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第四章
人教版 高中物理必修一
第5节 牛顿运动定律的应用
已知力求运动
02
温故知新
01
已知运动求力
03
总结提升
04
为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台上标注的车门位置候车。列车进站时总能准确地停靠在对应车门的位置。让力与运动的关系在生活中完美呈现。这是如何做到的呢？
课堂引入
首先，我们一起来回顾一下力和运动的知识。
温故知新
PART 01
牛顿第二定律F合＝ma，确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的运动情况与受力情况联系起来。
F合＝ma
桥梁
v＝v0＋at
x＝v0t＋at2
＝2ax
重力
弹力
摩擦力
力与运动
01
牛顿第二定律在许多基础科学和工程技术中有广泛的应用。中学物理中我们只研究一些简单的实例，对应于以下两类问题：
1.从受力确定运动情况
2.从运动情况确定受力
具体如何应用呢？
问题与思考
02
从受力确定运动情况
PART 02
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，要求判断出物体的运动状态或求出物体的速度、位移等。
处理这类问题的基本思路：先分析物体受力情况求合力，据牛顿第二定律求加速度，再用运动学公式求所求量(运动学量)。
处理问题的思路
01
【例题1】运动员把冰壶沿水平冰面投出，让冰壶在冰面上自由滑行，在不与其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按比赛规则，投掷冰壶运动员的队友，可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面，减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动。
（1）运动员以 3.4 m/s 的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g 取10 m/s2。
（2）若运动员仍以 3.4 m/s 的速度将冰壶投出，
其队友在冰壶自由滑行10m后开始在其滑行前方
摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的
90%，冰壶多滑行了多少距离？
教材例题
02
（1）运动员以 3.4 m/s 的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为 0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g 取 10 m/s2。
1.明确研究对象
2.受力情况分析
mg
FN
Ff
3.运动过程分析
【解析】冰壶运动方向为正方向建立一维坐标系
Ff ＝ - 1FN ＝- 1mg
a1=-0.2m/s2
-μmg=ma1
由
vt 2－ v02 =2a1x1
x1=28.9m
冰壶滑行了 28.9 m
教材例题
02
（2）若运动员仍以 3.4 m/s 的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行 10 m 后开始在其滑行前方摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的 90%，冰壶多滑行了多少距离？
【解析】设冰壶滑行 10 m 后的速度为 v10，则
v102 ＝ v02 ＋ 2a1x10
冰壶的加速度
a2 ＝－ 2 g ＝－0.02×0.9×10 m/s2 ＝－0.18 m/s2
滑行 10 m 后为匀减速直线运动，由 v2－ v102＝2a2x2 ， v＝0，得
第二次比第一次多滑行了
（10＋21－28.9）m＝2.1m
教材例题
02
若已知运动情况又如何知道受力呢？
从运动情况确定受力
PART 03
已知物体运动情况确定受力情况，指的是在运动情况（知道三
个运动学量）已知的条件下，要求得出物体所受的力或者相关物理
量（如动摩擦因数等）。
处理这类问题的基本思路：先分析物体的运动情况，据运动学
公式求加速度，再在分析物体受力情况的基础上，用牛顿第二定律
列方程求所求量(力).
处理问题的思路
01
【例题2】如图，一位滑雪者，人与装备的总质量为75 kg，以2 m/s 的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为 30°，在5 s的时间内滑下的路程为60 m。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），g取10 m/s2。
教材例题
02
【解析】以滑雪者为研究对象。建立如图所示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。
根据匀变速直线运动规律，有
其中 v0＝ 2 m/s，t＝5s，x＝60 m，则有
根据牛顿第二定律，有
y 方向
x方向
FN－mgcosθ ＝ 0
mgsinθ－Ff ＝ma
a =
x = 60 m；t = 5 s;
v0 = 2 m/s
教材例题
02
得
FN ＝ mgcosθ
Ff ＝m（g sin θ－a）
其中，m ＝ 75 kg，θ ＝ 30°，则有
Ff＝75 N，FN＝650 N
根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为 650 N，方向垂直斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为 75 N，方向沿山坡向上。
教材例题
02
【变式训练】滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡，从刚上坡即开始计时，至3.8s末，滑雪者速度变为0。如果雪橇与人的总质量为m=80kg，求雪橇与山坡之间的摩擦力为多少？g=10m/s2 .
