高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 牛顿运动定律的应用评优课课件ppt

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高中物理新教材特点分析
（一）趣味性强，激发学生学习兴趣 在新时代教育制度的改革深化下，学生对于物理课程内容的学习兴趣可以带动学生不断地进行探究。物理课程教学引入趣味性较高的新教材内容，充实物理课堂，引入信息技术，利用多媒体等新时代信息化的教学手段，利用更加直观、动态化的、可观察的教学手段，向学生们展示物理教学课程当中那些抽象的知识点，不断地吸引学生们的好奇心与兴趣力，让学生在物理课堂上能够充分感受到物理的魅力所在。（二）实践性高，高效落实理论学习 在现代化教育课程的背景之下，新课程改革理念越来越融入生活与学习的方方面面，新教材逐步的显现出强大影响力。（三）灵活性强，助力课程目标达成 随着教育制度体系的改革，通过新时代新教材内容的融入，教师不断地革新教学手段，整合线上以及线下的教育资源内容，可以为物理课堂增添新的活力与生机。
NIUDUNYUNDONGDINGLVDEYINGYONG
5　牛顿运动定律的应用
梳理教材 夯实基础 / 探究重点 提升素养 / 课时对点练
1.熟练掌握应用牛顿运动定律解决动力学问题的思路和方法.2.理解加速度是解决两类动力学基本问题的桥梁.
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.物体的初速度与加速度决定了物体做什么运动，在直线运动中：
1.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 ，再通过运动学的规律确定物体的 情况.2.从运动情况确定受力如果已知物体的运动情况，根据运动学规律求出物体的 ，结合受力分析，再根据牛顿第二定律求出 .
1.判断下列说法的正误.(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与它的受力有关.(　　)(4)只要知道物体受力情况就能确定物体的运动性质(　　)
2.如图所示，一质量为8 kg的物体静止在粗糙的水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.2，用一水平拉力F＝20 N拉物体，使其由A点开始运动，经过8 s后撤去拉力F，再经过一段时间物体到达B点停止.则：(g取10 m/s2)
(1)在拉力F作用下物体运动的加速度大小为____ m/s2；
对物体受力分析，如图所示
竖直方向mg＝FN水平方向，由牛顿第二定律得F－μFN＝ma1解得a1＝0.5 m/s2
(2)撤去拉力F瞬间物体的速度大小v＝___ m/s；
v＝a1t＝4 m/s；
(3)撤去拉力F后物体运动的距离x＝___ m.
撤去拉力F后，由牛顿第二定律得－μmg＝ma2解得a2＝－2 m/s2，由0－v2＝2a2x解得x＝4 m.
一、从受力确定运动情况
1.基本思路分析物体的受力情况，求出物体所受的合力，由牛顿第二定律求出物体的加速度；再由运动学公式及物体运动的初始条件确定物体的运动情况.2.流程图
　(2022·安徽寿县正阳中学高一期末)如图所示，小孩与冰车的总质量为30 kg，静止在冰面上.大人用与水平方向夹角为θ＝37°、F＝60 N的恒定拉力，使其沿水平冰面由静止开始移动.已知冰车与冰面间的动摩擦因数μ＝0.05，重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.求：
答案　1.16 m/s2
(1)小孩与冰车的加速度的大小；
冰车和小孩受力如图所示.
竖直方向的合力为零，则有FN＋Fsin θ＝mg，解得支持力FN＝264 N，在水平方向，根据牛顿第二定律得Fcs θ－Ff＝ma，摩擦力Ff＝μFN，解得加速度a＝1.16 m/s2.
(2)冰车运动3 s时的位移的大小；
解得x＝5.22 m.
(3)冰车运动5 s时的速度大小.
根据匀变速直线运动规律v＝at1，解得v＝5.8 m/s.
二、从运动情况确定受力
1.基本思路分析物体的运动情况，由运动学公式求出物体的加速度，再由牛顿第二定律求出物体所受的合力；再分析物体的受力，求出物体受到的作用力.2.流程图
　(2022·北京市西城区高一期末)第24届冬奥会于2022年2月4日在北京和张家口举行.如图甲所示为一位滑雪爱好者，人与装置的总质量为50 kg，在倾角为37°的雪坡上，以2 m/s的初速度沿斜坡匀加速直线滑下.他运动的v－t图像如图乙所示.g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.求：
(1)滑雪者受到雪面的支持力大小；
滑雪者在斜坡上受力如图所示，建立如图所示的直角坐标系，
FN＝mgcs 37°＝400 N.
