定运动情况的分析流程
2．力的处理方法
典例示范
例1 滑冰车是儿童喜欢的冰上娱乐项目之一．如图所示为小明妈妈正与小明在冰上做游戏，小明与冰车的总质量是40kg，冰车与冰面之间的动摩擦因数为0.05.在某次游戏中，假设小明妈妈对冰车施加了40N的水平推力，使冰车从静止开始运动10s后，停止施加力的作用，使冰车自由滑行．(假设运动过程中冰车始终沿直线运动，小明始终没有施加力的作用)．求：
(1)冰车的最大速率．
(2)冰车在整个运动过程中滑行总位移的大小．
教你解决问题
第三步：物理模型转化数学模型
拓展迁移1 请根据[例1]中的情境，试求冰车一共滑行了多长时间？
拓展迁移2 请根据[例1]中的情境，假设小明妈妈对冰车施加了40N的水平推力，使冰车从静止开始运动5s后，停止施加力的作用，则冰车自由滑行的时间是多少？
素养训练1 如图所示，长为s＝11.25m的水平轨道AB与倾角为θ＝37°、长为L＝3m的光滑斜面BC在B处连接，有一质量为m＝2kg的滑块(可视为质点)，从A处由静止开始受到与水平方向成37°斜向上的拉力F＝20N的作用，经过一段时间后撤去拉力F，此时滑块仍在水平轨道上，但滑块恰好可以滑到斜面的最高点C.已知滑块经过B点时，速度方向改变但大小不变，滑块与AB间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cs37°＝0.8.求：
(1)滑块过B点时速度的大小；
(2)拉力F作用的时间．
探究点二 从运动情况确定受力
问题探究
长征五号遥三运载火箭(人称“胖五”)在文昌航天发射场点火升空，成功发射实战二十号卫星．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是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，火箭质量假设不变．



归纳总结
1.解答此类问题的基本思路
分析物体运动情况
→运动学公式v=v0+atx=v0t+12at2
→求物体的加速度a
→分析物体受力情况
→利用牛顿第二定律F合＝ma
→求物体受到的力．
2．匀变速直线运动规律
v=v0+atx=v0t+12at2⇒v2-v02=2axΔx＝aT2
3．解答此类问题的一般步骤
(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，由合力求出所需的力．
典例示范
例2 一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动，4s内通过8m的距离，此后关闭发动机，汽车又运动了2s停止，已知汽车的质量m＝2×103kg，汽车运动过程中所受的阻力大小不变，求：
(1)关闭发动机时汽车的速度大小；
(2)汽车运动过程中所受到的阻力大小；
(3)汽车牵引力的大小．
教你解决问题
第一步：第一遍读题确定,研究对象汽车
第二步：第二遍读题
建构物理模型过程1：汽车在牵引力作用下做匀加速直线运动过程2：关闭发动机后汽车做匀减速直线运动
第三步：物理模型转化数学模型
素养训练2 某游乐园的大型“跳楼机”游戏，以惊险刺激深受年轻人的欢迎．某次游戏中，质量为m＝50kg的小明同学坐在载人平台上，并系好安全带、锁好安全杆．游戏的过程简化为巨型升降机将平台拉升100m高度，然后由静止开始下落，在忽略空气和台架对平台阻力的情况下，该运动可近似看作自由落体运动．在下落h1＝80m时启动制动系统使平台开始做匀减速运动，再下落h2＝20m时刚好停止运动．取g＝10ms2，求：
(1)下落的过程中小明运动速度的最大值vm；
(2)落地前20m内，小明做匀减速直线运动的加速度a的大小；
(3)当平台落到离地面10m高的位置时，小明对平台的压力F的大小．
1.用30N的水平外力F拉一个静止在光滑水平面上的质量为20kg的物体，力F作用3s后消失，则第5s末物体的速度和加速度分别是( )
A．v＝4.5m/s，a＝1.5m/s2B．v＝7.5m/s，a＝1.5m/s2
C．v＝4.5m/s，a＝0D．v＝7.5m/s，a＝0
2．在交通事故的分析中，刹车线的长度是很重要的依据，刹车线是汽车刹车后，轮胎在地面上发生滑动时留下的划痕．在某次交通事故中，汽车的刹车线长度是14m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7，g取10m/s2，则汽车刹车前的速度大小为( )
A．7m/sB．14m/s
C．10m/sD．20m/s
3．水平面上一个质量为m的物体，在一水平恒力F作用下，由静止开始做匀加速直线运动，经时间t后撤去外力，又经时间2t物体停了下来．则物体受到的阻力应为( )
A．FB．F2
C．F3D．F4
4．如图所示，在行驶过程中，如果车距不够，刹车不及时，汽车将发生碰撞，车里的人可能受到伤害．为了尽可能地减少碰撞引起的伤害，人们设计了安全带及安全气囊．假定乘客质量为70kg，汽车车速为108km/h(即30m/s)，从踩下刹车到车完全停止需要的时间为5s，安全带及安全气囊对乘客的作用力大约为( )
A．420NB．600N
C．800ND．1000N
5．民航客机都有紧急出口，发生意外情况的飞机紧急着陆后．打开紧急出口，狭长的气囊会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面，人员可沿斜面滑行到地面．若机舱口下沿距地面3.2m，气囊所构成的斜面长度为6.5m，一个质量为60kg的人沿气囊滑下时所受的阻力是240N(g取10m/s2)，求：
(1)人滑至气囊底端时的速度是多少？
(2)若人与地面的动摩擦因数为0.2，人在地面上滑行的距离是多少？
5．牛顿运动定律的应用
必备知识·自主学习
一、
牛顿第二定律 运动学
二、
运动学 牛顿第二定律
【思考辨析】
答案：(1)√ (2)× (3)√ (4)×
关键能力·合作探究
探究点一
【问题探究】
提示：(1)重力、支持力和冰面对它的摩擦力．
(2)根据冰壶的受力情况，求出冰壶所受的合力，再根据牛顿第二定律即可求得冰壶滑行时的加速度．冰壶受到的合力等于摩擦力，F合＝Ff＝μmg(μ为冰壶和冰面间的动摩擦因数)，接着根据牛顿第二定律，得加速度大小a＝Ffm＝μg，方向与运动方向相反．
(3)已知冰壶的初速度、末速度、滑行过程中的加速度，根据运动学公式v2-v02＝2ax，即可求得冰壶滑行的距离．
【典例示范】
例1 解析：(1)以冰车及小明为研究对象，由牛顿第二定律得
F－μmg＝ma1①
vm＝a1t②
由①②得vm＝5m/s.
