《2019-2020學年高中物理 第四章 牛頓運動定律 6 用牛頓運動定律解決問題（一）學案 新人教版必修1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019-2020學年高中物理 第四章 牛頓運動定律 6 用牛頓運動定律解決問題（一）學案 新人教版必修1（15頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、6用牛頓運動定律解決問題(一)學科素養(yǎng)與目標要求科學思維：1.明確動力學的兩類基本問題.2.理解加速度是解決兩類動力學基本問題的橋梁.3.熟練掌握應用牛頓運動定律解動力學問題的思路和方法一、牛頓第二定律的作用牛頓第二定律揭示了運動和力的關系：加速度的大小與物體所受合力的大小成正比，與物體的質量成反比；加速度的方向與物體受到的合力的方向相同二、兩類基本問題1根據(jù)受力情況確定運動情況如果已知物體的受力情況，則可由牛頓第二定律求出物體的加速度，再根據(jù)運動學規(guī)律就可以確定物體的運動情況2根據(jù)運動情況確定受力情況如果已知物體的運動情況，則可根據(jù)運動學公式求出物體的加速度，再根據(jù)牛頓第二定律就可以確定物體

2、所受的力判斷下列說法的正誤(1)根據(jù)物體加速度的方向可以判斷物體所受合外力的方向()(2)根據(jù)物體加速度的方向可以判斷物體受到的每個力的方向()(3)物體運動狀態(tài)的變化情況是由它的受力決定的()(4)物體運動狀態(tài)的變化情況是由它對其他物體的施力情況決定的()一、從受力確定運動情況一輛汽車在高速公路上正以108km/h的速度向前行駛，司機看到前方有緊急情況而剎車，已知剎車時汽車所受制動力為車重的0.5 倍則汽車剎車時的加速度是多大？汽車剎車后行駛多遠才能停下？汽車的剎車時間是多少？(取g10 m/s2)答案由kmgma可得a5m/s2則汽車剎車距離為s90m.剎車時間為t6s.1由受力情況確定運

3、動情況的基本思路分析物體的受力情況，求出物體所受的合外力，由牛頓第二定律求出物體的加速度；再由運動學公式及物體運動的初始條件確定物體的運動情況流程圖如下：2由受力情況確定運動情況的解題步驟(1)確定研究對象，對研究對象進行受力分析，并畫出物體的受力分析圖(2)根據(jù)力的合成與分解，求合力(包括大小和方向)(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求加速度(4)結合物體運動的初始條件，選擇運動學公式，求運動學量任意時刻的位移和速度，以及運動時間等例1(2019濰坊市高一上學期期末)如圖1所示，木箱在100N的拉力作用下沿粗糙水平地面以5m/s的速度勻速前進，已知木箱與地面間的動摩擦因數(shù)為0.5，拉力與水平地面

4、的夾角為37，重力加速度g10 m/s2，sin370.6，cos370.8.經(jīng)過一段時間后撤去拉力，求：圖1(1)木箱的質量；(2)木箱勻減速運動的時間答案(1)22kg(2)1s解析(1)對木箱受力分析，由平衡條件得Fsin37FNmgFcos37FfFfFN解得：m22kg(2)木箱勻減速運動過程由牛頓第二定律和運動學公式得mgma0vat解得：t1s針對訓練1如圖2所示，樓梯口一傾斜的天花板與水平地面成37角，一裝潢工人手持木桿綁著刷子粉刷天花板，工人所持木桿對刷子的作用力始終保持豎直向上，大小為F10N，刷子的質量為m0.5kg，刷子可視為質點，刷子與天花板間的動摩擦因數(shù)0.5，天花

