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4.5 牛頓運動定律的應用 學案 高一上學期物理人教版(2019)必修第一冊

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4.5 牛頓運動定律的應用 學案 高一上學期物理人教版(2019)必修第一冊

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第5節 牛頓運動定律的應用
一. 課標 解 讀 課標要求 素養要求
1.能運用牛頓運動定律解答一般的動力學問題。 2.理解運用牛頓運動定律解題的基本方法,即首先對研究對象進行受力和運動情況的分析,然后用牛頓運動定律把二者聯系起來。 3.在分析解題的過程中學習體會一些具體有效的方法。比如,如何建立恰當的坐標系進行解題等。 1.科學思維:會利用運動學,動力學知識認知動力學問題。 2.科學探究:通過各物理量之間的關系認知動力學兩個特點。
一:基礎回顧:
一、牛頓定律
牛頓第二定律確定了① 的定量關系,使我們能夠把物體的② 和
③ 聯系起來.
二、由受力情況確定運動情況
如果已知物體的受力情況,可以由④ 求出物體的⑤ ,再通過
⑥ 就可以確定物體的運動情況。
三、由運動情況確定受力情況
如果已知物體的運動情況,根據⑦ 求出物體的⑧ 再根據
⑨ 就可以確定物體所受的力.
二:課前練習
1.思考判斷(正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)物體的加速度方向就是其運動方向. ( )
(2)同一個物體,其所受合外力越大,加速度越大. ( )
(3)同一個物體,其所受合外力越大,運動越快. ( )
(4)對于任何運動物體,它在任何一段時間內的平均速度都等于該段時間初、末速度的平均值. ( )
2.(多選)一質量為m的雨滴在下落過程中,加速度越來越小,最后雨滴將以某一速度勻速下降,在雨滴下降的過程中,下列說法中正確的是(  )
A.雨滴受到的阻力恒定
B.雨滴受到的阻力越來越大
C.雨滴受到的阻力越來越小
D.雨滴先做變加速運動,再做勻速運動
3.A、B兩物體以相同的初速度滑到同一粗糙水平面上,若兩物體的質量mA>mB,兩物體與粗糙水平面間的動摩擦因數相同,則兩物體能滑行的最大距離xA與xB相比為(  )
A.xA=xB      B.xA>xB
C.xA三:解題總結
1.由受力情況確定物體的運動情況
(1)確定研究的對象,并根據研究對象確定正方向。
(2)對研究對象進行受力分析并畫出受力分析圖。
(3)在受力圖上以受力中心為原點,盡可能多的力在坐標軸上為原則建立直角坐標系。分別求出x、y軸的合力,運用牛頓第二定律根據合力大小求出加速度大小。
(4)與題中所給的條件相結合,選擇恰當的運動學公式,求出所需的物理量。
2.由運動情況確定物體的受力情況
(1)確定研究的對象,并根據研究對象的運動方向確定正方向。
(2)對研究對象進行受力分析并畫出受力分析圖。
(3)選擇合適的運動學公式,求出物體的加速度。
(4)根據牛頓第二定律列方程,求出物體所受的合力。
(5)根據力的合成與分解的方法,由合力求出所需的力。
3.牛頓運動規律的圖像問題
解決這類問題的基本步驟
(1)看清坐標軸所表示的物理量,明確圖像的種類。
(2)看圖線本身,識別兩個相關量的變化關系,從而分析對應的物理過程。
(3)看圖線的截距、斜率、交點、圖線與坐標軸圍成的“面積”等的物理意義。
(4)弄清“圖像與公式”“圖像與圖像”“圖像與物體”之間的對應關系,根據牛頓運動定律及運動學公式建立相關方程解題。
四:課堂檢測
★基礎鞏固★
1.如圖,一質量為m的正方體物塊置于風洞內的水平面上,其一面與風速垂直,當風速為時剛好能推動該物塊.已知風對物塊的推力F正比于,其中v為風速、S為物塊的迎風面積.當風速變為時,剛好能推動用同一材料做成的另一個正方體物塊,則該物塊的質量為( )
A. B. C. D.
2.如圖所示,抗震救災運輸機在某場地卸放物資時,通過傾角的固定的光滑斜軌道面進行。有一件質量為的小包裝盒,由靜止開始從斜軌道的頂端滑至底端,然后又在水平地面上滑行一段距離停下,若點距離水平地面的高度,重力加速度取,求:
(1)包裝盒由滑到經歷的時間;
(2)若地面的動摩擦因數為0.5,包裝盒在水平地面上還能滑行多遠 (不計斜面與地面接觸處的能量損耗)
3.如圖所示為游樂場中深受大家喜愛的“激流勇進”的娛樂項目,人坐在船中,隨著提升機到達高處,再沿著水槽飛滑而下,劈波斬浪的剎那帶給人驚險刺激的感受。設乘客與船的總質量為,船與斜坡水槽和水平水槽間的動摩擦因數均為,斜坡水槽的傾角,斜坡水槽與水平水槽間是平滑連接的,整個運動過程中空氣阻力忽略不計,船進入水平水槽后繼續滑行25 m后停止,重力加速度g取。求:
(1)船沿斜坡水槽下滑的加速度大小;
(2)船滑到斜坡水槽底部O點時的速度大小;
(3)它在斜坡上滑下的距離。
★培優提升★
4.(多選)如圖甲所示,某人正通過定滑輪將質量為m的貨物提升到高處,滑輪的質量和摩擦均不計,貨物獲得的加速度a與繩子的拉力T之間的函數關系如圖乙所示。g表示當地的重力加速度大小,由圖可以判斷(  )
甲     乙
A.圖像與縱軸的交點M的縱坐標為aM=g
B.圖像與橫軸的交點N的橫坐標為TN=mg
C.圖像的斜率等于貨物的質量m
D.圖像的斜率等于貨物質量的倒數
5.如圖甲所示,質量為m=2 kg的物體在水平面上向右做直線運動。過a點時給物體作用一個水平向左的恒力F并開始計時,選水平向右為速度的正方向,通過速度傳感器測出物體的瞬時速度,所得v t圖像如圖乙所示,取重力加速度g=10 m/s2。求:
甲          乙
(1)力F的大小和物體與水平面間的動摩擦因數μ;
(2)10 s末物體離a點的距離。
答案:
一:基礎回顧:
答案:①運動和力 ②運動情況 ③受力情況 ④牛頓第二定律 ⑤加速度 ⑥運動學規律 ⑦運動學公式 ⑧加速度 ⑨牛頓第二定律
二:課前訓練
答案:
× √ × ×
BD [由mg-Ff=ma,可知若加速度越來越小,則阻力越來越大,故選項B正確,A、C錯誤;加速度發生變化,就叫變加速運動,故選項D正確.]
A [由Ff=μmg=ma得a=μg,故A、B兩物體的加速度相同,又據運動學公式v=2ax知x=,故兩物體滑行的最大距離xA=xB,故A正確.]
四:課堂檢測:
答案
1.答案:D
解析:質量為m的物塊被勻速推動時,根據平衡條件有,其中,聯立解得正方形物塊的邊長;現在風速變為原來的2倍,則能推動的物塊邊長為原來的4倍,故體積為原來的64倍,質量為原來的64倍,選項D正確.
2.答案:(1)對物體進行受力分析,由牛頓第二定律,得:,
包裝盒沿斜面由到的位移為
設包裝盒由到做勻加速運動的時間為t