f
mg
FN
联立①②，代入数据，解得
对滑雪者受力分析如图
【解析】
②
①
根据牛顿第二定律
变式训练
03
一、 从受力确定运动情况
二、从运动情况确定受力
物体运
动情况
运动学
公 式
加速度
a
牛顿第
二定律
物体受
力情况
物体运
动情况
运动学
公式
加速度
a
牛顿第
二定律
物体受
力情况
动力学两类基本问题的解题思路
04
总结提升
PART 04
研究对象
m
分析受力
分析运动过程
v0
v
t
x
F1
F2
Fn
…
合力
F
加速度
a
合成、正交分解
F＝ma
课堂总结
【练习1】（2022·湖南·邵阳市第二中学高一期中）如图甲为某热气球示意图，图乙是它某次升空过程中的v-t图像(取竖直向上方向为正方向)，则以下说法正确的是（　　）
A．0~10s内，热气球的平均速度为5m/s
B．30~40s内，热气球竖直向下运动
C．30~40s内，吊篮中的人所受重力大于吊篮对他的支持力
D．0~40s，热气球的总位移为125m
【参考答案】C
课堂练习
【练习2】“巨浪”潜射导弹是护国卫疆的利器，假设导弹刚发出来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（　　）
A． B． C． D．
【参考答案】A
课堂练习
【练习3】第五代制空战机“歼-20”具备高隐身性、高机动性能力，为防止极速提速过程中飞行员因缺氧晕厥，“歼-20”新型的抗荷服能帮助飞行员最大承受9倍重力加速度（指飞机的加速度）。假设某次垂直飞行测试实验中，“歼-20”加速达到50m/s后离地，而后开始竖直向上飞行试验，该飞机在10s内匀加速到3060km/h，匀速飞行一段时间后到达最大飞行高度18.5km。假设加速阶段所受阻力恒定，约为重力的 ，g取10m/s2。已知该“歼-20”质量为20吨，忽略战机因油耗等导致质量的变化。下列说法正确的是
A．本次飞行测试的匀速阶段运行时间为26.5s
B．加速阶段系统的推力为
C．加速阶段飞行员已经晕厥
D．飞机在匀速阶段爬升高度为14.25km
【参考答案】B
课堂练习
【练习4】（2022·湖北·监利市教学研究室高一期末）有一种游戏，游戏者手持乒乓球拍托球移动，距离大者获胜。若某人在游戏中沿水平面做匀加速直线运动，球拍与球保持相对静止且球拍平面和水平面之间的夹角为θ，如图所示。设球拍和球质量分别为M、m，不计球拍和球之间的摩擦，不计空气阻力，则正确的是（　　）
A．运动员的加速度大小为gsinθ
B．球受到合力大小为mgsinθ
C．球拍对球的作用力大小为mgcosθ
D．运动员对球拍的作用力大小为
【参考答案】D
课堂练习
【练习5】（多选）如图所示，一质量为M的长木板静置于光滑水平面上，其上放置质量为m的小滑块。木板受到水平拉力F作用时，用传感器测出长木板的加速度a与水平拉力F的关系如图所示，重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是（　　）
A．小滑块的质量m=2kg
B．小滑块与长木板之间的动摩擦因数为0.2
C．当水平拉力F增大时，小滑块的加速度一定增大
D．当水平拉力F=7N时，长木板的加速度大小为3m/s2
【参考答案】ABD
课堂练习
【练习6】一个静止在水平地面上的物体，质量是2Kg，在6.4N的拉力F作用下沿水平地面向右运动。已知F与水平地面的夹角为370，物体与地面的动摩擦因数为0.25，求物体在4s末的速度和4s内的位移。cos37=0.8，g=10m/s2。
F
370
课堂练习
【解析】物体受力分析如图所示
4s末的速度
由牛顿第二定律，可得:
Fcosθ- FN=ma
FN
mg
F
f
θ
FN+Fsinθ=mg
4s内的位移
课堂练习
【练习7】斜坡轨道AB长为64m，倾角为37°，自顶端A处由静止滑下，整个滑草轨道间的动摩擦因数均为0.5，忽略轨道连接处的速率变化及空气阻力，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8．求：
（1）滑草者及草盆在AB段的加速度大小；
（2）滑到B点时的速度大小；
（3）滑草者及草盆在水平轨道上滑行的最远距离。
【参考答案】（1）2m/s2；（2）16m/s；（3）25.6m
课堂练习
【练习8】汽车轮胎与公路路面之间必须要有足够大的动摩擦因数，才能保证汽车安全行驶。为检测某公路路面与汽车轮胎之间的动摩擦因数，需要测试刹车的车痕。测试汽车在该公路水平直道上以54 km/h的速度行驶时，突然紧急刹车，车轮被抱死后在路面上滑动，直至停下来。量得车轮在公路上摩擦的痕迹长度是17.2 m，则路面和轮胎之间的动摩擦因数是多少？取 g＝10 m/s2。
课堂练习
x
mg
FN
Ff
位移 x＝17.2 m
初速度 v0＝15 m/s
加速度 a
末速度 v＝0
质量 m
动摩擦因数 μ ？
Ff＝－μFN＝－μmg
＝2ax
＝－6.5 m/s2
－μmg＝ma
μ＝
【解析】
课堂练习
人教版 高中物理必修一
第5节 牛顿定律应用

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