5、板長為L4m，sin370.6，cos370.8，g10m/s2.試求：圖2(1)刷子沿天花板向上的加速度大??；(2)工人把刷子從天花板底端推到頂端所用的時間答案(1)2m/s2(2)2s解析(1)以刷子為研究對象，受力分析如圖所示設桿對刷子的作用力為F，滑動摩擦力為Ff，天花板對刷子的彈力為FN，刷子所受重力為mg，由牛頓第二定律得(Fmg)sin37(Fmg)cos37ma代入數(shù)據(jù)解得a2m/s2.(2)由運動學公式得Lat2代入數(shù)據(jù)解得t2s.二、從運動情況確定受力1由運動情況確定受力情況的基本思路分析物體的運動情況，由運動學公式求出物體的加速度，再由牛頓第二定律求出物體所受的合外力；再

6、分析物體的受力情況，求出物體受到的作用力流程圖如下：2由運動情況確定受力情況的解題步驟(1)確定研究對象，對物體進行受力分析和運動分析，并畫出物體的受力示意圖(2)選擇合適的運動學公式，求出物體的加速度(3)根據(jù)牛頓第二定律列方程，求出物體所受的合力(4)選擇合適的力的合成與分解的方法，由合力和已知力求出待求的力例2一質量為m2kg的滑塊在傾角為30的足夠長的斜面上在無外力F的情況下以加速度a2.5m/s2勻加速下滑如圖3所示，若用一水平向右的恒力F作用于滑塊，使滑塊由靜止開始在02 s內沿斜面運動的位移x4 m求：(g取10 m/s2)圖3(1)滑塊和斜面之間的動摩擦因數(shù)；(2)恒力F的大小

7、答案(1)(2)N或N解析(1)根據(jù)牛頓第二定律可得mgsinmgcosma，解得.(2)使滑塊沿斜面做勻加速直線運動，有加速度方向沿斜面向上和沿斜面向下兩種可能由xa1t2，得加速度大小a12m/s2.當加速度方向沿斜面向上時，F(xiàn)cosmgsin(Fsinmgcos)ma1，代入數(shù)據(jù)得FN.當加速度方向沿斜面向下時，mgsinFcos(Fsinmgcos)ma1，代入數(shù)據(jù)得FN.針對訓練2一輛汽車在恒定牽引力作用下由靜止開始沿直線運動，4s內通過8m的距離，此后關閉發(fā)動機，汽車又運動了2s停止，已知汽車的質量m2103kg，汽車運動過程中所受阻力大小不變，求：(1)關閉發(fā)動機時汽車的速度大小

8、；(2)汽車運動過程中所受到的阻力大小；(3)汽車牽引力的大小答案(1)4m/s(2)4103N(3)6103N解析(1)汽車開始做勻加速直線運動，x0t1解得v4m/s(2)關閉發(fā)動機后汽車減速過程的加速度a22m/s2由牛頓第二定律有Ffma2解得Ff4103N(3)設開始加速過程中汽車的加速度為a1x0a1t12由牛頓第二定律有：FFfma1解得FFfma16103N三、多過程問題分析1當題目給出的物理過程較復雜，由多個過程組成時，要明確整個過程由幾個子過程組成，將過程合理分段，找到相鄰過程的聯(lián)系點并逐一分析每個過程聯(lián)系點：前一過程的末速度是后一過程的初速度，另外還有位移關系、時間關系等

9、2注意：由于不同過程中力發(fā)生了變化，所以加速度也會發(fā)生變化，所以對每一過程都要分別進行受力分析，分別求加速度例3如圖4所示，ACD是一滑雪場示意圖，其中AC是長L8m、傾角37的斜坡，CD段是與斜坡平滑連接的水平面人從A點由靜止下滑，經(jīng)過C點時速度大小不變，又在水平面上滑行一段距離后停下人與接觸面間的動摩擦因數(shù)均為0.25，不計空氣阻力(取g10m/s2，sin370.6，cos370.8)求：圖4(1)人從斜坡頂端A滑至底端C所用的時間；(2)人在離C點多遠處停下？答案(1)2s(2)12.8m解析(1)人在斜坡上下滑時，對人受力分析如圖所示設人沿斜坡下滑的加速度為a，沿斜坡方向，由牛頓第二