(2)滑雪者受到的阻力大小.
根据牛顿第二定律，mgsin 37°－Ff＝ma，得Ff＝mgsin 37°－ma＝100 N.
　一质量为m＝2 kg的滑块在倾角θ＝30°的足够长的固定斜面上在无外力F的情况下以加速度a＝2.5 m/s2匀加速下滑.若用一水平向右的恒力F作用于滑块，如图所示，使滑块由静止开始沿斜面向上做匀加速运动，在0～2 s时间内沿斜面向上运动的位移x＝4 m.求：(g取10 m/s2)
(1)滑块和斜面之间的动摩擦因数μ；
滑块沿斜面匀加速下滑时，根据牛顿第二定律可得mgsin θ－μmgcs θ＝ma，
滑块沿斜面向上做匀加速直线运动，
代入数据解得加速度大小a1＝2 m/s2.根据牛顿第二定律可得：Fcs θ－mgsin θ－μ(Fsin θ＋mgcs θ)＝ma1，
1.当题目给出的物理过程较复杂，由多个过程组成时，要明确整个过程由几个子过程组成.将复杂的过程拆分为几个子过程，分析每一个子过程的受力情况、运动性质，用相应的规律解决问题.2.注意分析两个子过程交接的位置，该交接点速度是上一过程的末速度，也是下一过程的初速度，它起到承上启下的作用，对解决问题起重要作用.
　如图所示，一足够长的斜面倾角θ为37°，斜面BC与水平面AB平滑连接，质量m＝2 kg的物体静止于水平面上的M点，M点与B点之间的距离L＝9 m，物体与水平面和斜面间的动摩擦因数均为μ＝0.5，现物体受到一水平向右的恒力F＝14 N作用，运动至B点时撤去该力，(sin 37°＝0.6，取g＝10 m/s2)则：
(1)物体在恒力F作用下运动时的加速度是多大？
在水平面上，根据牛顿第二定律可知F－μmg＝ma，
(2)物体到达B点时的速度是多大？
由M到B，根据运动学公式可知vB2＝2aL，
(3)物体沿斜面向上滑行的最远距离是多少？
在斜面上，根据牛顿第二定律可得，mgsin θ＋μmg·cs θ＝ma′，代入数据得加速度的大小为a′＝10 m/s2，逆向分析可得vB2＝2a′x，
　如图甲所示，质量为m＝1 kg的物体置于倾角为θ＝37°的固定斜面上(斜面足够长)，对物体施加平行于斜面向上的恒力F，作用时间t1＝1 s时撤去力F，物体运动时部分v－t图像如图乙所示，取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6.求：
答案　0.5　30 N
(1)物体与斜面间的动摩擦因数和力F的大小；
设力F作用时物体的加速度为a1，对物体进行受力分析，由牛顿第二定律可知：F－mgsin 37°－μmgcs 37°＝ma1，撤去力F后，物体的加速度大小为a2，由牛顿第二定律有mgsin 37°＋μmgcs 37°＝ma2，根据v－t图像的斜率表示加速度可知a1＝20 m/s2，a2＝10 m/s2，联立解得μ＝0.5，F＝30 N.
(2)t＝3 s时物体的速度大小；
t＝3 s时的速度v3＝v1－a2t＝20 m/s－10×2 m/s＝0，即t＝3 s时物体的速度为0.
(3)物体沿斜面上升的最大高度.
由题图乙知，物体上滑过程中最大速度为v1＝20 m/s，
物体沿斜面上升的最大高度h＝xsin 37°＝18 m.
训练1　两类动力学基本问题
考点一　从受力确定运动情况1.“巨浪”潜射导弹是护国卫疆的利器，假设导弹刚发射后的一段运动可近似看成初速度为0竖直向上的匀加速直线运动，有一导弹的质量为m，助推力为F，忽略空气阻力及燃料的质量，则当导弹运动了时间t时的速度大小为
2.(2021·汕尾市高一期末)刹车痕迹是交警判断交通事故中汽车是否超速的重要依据之一，在一次交通事故中，货车司机看到前方道路上突然窜出一头耕牛时紧急刹车，但还是发生了事故.交警在现场量得货车的刹车痕迹长为15 m，已知货车车轮与地面间的动摩擦因数是0.6，请你帮助交警计算货车的初速度大约为A.40 km/h B.50 km/hC.60 km/h D.70 km/h
3.如图所示，质量为m＝1 kg的物体与水平地面之间的动摩擦因数为0.3，当物体运动的速度为10 m/s时，给物体施加一个与速度方向相反的大小为F＝2 N的恒力，在此恒力作用下(取g＝10 m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)A.物体经10 s速度减为零B.物体经5 s速度减为零C.物体速度减为零后将保持静止D.物体速度减为零后将向右运动
物体减速到零后，F＜Ff，将保持静止状态，故C正确，D错误.
