人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用精练

这是一份人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用精练，共8页。试卷主要包含了力和运动的关系，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。

理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象，解决有关问题．
核心素养目标
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、力和运动的关系
牛顿第二定律确定了物体________和力的关系；加速度的大小与物体________的大小成正比，与物体的________成反比；加速度的方向与物体________的方向相同．
二、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．
【情境思考】 玩滑梯是小孩非常喜欢的活动，如果滑梯的倾角为θ，一个小孩从静止开始下滑，小孩与滑梯间的动摩擦因数为μ，滑梯长度为L，怎样求小孩滑到底端的速度和需要的时间？
答：

三、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．
【情境思考】 如图为战士正在进行拉轮胎体能训练．
思考：如果战士以很大的速度匀速运动，轮胎有可能离开地面吗？
答：


关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 从受力确定运动情况
归纳总结
1.问题概述
已知物体受力情况确定运动情况，指的是在受力情况已知的条件下，判断出物体的运动状态或求出物体的速度、位移和时间．
2．解题思路
3．解题步骤
(1)选定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出受力示意图．
(2)根据平行四边形定则，应用合成法或正交分解法，求出物体所受的合外力．
(3)根据牛顿第二定律列方程，求出物体运动的加速度．
(4)结合物体运动的初始条件(即初速度v0)，分析运动情况并画出运动草图，选择合适的运动学公式，求出待求的运动学量——任意时刻的速度v、一段运动时间t以及对应的位移x等．
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40 kg，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40 N的水平推力，使冰车从静止开始运动10 s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
迁移拓展1 请根据【例1】中的情境，试求冰车一共滑行了多长时间？
迁移拓展2 请根据【例1】中的情境，假设小明妈妈对冰车施加了40 N的水平推力，使冰车从静止开始运动5 s后，停止施加力的作用，则冰车自由滑行的时间是多少？
针对训练1
如图所示，在海滨游乐场里有一种滑沙运动．某人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始滑下，滑到斜坡底端B点后，沿水平的滑道再滑行一段距离到C点停下来．如果人和滑板的总质量m＝60 kg，滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因数均为μ＝0.5，斜坡的倾角θ＝37°(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)，斜坡与水平滑道间是平滑连接的，整个运动过程中空气阻力忽略不计，重力加速度g取10 m/s2.求：
(1)人(含滑板)从斜坡上滑下的加速度为多大；
(2)若由于场地的限制，水平滑道的最大距离BC为L＝20.0 m，则人(含滑板)从斜坡上滑下的距离应不超过多少．
探究点二 从运动情况确定受力
导学探究
房屋屋顶的设计要考虑很多因素，其中很重要的一点是要考虑排水问题，如果某地降雨量较大，为了使雨滴能尽快地淌离房顶，设雨滴沿房顶下淌时做无初速度、无摩擦的运动．
(1)那么该如何设计屋顶的坡度？
(2)某同学设计了以下几种坡度的屋顶(房屋的宽度一定)，试分析哪一种排水效果最好？
答：








归纳总结
1.问题概述
已知物体运动情况确定受力情况，指的是在运动情况(如物体的运动性质、时间、加速度或位移)已知的条件下，要求得出物体所受的力．
2．解题思路
3．解题步骤
(1)选定研究对象，对研究对象进行运动情况分析和受力分析，并画出运动草图及受力示意图．
(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，求物体所受的合外力．
(4)根据力的合成法或正交分解法，由合外力求出待求力或与力有关的量．
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，4 s内通过8 m的距离，此后关闭发动机，汽车又运动了2 s停止，已知汽车的质量m＝2×103 kg，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
针对训练2 冰壶是冬奥会的正式比赛项目，冰壶在冰面上运动时，运动员可以通过刷冰减小冰壶与冰面之间的动摩擦因数，从而控制冰壶的滑行距离．如图，在2022年北京冬奥会上，已知从冰壶的投掷点到“大本营”中心的距离为40 m，“大本营”的直径为3.66 m．在某次比赛中，质量为19 kg的冰壶被推出后，做初速度为4 m/s的匀减速直线运动，在它停下的最后1 s内位移为0.1 m．(g＝10 m/s2，冰壶可看成质点)求：
(1)冰壶与冰面之间的摩擦力；
(2)30 s内冰壶的位移大小．
5．牛顿运动定律的应用
必备知识·自主学习
一、
加速度 所受合力 质量 所受的合力
二、
牛顿第二定律 运动学
情境思考：提示：首先分析小孩的受力，利用牛顿第二定律求出其下滑的加速度，然后根据公式v2＝2ax和x＝12at2即可求得小孩滑到底端的速度和需要的时间．
三、
运动学 牛顿第二定律
情境思考：提示：轮胎不可能离开地面．
关键能力·合作探究
探究点一
【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＝5 m/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＝50 m.
【答案】 (1)5 m/s (2)50 m
迁移拓展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′＝10 s，所以t总＝t＋t′＝20 s.
答案：20 s
迁移拓展2 解析：由运动学公式得v′m＝a1t1
解得v′m＝2.5 m/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″＝5 s.
答案：5 s
针对训练1 解析：(1)人(含滑板)在斜坡上受力如图甲所示，建立如图所示的坐标系，设人(含滑板)在斜坡上滑下的加速度为a1，由牛顿第二定律得mg sin θ－Ff1＝ma1，FN1－mg cs θ＝0，由摩擦力计算公式得Ff1＝μFN1，联立解得a1＝2 m/s2.
(2)人(含滑板)在水平滑道上受力如图乙所示，由牛顿第二定律得
Ff2＝ma2，FN2－mg＝0
由摩擦力计算公式得Ff2＝μFN2，联立解得人(含滑板)在水平滑道上运动的加速度大小为a2＝5 m/s2
设人(含滑板)从斜坡上滑下的距离为LAB，对AB段和BC段分别由匀变速直线运动的公式得vB2－0＝2a1LAB，0-vB2＝－2a2L
联立解得LAB＝50 m.
答案：(1)2 m/s2 (2)50 m
探究点二
提示：(1)雨滴在屋顶上做匀加速直线运动，要求雨滴尽快淌离房顶，也就是运动时间最短，根据运动学公式可表示出雨滴的加速度，再利用牛顿第二定律表示出加速度，进而可确定屋顶的坡度．
(2)设屋檐的底角为θ，底边长为2L，雨滴做初速度为零的匀加速直线运动，位移大小x＝12at2，而x＝Lcsθ，根据牛顿第二定律得加速度a＝g sin θ，联立以上各式得t＝ 4Lgsin2θ.当θ＝45°时，sin 2θ＝1为最大值，时间t最短，所以坡度为45°的屋顶排水效果最好．
【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＝4 m/s.
(2)汽车滑行减速过程中加速度a2＝0-v0t2＝－2 m/s2，
由牛顿第二定律得－Ff＝ma2，
解得Ff＝4×103 N.
(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＝6×103 N.
【答案】 (1)4 m/s (2)4×103 N (3)6×103 N
针对训练2 解析：(1)根据x＝12at2可得a＝2xt2＝2×0.112 m/s2＝0.2 m/s2
可得f＝ma＝19×0.2 N＝3.8 N
(2)由于t＝v0a＝40.2 s＝20 s
即冰壶在20 s内已停止运动
则30 s内的位移为x总＝v02t＝42×20 m＝40 m
答案：(1)3.8 N (2)40 m科学思维
真实情境下，应用牛顿运动定律解决综合问题．
科学探究
利用生产生活中的实际问题，探究、论证运动和力的关系．
科学态度
与责任
感受物理和生活、科学、技术的联系，培养探索自然的内在动力．