1、5牛顿运动定律的应用目标体系构建明确目标梳理脉络【学习目标】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的受力情况。2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。3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。,【思维脉络】课前预习反馈教材梳理落实新知知识点 1从受力情况确定运动情况1牛顿第二定律确定了_运动_和_力_的关系，使我们能够把物体的运动情况和_受力情况_联系起来。2如果已知物体的受力情况，可由牛顿第二定律求出物体的_加速度_
2、，再通过运动学的规律就可以确定物体的_运动情况_。知识点 2从运动情况确定受力情况若已经知道物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的_加速度_，于是就可以由牛顿第二定律确定物体所受的_外力_，这是力学所要解决的又一方面的问题。知识点 3动力学的两类基本问题动力学有两类问题：一是已知物体的受力情况分析_运动_情况；二是已知运动情况分析_受力_情况，程序如下图所示。加速度a其中，_受力分析_是基础，牛顿第二定律和_运动学_公式是工具，_加速度_是桥梁。思考辨析判一判(1)根据物体加速度的方向可以判断物体所受合外力的方向。()(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)加速度
3、是联系运动和力的桥梁。()(4)物体运动状态的变化情况是由它的受力决定的。()(5)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。()选一选静止在光滑水平地面上的物体的质量为2 kg，在水平恒力F推动下开始运动，4 s末它的速度达到4 m/s，则F的大小为(A)A2 N B1 N C4 N D8 N解析：在水平恒力F推动下物体做匀加速直线运动的加速度为a m/s21 m/s2。由牛顿第二定律得Fma21 N2 N。想一想如图所示，在冬季滑冰比赛中，假设滑冰运动员的总质量为55 kg，滑冰运动员左右脚交替蹬冰滑行，左右脚向后蹬冰的力都是110 N，每次蹬冰时间1 s，左右脚交替时，中间
4、有0.5s 的时间不蹬冰，忽略运动员滑行中受到的阻力，设运动员由静止开始直线滑行，你能根据上述条件求出15 s末运动员的速度吗？答案：20 m/s解析：由牛顿第二定律得运动员蹬冰时的加速度a m/s22 m/s2因为在15 s中运动员只10 s的时间加速，所以15 s末的速度vat210 m/s20 m/s课内互动探究细研深究破疑解难探究由物体的受力情况确定运动情况情境导入_玩滑梯是小孩非常喜欢的活动，如果滑梯的倾角为，一个小孩从静止开始下滑，小孩与滑梯间的动摩擦因数为，滑梯长度为L，怎样求小孩滑到底端的速度和需要的时间？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
5、式v22ax和xat2即可求得小孩滑到底端的速度和需要的时间。要点提炼_1问题界定：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和位移。2解题思路3解题步骤(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析， 并画出物体的受力分析图。(2)根据力的合成与分解，求出物体所受的合外力(包括大小和方向)。(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，选择运动学公式，求出所需的物理量任意时刻的速度，任意时间内的位移，以及运动轨迹等。典例剖析_典题1滑沙是国内新兴的一种旅游项目，如图甲所示，游客坐在滑沙板上，随板一起下滑，若
6、将该过程处理成如图乙所示模型，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。若某人和滑板的总质量m60.0kg，滑板与斜坡滑道和水平滑道的动摩擦因数均为0.50，斜坡AB的长度l36 m。斜坡的倾角37(sin 37 0.6，cos 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。(1)人从斜坡顶端滑到底端的时间为多少？(2)人滑到水平面上后还能滑行多远？思路引导：解析：(1)人在斜坡上下滑时，受力分析如图所示。设人沿斜坡下滑的加速度为a，由牛顿第二定律得mgsin Ffma又F
7、fFN垂直于斜坡方向有FNmgcos 0解得a2 m/s2由lat2解得t6 s(2)设人滑到水平面时的速度为v，则有vat解得v12 m/s在水平面上滑行时，设加速度为a，根据牛顿第二定律，有mgma解得a5 m/s2设还能滑行的距离为x，则v22ax解得x14.4m。答案：(1)6 s(2)14.4m思维升华：从受力确定运动情况的分析流程对点训练_1(2021江西宜春市高一期末)如图所示，圆柱体的仓库内有三块长度不同的滑板aO、bO、cO，其下端都固定于底部圆心O，而上端则搁在仓库侧壁，三块滑板与水平面的夹角依次为30、45、60。若有三个小孩同时从a、b、c处开始下滑(忽略阻力)，则(B
