1、5牛顿运动定律的应用核 心 素 养科学思维(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必备知识自主学习突出基础性素养夯基一、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_
2、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)
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
4、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？素养训练1如图所示，长为s11.25 m的水平轨道AB与倾角为37、长为L3 m的光滑斜面BC在B处连接，有一质量为m2 kg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F20 N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0.5，重力加速度g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.求：(1)滑块过B点时
5、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+12at2v2-v02=2axxaT23解答此类问题的一般步骤(1)确定研究对象，
6、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，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m2103 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
7、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m50 kg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100 m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h180 m时启动制动系统使平台开始做匀减速运动，再下落h220 m时刚好停止运动取g10ms2，求：(1)下落的过程中小明运动速度的最大值vm；(2)落地前20 m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10 m高的位
8、置时，小明对平台的压力F的大小随堂演练自主检测突出创新性素养达标1.用30 N的水平外力F拉一个静止在光滑水平面上的质量为20 kg的物体，力F作用3 s后消失，则第5 s末物体的速度和加速度分别是()Av4.5 m/s，a1.5 m/s2 Bv7.5 m/s，a1.5 m/s2Cv4.5 m/s，a0 Dv7.5 m/s，a02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14 m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7，g取10 m/s2，则汽车刹车前的速度大小为()A7 m/s B14 m/sC
9、10 m/s D20 m/s3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()AF BF2CF3 DF44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70 kg，汽车车速为108 km/h(即30 m/s)，从踩下刹车到车完全停止需要的时间为5 s，安全带及安全气囊对乘客的作用力大约为()A420 N B600 NC800 N D1 000 N5民航客机都有紧急出口，发生意外情况的飞机
10、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3.2 m，气囊所构成的斜面长度为6.5 m，一个质量为60 kg的人沿气囊滑下时所受的阻力是240 N(g取10 m/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
11、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Ffmg(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aFfmg，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-v022ax，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Fmgma1vma1t由得vm5 m/s.(2)冰车匀加速运动过程中有x112a1t2冰车自由滑行时有mgma2vm22a2x2又xx1x2由得x50 m.答案：(1)5 m/s(2)50 m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
12、运动，最终速度为0由运动学公式：0vma2t解得t10 s，所以t总tt20 s.答案：20 s拓展迁移2解析：由运动学公式得vma1t1解得vm2.5 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mgma2又0vma2t，解得t5 s.答案：5 s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：mg sin 37ma3，由运动学规律可得vB22a3L，解得vB 6 m/s.(2)撤去F前，由牛顿第二定律得：F cos 37(mgF sin 37)ma1，设F作用的时间为t，则撤去F时有：v1a1t，x112a1t2撤去拉力F后，有：mgma2，vB2-v122(a2)(
13、sx1)，联立解得：t1.5 s.答案：(1)6 m/s(2)1.5 s探究点二【问题探究】提示：根据牛顿第二定律Fmgma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x12at2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x0v0+02t1解得v02x0t14 m/s.(2)汽车滑行减速过程中加速度a20-v0t22 m/s2，由牛顿第二定律得Ffma2，解得Ff4103 N.(3)开始加速过程中加速度为a1，则x012a1
14、t12由牛顿第二定律得FFfma1，解得FFfma16103 N.答案：(1)4 m/s(2)4103 N(3)6103 N素养训练2解析：(1)当下落80 m时小明的速度最大，vm22gh1代入数据可得：vm40 m/s.(2)小明做匀减速运动过程中的加速度大小为avm2 2h2代入数据可得：a40 m/s2.(3)当平台落到离地面10 m高的位置时，小明做匀减速运动，根据牛顿第二定律：Fmgma代入数据得：F2 500 N，根据牛顿第三定律，小明对平台的压力F为2 500 N.答案：(1)40 m/s(2)40 m/s2(3)2 500 N随堂演练自主检测1解析：由牛顿第二定律得加速度aF
15、m3020 m/s21.5ms2，力F作用3 s时速度大小为vat1.53 m/s4.5 m/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：C2解析：由牛顿第二定律得mgma，解得：ag，由v2-v022ax得：v02ax20.71014 m/s14 m/s，所以B项正确答案：B3解析：设阻力为f，由牛顿第二定律得：Ffma1，fma2，va1t，va22t，以上四式联立可得fF3，故选项C正确答案：C4解析：从踩下刹车到车完全停止的5 s内，人的速度由30 m/s减小到0，视为匀减速运动，则有av-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Fma70(6) N420 N，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：A5解析：(1)设气囊与地面夹角为，由数学知识可知：sin 3.2 m6.5 m，根据牛顿第二定律得，mg sin fma1，根据v22a1x1解得v23 m/s(2)由牛顿第二定律得，mgma2结合v22a2x2，解得x23 m.答案：(1)23 m/s(2)3 m