考点二　从运动情况确定受力4.车辆在行驶过程中，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.为了尽可能地减小碰撞引起的伤害，人们设计了安全带及安全气囊如图所示.假定乘客质量为70 kg，汽车车速为108 km/h(即30 m/s)，从发生碰撞到车完全停止需要的时间为1 s，安全带及安全气囊对乘客的平均作用力大小为A.2 100 N B.6 000 NC.8 000 N D.1 000 N
带及安全气囊对乘客的平均作用力F＝ma＝70×(－30) N＝－2 100 N，负号表示力的方向跟初速度方向相反.所以选项A正确.
5.(2022·重庆市一模)我国自主研发的“直8”消防灭火直升机，已多次在火场大显“神威”.在某次消防灭火行动中，“直8”通过一根长绳子吊起质量为2×103 kg的水桶(包括水)，起飞时，在2 s内将水桶(包括水)由静止开始竖直向上匀加速提升了4 m，重力加速度g取10 m/s2，不计空气阻力，则该段时间内绳子拉力大小为A.2.0×104 N B.2.4×104 NC.4.0×104 N D.4.8×104 N
6.(多选)如图所示，质量m＝2 kg的滑块以v0＝20 m/s的初速度沿倾角θ＝37°的足够长的斜面向上滑动，经t＝2 s滑行到最高点.g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.下列说法正确的是A.滑块运动的加速度大小为10 m/s2B.滑块运动的加速度大小为5 m/s2C.滑块与斜面间的动摩擦因数为0.5D.滑块与斜面间的动摩擦因数为0.2
对滑块受力分析有mgsin θ＋μmgcs θ＝ma，解得μ＝0.5，C正确，D错误.
7.质量为0.8 kg的物体在一水平面上运动，图中图线a、b分别表示该物体不受拉力作用和受到水平拉力作用时的v－t图像，则拉力和摩擦力之比为A.9∶8 B.3∶2 C.2∶1 D.4∶3
由v－t图像可知，图线a为水平方向仅受摩擦力的运动，加速度大小a1＝1.5 m/s2，图线b为受水平拉力和摩擦力的运动，加速度大小为a2＝0.75 m/s2，由牛顿第二定律得ma2＝F－Ff，ma1＝Ff，联立解得F∶Ff＝3∶2，选项B正确.
8.(2021·郑州市高一上期末)如图所示，一个物体从A点由静止出发分别沿三条光滑固定轨道到达C1、C2、C3，则A.物体到达C1点时的速度最大B.物体在三条轨道上的运动时间相同C.物体到达C3的时间最短D.物体在AC3上运动的加速度最小
9.如图所示，质量为m＝3 kg的木块放在倾角θ＝30°的足够长的固定斜面上，木块可以沿斜面匀速下滑.若用沿斜面向上的力F作用于木块上，使其由静止开始沿斜面向上加速运动，经过t＝2 s木块沿斜面上升4 m的距离，则推力F的大小为(g取10 m/s2)A.42 N B.6 N C.21 N D.36 N
因木块能沿斜面匀速下滑，由平衡条件知：mgsin θ＝μmgcs θ，所以μ＝tan θ；当在推力作用下加速上滑时，由运动学公式x＝ at2得a＝2 m/s2，由牛顿第二定律得：F－mgsin θ－μmgcs θ＝ma，得F＝36 N，D正确.
10.(2022·丽水市高一期末)我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机C919首飞成功后，拉开了全面试验试飞的新征程.试飞时，飞机在水平跑道上的加速起飞的过程可视为初速度为零的匀加速直线运动，运动1 600 m时才能达到起飞速度v＝80 m/s.已知飞机质量m＝7.0×104 kg，在跑道上运动时受到的阻力为自身重力的0.1倍.求：(1)飞机做匀加速直线运动的加速度大小；
飞机加速过程中做初速度为零的匀加速直线运动，有v2＝2ax，解得a＝2 m/s2.
(2)飞机起飞过程所需的时间；
根据速度－时间关系可得v＝at，解得t＝40 s.
(3)飞机受到牵引力的大小.