10、定律得mgsinFfmaFfFN垂直于斜坡方向有FNmgcos0聯(lián)立以上各式得agsingcos4m/s2由勻變速直線運動規(guī)律得Lat2解得：t2s(2)人在水平面上滑行時，水平方向只受到水平面的摩擦力作用設在水平面上人減速運動的加速度大小為a，由牛頓第二定律得mgma設人到達C處的速度為v，則由勻變速直線運動規(guī)律得人在斜坡上下滑的過程：v22aL人在水平面上滑行時：0v22ax聯(lián)立解得x12.8m1(從運動情況確定受力)如圖5所示，質量為m3kg的木塊放在傾角30的足夠長的固定斜面上，木塊可以沿斜面勻速下滑若用沿斜面向上的力F作用于木塊上，使其由靜止開始沿斜面向上加速運動，經(jīng)過t2s時間木塊

11、沿斜面上升4m的距離，則推力F的大小為(g取10m/s2)()圖5A42NB6NC21ND36N答案D解析因木塊能沿斜面勻速下滑，由平衡條件知：mgsinmgcos，所以tan；當在推力作用下加速上滑時，由運動學公式xat2得a2m/s2，由牛頓第二定律得：Fmgsinmgcosma，得F36N，D正確2.(從受力確定運動情況)(2019浙南名校聯(lián)盟高一第一學期期末聯(lián)考)如圖6所示，哈利法塔是目前世界最高的建筑游客乘坐世界最快觀光電梯，從地面開始經(jīng)歷加速、勻速、減速的過程恰好到達觀景臺只需45 s，運行的最大速度為18 m/s.觀景臺上可以鳥瞰整個迪拜全景，可將棕櫚島、帆船酒店等盡收眼底，頗為

12、壯觀一位游客用便攜式拉力傳感器測得：在加速階段質量為0.5 kg的物體受到的豎直向上的拉力為5.45 N電梯加速、減速過程視為勻變速直線運動(g取10 m/s2)圖6(1)求電梯加速階段的加速度大小及加速運動的時間；(2)若減速階段與加速階段的加速度大小相等，求觀景臺的高度答案(1)0.9m/s220s(2)450m解析(1)設加速階段加速度為a，由牛頓第二定律得：FTmgma解得a0.9m/s2由vat解得t20s(2)勻加速階段位移x1at2勻速階段位移x2v(t總2t)勻減速階段位移x3高度xx1x2x3450m.3(多過程問題分析)一個質量為4kg的物體靜止在足夠大的水平地面上，物體與

13、地面間的動摩擦因數(shù)0.2.從t0開始，物體受到一個大小和方向呈周期性變化的水平力F的作用，力F隨時間t變化的規(guī)律如圖7所示g取10m/s2.求：(結果可用分式表示)圖7(1)在24s時間內，物體從開始做減速運動到停止所經(jīng)歷的時間；(2)06s內物體的位移大小答案(1)s(2)m解析(1)在02s內，由牛頓第二定律知F1mgma1，a11m/s2，v1a1t1，解得v12 m/s.24s內，物體的加速度a23m/s2，由0v1a2t2知，物體從開始做減速運動到停止所用時間t2s.(2)02s內物體的位移x12m，24s內物體的位移x2m，由周期性可知46s內和02s內物體的位移相等，所以06s內

14、物體的位移x2x1x2m.一、選擇題考點一從受力確定運動情況1用30N的水平外力F，拉一個靜止在光滑水平面上的質量為20kg的物體，力F作用3s后消失則第5s末物體的速度和加速度大小分別是()Av4.5m/s，a1.5 m/s2Bv7.5m/s，a1.5 m/s2Cv4.5m/s，a0Dv7.5m/s，a0答案C解析力F作用下am/s21.5 m/s2,3s末的速度vat4.5m/s,3 s后撤去外力，物體所受合外力為0，a0，物體做勻速運動，故C正確2一個物體在水平恒力F的作用下，由靜止開始在粗糙程度相同的水平面上運動，經(jīng)過時間t，速度變?yōu)関，如果要使物體的速度變?yōu)?v，下列方法正確的是()

