4.5 牛顿运动定律的应用课件(共38张PPT)

(共38张PPT)
5．牛顿运动定律的应用
必备知识·自主学习
关键能力·合作探究
随堂演练·自主检测
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
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________规律求出物体的加速度，结合受力分析，再根据________________求出力．
牛顿第二定律
运动学
运动学
牛顿第二定律
　
【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
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)如何求冰壶滑行的距离？
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＝Ff＝μmg(μ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a＝＝μg，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＝2ax，即可求得冰壶滑行的距离．
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．
解析：(1)以冰车及小明为研究对象，由牛顿第二定律得
F－μmg＝ma1①
vm＝a1t②
由①②得vm＝5 m/s.
(2)冰车匀加速运动过程中有
x1＝a1t2③
冰车自由滑行时有μmg＝ma2④
＝2a2x2⑤
又x＝x1＋x2⑥
由③④⑤⑥得x＝50 m.
答案：(1)5 m/s　(2)50 m
?教你解决问题
第三步：物理模型数学模型
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？
解析：撤去推力后，冰车在摩擦力作用下做匀减速直线运动，最终速度为0
由运动学公式：0＝vm－a2t′
解得t′＝10 s，所以t总＝t＋t′＝20 s.
答案：20 s
拓展迁移2　请根据[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？
解析：由运动学公式得v′m＝a1t1
解得v′m＝2.5 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μmg＝ma2
又0＝v′m－a2t″，解得t″＝5 s.
答案：5 s
素养训练1　如图所示，长为s＝11.25 m的水平轨道AB与倾角为θ＝37°、长为L＝3 m的光滑斜面BC在B处连接，有一质量为m＝2 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F＝20 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μ＝0.5，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：
(1)滑块过B点时速度的大小；
(2)拉力F作用的时间．

解析：(1)滑块在斜面上滑行时，由牛顿第二定律得：mg sin 37°＝ma3，由运动学规律可得＝2a3L，解得vB ＝6 m/s.
(2)撤去F前，由牛顿第二定律得：F cos 37°－μ(mg－F sin 37°)＝ma1，设F作用的时间为t，则撤去F时有：v1＝a1t，x1＝a1t2撤去拉力F后，有：μmg＝＝2(－a2)(s－x1)，联立解得：t＝1.5 s.
答案：(1)6 m/s　(2)1.5 s
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．
提示：根据牛顿第二定律F－mg＝ma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x＝at2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.
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
→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
3．解答此类问题的一般步骤
(1)确定研究对象，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m＝2×103 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．
解析：(1)汽车开始做匀加速直线运动，则x0＝t1
解得v0＝＝4 m/s.
(2)汽车滑行减速过程中加速度a2＝＝－2 m/s2，
由牛顿第二定律得－Ff＝ma2，
解得Ff＝4×103 N.
(3)开始加速过程中加速度为a1，则x0＝
由牛顿第二定律得F－Ff＝ma1，
解得F＝Ff＋ma1＝6×103 N.
答案：(1)4 m/s　(2)4×103 N　(3)6×103 N
?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
第三步：物理模型数学模型
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m＝50 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h1＝80 m时启动制动系统使平台开始做匀减速运动，再下落h2＝20 m时刚好停止运动．取g＝，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高的位置时，小
明对平台的压力F的大小．

解析：(1)当下落80 m时小明的速度最大，
＝2gh1
代入数据可得：vm＝40 m/s.
(2)小明做匀减速运动过程中的加速度大小为a＝
代入数据可得：a＝40 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：F′－mg＝ma
代入数据得：F′＝2 500 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.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(　　)
A．v＝4.5 m/s，a＝1.5 m/s2 B．v＝7.5 m/s，a＝1.5 m/s2
C．v＝4.5 m/s，a＝0 D．v＝7.5 m/s，a＝0
解析：由牛顿第二定律得加速度a＝＝ m/s2＝，力F作用3 s时速度大小为v＝at＝1.5×3 m/s＝4.5 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：C
2．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(　　)
A．7 m/s B．14 m/s
C．10 m/s D．20 m/s
解析：由牛顿第二定律得μmg＝ma，解得：a＝μg，由＝2ax得：
v0＝＝ m/s＝14 m/s，所以B项正确．
答案：B
3．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(　　)
A．F B．
C． D．
解析：设阻力为f，由牛顿第二定律得：F－f＝ma1，f＝ma2，v＝a1t，v＝a2·2t，以上四式联立可得f＝，故选项C正确．
答案：C
4．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(　　)
A．420 N B．600 N
C．800 N D．1 000 N
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a＝＝＝.根据牛顿第二定律知安全带及安全气囊对乘客的作用力F＝ma＝70×(－6) N＝－420 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：A
5．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．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？
解析：(1)设气囊与地面夹角为θ，由数学知识可知：sin θ＝，根据牛顿第二定律得，
mg sin θ－f＝ma1，根据v2＝2a1x1解得v＝2 m/s
(2)由牛顿第二定律得，μmg＝ma2
结合v2＝2a2x2，解得x2＝3 m.
答案：(1)2 m/s　(2)3 m