答案　2.1×105 N
设飞机在跑道上运动时受到的阻力为Ff，则有Ff＝0.1 mg，由牛顿第二定律得F－Ff＝ma，解得牵引力大小为F＝2.1×105 N.
11.如图所示，楼梯口一倾斜的天花板与水平地面成θ＝37°角.一装修工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板，工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上，大小为10 N，刷子的质量为m＝0.5 kg，刷子可视为质点，刷子与天花板间的动摩擦因数μ＝0.5，天花板长为L＝4 m，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2.求：(1)刷子沿天花板向上运动时的加速度大小；
以刷子为研究对象，受力分析如图所示
设杆对刷子的作用力为F，天花板对刷子的滑动摩擦力为Ff，弹力为FN，刷子所受重力为mg，由牛顿第二定律得(F－mg)sin 37°－μ(F－mg)cs 37°＝ma代入数据解得a＝2 m/s2
(2)工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间.
代入数据解得t＝2 s.
12.如图，小物块以初速度12.5 m/s从斜面底端上滑，斜面倾斜角为30°且足够长，小物块与斜面间的动摩擦因数为 ，则2 s末小物块与斜面底端的距离为(取g＝10 m/s2) m m D.5 m
上滑时：mgsin θ＋μmgcs θ＝ma，解得a＝12.5 m/s2.
由于μmgcs θ>mgsin θ，则小物块静止在最高点，故A正确.
训练2　动力学多过程问题
1.(多选)(2021·梧州市高一期末)随着物流行业快速发展，快递分拣机器人、快递无人机等高科技产品得到广泛应用；在某次试验飞行过程中，一架快递无人机质量为2 kg，运动过程中空气阻力大小恒定.该无人机从地面由静止开始竖直向上运动，一段时间后关闭动力，其v－t图像如图所示，g取10 m/s2.下列判断正确的是A.无人机上升的最大高度为96 mB.6～8 s内无人机下降C.无人机的升力大小为28 ND.无人机所受阻力大小为4 N
由于v－t图像与坐标轴围成的面积代表位移，由题图图线可知0～8 s内无人机的位移最大，xmax＝8×24× m＝96 m，A正确；
由v－t图像可知，6～8 s内图线在t轴上方，则速度为正，说明无人机还在上升，B错误；
2.(多选)(2021·潍坊四县高一上联考)质量m＝2 kg、初速度v0＝8 m/s的物体沿着粗糙水平地面向右运动，物体与地面之间的动摩擦因数μ＝0.1，同时物体还受到一个如图所示的随时间变化的水平拉力F的作用，设水平向右为拉力的正方向，且物体在t＝0时刻开始运动，g取10 m/s2，则以下结论正确的是A.0～1 s内，物体的加速度大小为2 m/s2B.1～2 s内，物体的加速度大小为2 m/s2C.0～1 s内，物体的位移为7 mD.0～2 s内，物体的总位移为11 m
3.(2022·鹤岗一中高一期末)商场工作人员拉着质量为m＝20 kg的木箱沿水平地面运动，若用F1＝100 N的水平力拉木箱，木箱恰好做匀速直线运动，现改用F2＝150 N、与水平方向成53°、斜向上的拉力作用于静止的木箱上，如图所示，已知sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6，重力加速度 g＝10 m/s2，求：(1)木箱与地面之间的动摩擦因数；
由于木箱在水平拉力F1作用下匀速运动，根据牛顿第二定律有F1＝μmg，解得：μ＝0.5
(2)F2作用在木箱上4 s时间内木箱移动的距离.