15、A將水平恒力增加到2F，其他條件不變B將物體質量減小一半，其他條件不變C物體質量不變，水平恒力和作用時間都增為原來的兩倍D將作用時間增加到原來的2倍，其他條件不變答案D3(多選)如圖1所示，質量為m1kg的物體與水平地面之間的動摩擦因數(shù)為0.3，當物體運動的速度為v010m/s時，給物體施加一個與速度方向相反的大小為F2 N的恒力，在此恒力作用下(g取10 m/s2)()圖1A物體經(jīng)10s速度減為零B物體經(jīng)2s速度減為零C物體的速度減為零后將保持靜止D物體的速度減為零后將向右運動答案BC解析物體向左運動時受到向右的滑動摩擦力，F(xiàn)fFNmg3N，根據(jù)牛頓第二定律得am/s25 m/s2，方向向右

16、，物體的速度減為零所需的時間ts2s，B正確，A錯誤物體的速度減為零后，由于F，即mgsinmgcos，滑塊上滑到速度為零后將繼續(xù)向下運動，選項B錯誤；設滑塊下滑時的加速度大小為a2，由牛頓第二定律可得mgsinmgcosma2，解得a22m/s2，經(jīng)t22s1s1s，滑塊下滑的距離x2a2t221m5m，滑塊未回到出發(fā)點，選項C錯誤；因上滑和下滑過程中的加速度不同，故滑塊全程不做勻變速直線運動，選項A錯誤；t3s時，滑塊沿斜面向下運動，此時的速度va2(tt1)4m/s，選項D正確考點二從運動情況確定受力8.如圖5所示，在行駛過程中，如果車距不夠，剎車不及時，汽車將發(fā)生碰撞，車里的人可能受到

17、傷害為了盡可能地減少碰撞引起的傷害，人們設計了安全帶及安全氣囊假定乘客質量為70kg，汽車車速為108km/h(即30 m/s)，從踩下剎車到車完全停止需要的時間為5s，安全帶及安全氣囊對乘客的平均作用力約為()圖5A420NB600NC800ND1000N答案A解析從踩下剎車到車完全停止的5s內，人的速度由30m/s減小到0，視為勻減速運動，則有am/s26 m/s2.根據(jù)牛頓第二定律知安全帶及安全氣囊對乘客的作用力Fma70(6) N420N，負號表示力的方向跟初速度方向相反所以選項A正確9(多選)如圖6所示，質量為m的小球置于傾角為的斜面上，被一個豎直擋板擋住現(xiàn)用一個水平力F拉斜面，使斜

18、面在水平面上做加速度為a的勻加速直線運動，重力加速度為g，忽略一切摩擦，以下說法正確的是()圖6A斜面對小球的彈力為B斜面和豎直擋板對小球彈力的合力為maC若增大加速度a，斜面對小球的彈力一定增大D若增大加速度a，豎直擋板對小球的彈力一定增大答案AD解析對小球受力分析如圖所示，把斜面對小球的彈力FN2進行正交分解，豎直方向有FN2cosmg，水平方向有FN1FN2sinma，所以斜面對小球的彈力為FN2，A正確FN1mamgtan.由于FN2與a無關，故當增大加速度a時，斜面對小球的彈力不變，擋板對小球的彈力FN1隨a增大而增大，故C錯誤，D正確小球受到的合力為ma，故B錯誤10如圖7所示，一

19、小車上有一個固定的水平橫桿，左邊有一輕桿與豎直方向成角并與橫桿固定，下端連接一小鐵球，橫桿右邊用一根細線吊一質量相等的小鐵球當小車做勻變速直線運動時，細線與豎直方向成角，若，重力加速度為g，則下列說法正確的是()圖7A輕桿對小鐵球的彈力方向與細線平行B輕桿對小鐵球的彈力方向沿輕桿方向向上C輕桿對小鐵球的彈力方向既不與細線平行也不沿著輕桿方向D小車一定以加速度gtan向右運動答案A解析設細線對小鐵球的彈力為F線，由牛頓第二定律得F線sinma，F(xiàn)線cosmg，可得tan，設輕桿對小鐵球的彈力與豎直方向夾角為，大小為F桿，由牛頓第二定律可得F桿cosmg，F(xiàn)桿sinma，可得tantan，可見輕桿