(2)冰车匀加速运动过程中有
x1＝12a1t2③
冰车自由滑行时有μmg＝ma2④
vm2＝2a2x2⑤
又x＝x1＋x2⑥
由③④⑤⑥得x＝50m.
答案：(1)5m/s (2)50m
拓展迁移1 解析：撤去推力后，冰车在摩擦力作用下做匀减速直线运动，最终速度为0
由运动学公式：0＝vm－a2t′
解得t′＝10s，所以t总＝t＋t′＝20s.
答案：20s
拓展迁移2 解析：由运动学公式得v′m＝a1t1
解得v′m＝2.5m/s
停止施加力，冰车做匀减速直线运动
由牛顿第二定律得μmg＝ma2
又0＝v′m－a2t″，解得t″＝5s.
答案：5s
素养训练1 解析：(1)滑块在斜面上滑行时，由牛顿第二定律得：mgsin37°＝ma3，由运动学规律可得vB2＝2a3L，解得vB＝6m/s.
(2)撤去F前，由牛顿第二定律得：Fcs37°－μ(mg－Fsin37°)＝ma1，设F作用的时间为t，则撤去F时有：v1＝a1t，x1＝12a1t2撤去拉力F后，有：μmg＝ma2，vB2-v12＝2(－a2)(s－x1)，联立解得：t＝1.5s.
答案：(1)6m/s (2)1.5s
探究点二
【问题探究】
提示：根据牛顿第二定律F－mg＝ma可知，若想求得推力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＝12at2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，还要知道火箭质量m和发射架的高度x.
【典例示范】
例2 解析：(1)汽车开始做匀加速直线运动，则x0＝v0+02t1
解得v0＝2x0t1＝4m/s.
(2)汽车滑行减速过程中加速度a2＝0-v0t2＝－2m/s2，
由牛顿第二定律得－Ff＝ma2，
解得Ff＝4×103N.
(3)开始加速过程中加速度为a1，则x0＝12a1t12
由牛顿第二定律得F－Ff＝ma1，
解得F＝Ff＋ma1＝6×103N.
答案：(1)4m/s (2)4×103N (3)6×103N
素养训练2 解析：(1)当下落80m时小明的速度最大，
vm2＝2gh1
代入数据可得：vm＝40m/s.
(2)小明做匀减速运动过程中的加速度大小为a＝vm22h2
代入数据可得：a＝40m/s2.
(3)当平台落到离地面10m高的位置时，小明做匀减速运动，根据牛顿第二定律：F′－mg＝ma
代入数据得：F′＝2500N，根据牛顿第三定律，小明对平台的压力F为2500N.
答案：(1)40m/s (2)40m/s2 (3)2500N
随堂演练·自主检测
1．解析：由牛顿第二定律得加速度a＝Fm＝3020m/s2＝1.5ms2，力F作用3s时速度大小为v＝at＝1.5×3m/s＝4.5m/s，而力F消失后，其速度不再变化，物体加速度为零，故C正确．
答案：C
2．解析：由牛顿第二定律得μmg＝ma，解得：a＝μg，由v2-v02＝2ax得：
v0＝2ax＝2×0.7×10×14m/s＝14m/s，所以B项正确．
答案：B
3．解析：设阻力为f，由牛顿第二定律得：F－f＝ma1，f＝ma2，v＝a1t，v＝a2·2t，以上四式联立可得f＝F3，故选项C正确．
答案：C
4．解析：从踩下刹车到车完全停止的5s内，人的速度由30m/s减小到0，视为匀减速运动，则有a＝v-v0t＝-305ms2＝-6ms2.根据牛顿第二定律知安全带及安全气囊对乘客的作用力F＝ma＝70×(－6) N＝－420N，负号表示力的方向跟初速度方向相反．所以选项A正确．
答案：A
5．解析：(1)设气囊与地面夹角为θ，由数学知识可知：sinθ＝3.2 m6.5 m，根据牛顿第二定律得，
mgsinθ－f＝ma1，根据v2＝2a1x1解得v＝23m/s
(2)由牛顿第二定律得，μmg＝ma2
结合v2＝2a2x2，解得x2＝3m.
答案：(1)23m/s (2)3m
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
随堂演练·自主检测——突出创新性 素养达标