8、)Aa处小孩最先到O点Bb处小孩最先到O点Cc处小孩最先到O点D无法判断谁先到O点解析：设仓底半径为r，滑板倾角为，有agsin ，x又xat2t，可知当45有t最小值。故B正确ACD错误。探究由物体的运动情况确定受力情况情境导入_一运动员滑雪时的照片如图所示，如果：(1)知道在下滑过程中的运动时间。(2)知道在下滑过程中的运动位移。试结合上述情况讨论：由物体的运动情况确定其受力情况的思路是怎样的？提示：先根据运动学公式，求得物体运动的加速度，比如vv0at，xv0tat2，v2v2ax等，再由牛顿第二定律求物体的受力。要点提炼_1问题界定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
9、的运动性质、速度、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)根据物体的运动情况，利用运动学公式求出物体的加速度。(2)根据牛顿第二定律确定物体所受的合外力。(3)结合受力分析，从而求出未知的力或与力相关的某些物理量。典例剖析_典题2战士拉车胎进行100 m赛跑训练体能。车胎的质量m8.5kg，战士拉车胎的绳子与水平方向的夹角为37，车胎与地面间的滑动摩擦系数0.7。某次比赛中，一名战士拉着车胎从静止开始全力奔跑，跑出20 m达到最大速度(这一过程可看作匀加速直线运动)，然后以最大速度匀速跑到终点，共用时15 s。取重力加速度g10 m/s2，sin 370.6
10、，cos 370.8。求：(1)战士加速所用的时间t1和达到的最大速度v；(2)战士匀加速运动阶段对车胎的拉力F。思路引导：由运动学方程算出加速时间和最大速度，并计算出匀加速的加速度；对轮胎受力分析，采用正交分解法把绳子对轮胎的拉力沿水平方向和竖直方向分解，并分别列牛顿第二定律方程和平衡方程求解。解析：(1)设匀加速运动的时间为t1，则匀加速阶段位移为：x1t1匀速阶段位移为：x2100x1v(15t1)联立解得：v8 m/s，t15 s(2)由速度公式：vat1得：a m/s21.6m/s2车胎受力如图并正交分解：在x方向有：Fcos 37Ffma在y方向有：FNFsin 30mg0且：Ff
11、N代入数据联立解得：F59.92 N，沿绳与水平方向成37。答案：(1)5 s8 m/s；(2)59.92 N，方向沿绳，与水平方向成37。思维升华：分析由运动情况确定受力问题的思维程序：对点训练_2(多选)(2021广东河源市高一期末)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，如图所示。若裤料与斜面之间的动摩擦因数处处相同，则人员从气囊顶端由静止下滑到底端过程(AC)A所有人员的加速度都相同B质量越大的人加速度越大C所有人员运动的时间都相等D质量越小的人运动时间越短解析：设裤料与斜面之间的动摩
12、擦因数为，质量为m的人沿长度为l的斜面下滑，根据牛顿第二定律得mgsin mgcos ma可得加速度agsin gcos 可见人下滑过程中加速度不变，且与质量无关；根据匀变速直线运动规律得lat2，可见人员下滑过程所用的时间相同。故选AC。核心素养提升以题说法启智培优等时圆模型案例如图所示，ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆，每根杆上套着一个小滑环(图中未画出)，三个滑环分别从a、b、c处释放(初速度为0)，用t1、t2、t3依次表示各滑环到达d所用的时间，则(D)At1t2t2t3Ct3t1t2 Dt1t2t3思路点拨：(1)先求出滑环在杆上运动的加速度。(2)位移可用2Rcos
13、表示。(3)由xat2推导t。解析：小滑环下滑过程中受重力和杆的弹力作用，下滑的加速度可认为是由重力沿细杆方向的分力产生的，设细杆与竖直方向夹角为，由牛顿第二定律知mgcos ma。设圆心为O，半径为R，由几何关系得，滑环由开始运动至d点的位移为x2Rcos。由运动学公式得xat2。 由联立解得t2小滑环下滑的时间与细杆的倾斜情况无关，故t1t2t3。核心素养科学思维等时圆模型(1)质点从竖直圆环上沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到环的最低点所用时间相等，如下图图甲所示；(2)质点从竖直圆环上最高点沿不同的光滑弦由静止开始滑到下端所用时间相等，如图乙所示。课堂达标检测沙场点兵名校真题1(多选)(
14、2021山东青岛市高一月考)如图，质量为4 kg的物体在水平恒力F的作用下沿光滑水平面做匀变速直线运动，位移随时间的变化关系为x2t22t，式中各物理量的单位均为国际单位的主单位，g取10 m/s2，下列说法正确的是(AC)A物体的初速度为2 m/sB物体的加速度为2 m/s2C水平恒力F的大小为16 NDt2 s时物体的速度为12 m/s解析：根据位移随时间的变化关系为x2t22t可知，物体的初速度v02 m/s，加速度a4 m/s2，则选项A正确，B错误；水平恒力F的大小为Fma16 N，选项C正确；t2 s时物体的速度为v2v0at24210 m/s，选项D错误。2(多选)(2021安徽
15、省舒城中学高一开学考试)如图所示，质量为m的物体用细绳拴住放在水平粗糙传送带上，物体到传送带左端的距离为L，稳定时绳与水平方向的夹角为，当传送带分别以v1、v2的速度做逆时针转动时(v1v2)，绳中的拉力分别为F1、F2；若剪断细绳时，物体到达左端的时间分别为t1、t2，则下列说法正确的是(BCD)AF1t2；一直加速的加速度相同均为ag，加速时间相同，即t1t2，故CD正确。3(2021陵川县高级实验中学校高一开学考试)静止在水平地面上的物体的质量为2 kg，在水平恒力F的推动下开始运动，4 s末它的速度达到4 m/s，此时将F撤去，又经6 s物体停下来。设物体与地面间的动摩擦因数不变，求F的大小。答案： N解析：物体匀加速运动的加速度大小a1 m/s21 m/s2匀减速运动的加速度大小a2 m/s2 m/s2根据牛顿第二定律得FFfma1，Ffma2，解得F N