解得:
(2)由動能定理得:
其中
在點速度
代入已知,得
解析:
3.答案:(1)
(2)
(3)62.5 m
解析:(1)設船在斜坡水槽上滑下的加速度大小為,由牛頓第二定律可得:
聯立以上各式,代入數據解得:
(2)(3)設船在水平水槽上的加速度大小為,由牛頓第二定律可得:
聯立以上各式解得:
設從斜坡水槽上滑下的距離為,在水平水槽上滑動的距離為,由運動學公式可得:
代入數據,解得:
聯立解得:
4.BD [對貨物受力分析,貨物受重力mg和拉力T,根據牛頓第二定律,有T-mg=ma,得a=-g。當T=0時,a=-g,即圖線與縱軸的交點M的縱坐標為aM=-g,故A錯誤;當a=0時,T=mg,故圖線與橫軸的交點N的橫坐標為TN=mg,故B正確;圖線的斜率表示貨物質量的倒數,故C錯誤,D正確。]
5.思路點撥:①恒力F的方向不變,而摩擦力的方向隨速度方向的改變而改變。②v t圖像的斜率表示物體的加速度。③v t圖像與t軸所圍面積表示物體的位移。
[解析]  (1)設物體向右做勻減速直線運動的加速度大小為a1,則由v t圖像得a1=2 m/s2
根據牛頓第二定律,有F+μmg=ma1
設物體向左做勻加速直線運動的加速度大小為a2,
則由v t圖像得a2=1 m/s2
根據牛頓第二定律,有F-μmg=ma2
聯立解得F=3 N,μ=0.05。
(2)設10 s末物體離a點的距離為d,d應為v t圖像與橫軸所圍的面積,則
d=×4×8 m-×6×6 m=-2 m
負號表示物體在a點左邊。
[答案] (1)3 N 0.05 (2)在a點左邊2 m處

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