将F2沿着水平与竖直方向分解，F2沿水平方向和竖直方向的分量分别为F2x＝F2cs 53°，F2y＝F2sin 53°木箱受到水平地面的支持力 FN＝mg－F2y根据牛顿第二定律，F2x－μFN＝ma1解得木箱运动的加速度大小为a1＝2.5 m/s2
(3)若F2作用4 s后撤去，则木箱在水平面上还能滑行多远？
撤去F2后，设木箱在地面上滑行的加速度大小为a2，由μmg＝ma2得：a2＝5 m/s2撤去F2时木箱的速度v＝a1t1＝10 m/s由0－v2＝－2a2x2得：撤去F2后木箱滑行的距离
4.(2022·江苏省泰州中学高一阶段练习)如图所示，经过专业训练的杂技演员进行爬杆表演.质量为60 kg的演员爬上8 m高的固定竖直金属杆，然后抓紧金属杆倒立，头顶离地面7 m高，演员通过双手对金属杆施加不同的压力来控制身体的运动情况.假设演员保持如图所示姿势，从静止开始先匀加速下滑3 m，用时1.5 s，接着立即开始匀减速下滑，当演员头顶刚要接触地面时，速度恰好减为零.若不计空气阻力，g＝10 m/s2，则A.演员下滑的最大速度为4.5 m/sB.演员匀加速下滑时所受摩擦力为440 NC.演员匀减速下滑的加速度大小为1 m/s2D.演员完成全程所需的总时间为3 s
演员匀减速下滑的位移x2＝x－x1＝(7－3) m＝4 m
5.如图所示，一根足够长的水平杆固定不动，一个质量m＝2 kg的圆环套在杆上，圆环的直径略大于杆的截面直径，圆环与杆间的动摩擦因数μ＝0.75.对圆环施加一个与水平方向成θ＝53°角斜向上、大小为25 N的拉力F，使圆环由静止开始做匀加速直线运动(sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6，g取10 m/s2).求：(1)圆环对杆的弹力大小；
分析圆环的受力情况如图甲所示.将拉力F正交分解，F1＝Fcs θ＝15 N，F2＝Fsin θ＝20 N，因mg＝20 N与F2大小相等，故圆环对杆的弹力为0.
(2)圆环加速度的大小；
答案　7.5 m/s2
由(1)可知，在拉力F作用下，环不受摩擦力，由牛顿第二定律可知：F合＝F1＝ma1，代入数据得a1＝7.5 m/s2.
(3)若拉力F作用2 s后撤去，圆环在杆上滑行的总距离.
由(2)可知，撤去拉力F时圆环的速度v0＝a1t1＝15 m/s
撤去拉力F后圆环受力如图乙所示根据牛顿第二定律μmg＝ma2得a2＝7.5 m/s2圆环的速度与加速度方向相反，做匀减速直线运动直至静止，取v0的方向为正方向，则v0＝15 m/s，a＝－7.5 m/s2
故圆环在杆上滑行的总距离x＝x1＋x2＝30 m.
由运动学公式可得：撤去拉力F后圆环滑行的位移
6.如图甲所示，t＝0时，水平地面上质量m＝1 kg的物体在水平向左、大小恒为10 N的力FT的作用下由静止开始运动，同时施加一水平向右的拉力F，拉力F随时间变化的关系图像如图乙所示，物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.5，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2.求：
(1)第2 s末物体的速度；
由牛顿第二定律得FT－F－μmg＝ma1，解得0～2 s内的加速度：a1＝3 m/s2，方向水平向左，由速度公式得第2 s末物体的速度：v1＝a1t1＝6 m/s，方向水平向左；
(2)0～2 s内物体的位移；
(3)经过多长时间物体的速度为零.
2 s后合力方向向右，物体向左做匀减速运动，由牛顿第二定律得F′＋μmg－FT＝ma2，解得a2＝1 m/s2，方向水平向右，
由速度公式得0＝v1－a2t2，解得t2＝6 s.速度为零之后，FT－F＝10 N－6 N＝4 N＜μmg＝5 N，物体静止，不再运动.t＝t1＋t2＝8 s.
7.滑草是一种娱乐项目，某一滑草场中间是水平草坪，左右两侧有斜坡，游客在该滑草场滑草的过程简化为如图所示模型(游客与滑板整体看成质点).游客某一次从左侧斜坡D点滑下，滑至底端C点，经过10 m长的水平草坪，到达右侧斜坡底端B时的速度为10 m/s.已知右侧斜坡与水平面的夹角为37°，滑板与所有草坪间的动摩擦因数均为0.5.(已知sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g＝10 m/s2，各坡平滑连接)求：(1)游客沿左侧斜坡滑到坡底C点的速度的大小v；
由C点到B点的过程中，游客与滑板整体在水平草坪上做匀减速直线运动，则有
Ff＝μmg＝ma1，得a1＝5 m/s2，v2－vB2＝2a1xCB
(2)游客在右侧斜坡上滑行的时间t.
游客与滑板整体在右侧斜坡向上滑行，设到达的最高点为A，有mgsin θ＋μmgcs θ＝ma2得a2＝10 m/s2vB＝a2t1，得t1＝1 svB2＝2a2xAB，得xAB＝5 m由于mgsin θ＞μmgcs θ，游客与滑板整体到达A后会沿着右侧斜坡向下滑行，下滑过程mgsin θ－μmgcs θ＝ma3，得a3＝2 m/s2