20、對小球的彈力方向與細線方向平行，A正確，B、C錯誤小車的加速度agtan，方向向右，而運動方向可能向右，也可能向左，故D錯誤二、非選擇題11.某研究性學習小組利用力傳感器研究小球與豎直擋板間的作用力，實驗裝置如圖8所示，已知斜面傾角為45，光滑小球的質量m3kg，力傳感器固定在豎直擋板上求：(g10m/s2)圖8(1)當整個裝置靜止時，力傳感器的示數(shù)；(2)當整個裝置向右做勻加速直線運動時，力傳感器示數(shù)為36N，此時裝置的加速度大??；(3)某次整個裝置在水平方向做勻加速直線運動時，力傳感器示數(shù)恰好為0，此時整個裝置的運動方向如何？加速度為多大？答案(1)30N(2)2m/s2(3)方向向左10

21、 m/s2解析(1)以小球為研究對象，設小球與力傳感器靜止時力傳感器對小球的作用力大小為F，小球與斜面間的作用力大小為FN，對小球受力分析如圖所示，由平衡條件可知：Fmg310N30N；(2)豎直方向FNcos45mg；水平方向FFNsin45ma；解得：a2m/s2；(3)要使力傳感器示數(shù)為0，則有：FNcos45mg；FNsin45ma；解得：a10m/s2，方向向左12.如圖9所示，一足夠長的固定粗糙斜面與水平面夾角30.一個質量m1kg的小物體(可視為質點)，在F10N的沿斜面向上的拉力作用下，由靜止開始沿斜面向上運動已知斜面與物體間的動摩擦因數(shù).g取10m/s2.圖9(1)求物體在拉

22、力F作用下運動的加速度大小a1；(2)若力F作用1.2s后撤去，求物體在上滑過程中距出發(fā)點的最大距離答案(1)2.5m/s2(2)2.4m解析(1)對物體受力分析，根據(jù)牛頓第二定律：物體受到斜面對它的支持力FNmgcos5N，物體的加速度a12.5m/s2.(2)力F作用t01.2s后，速度大小為va1t03m/s，物體向上滑動的距離x1a1t021.8m.此后它將向上做勻減速運動，其加速度大小a27.5m/s2.這一過程物體向上滑動的距離x20.6m.整個上滑過程移動的最大距離xx1x22.4m.13.如圖10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，隨著提升機達到高處

23、，再沿著水槽飛滑而下，劈波斬浪的剎那給人驚險刺激的感受設乘客與船的總質量為100kg，在傾斜水槽和水平水槽中滑行時所受的阻力均為重力的0.1倍，水槽的坡度為30，若乘客與船從槽頂部由靜止開始滑行18m經(jīng)過斜槽的底部O點進入水平水槽(設經(jīng)過O點前后速度大小不變，取g10m/s2)求：圖10(1)船沿傾斜水槽下滑的加速度的大??；(2)船滑到傾斜水槽底部O點時的速度大小；(3)船進入水平水槽后15s內滑行的距離答案(1)4m/s2(2)12 m/s(3)72m解析(1)對乘客與船進行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律，有mgsin30Ffma，F(xiàn)f0.1mg，得a4m/s2.(2)由勻變速直線運動規(guī)律有v22ax，代入數(shù)據(jù)得v12m/s.(3)船進入水平水槽后，據(jù)牛頓第二定律有Ffma，故a0.1g0.110m/s21 m/s2，由于t止12s15s，即船進入水平水槽后12s末時速度為0，船在15s內滑行的距離xt止12m72m.15