2014年秋高中物理必修一（新人教版）：第四章第6节用牛顿运动定律解决问题(一)课时学案

第6节 用牛顿运动定律解决问题(一)
1.能根据物体的受力情况分析推导物体的运动情况。
2.掌握应用牛顿运动定律和运动学公式解决动力学问题的基本思路和方法，即初步掌握动力学两类基本问题求解的基本思路和步骤。
1.牛顿第二定律给出了加速度与力、质量之 ( http: / / www.21cnjy.com )间的定量关系： 。因此，我们在已知受力的情况下可以结合 ，解决有关物体运动状态变化的问题;我们也可以在已知物体运动状态发生变化的情况下，运用运动学公式求出物体的 ，再结合牛顿第二定律确定物体的受力情况。
2.第一类基本问题
已知物体的 ，求解物体的 ( http: / / www.21cnjy.com ) 。求解此类题的思路是：已知物体的受力情况，根据 ，求出物体的 ，再由物体的初始条件，根据 求出运动学量(速度、位移、时间等)，从而确定物体的运动情况。
3.第二类基本问题
已知物体的 ，求出物体的 ( http: / / www.21cnjy.com ) 。求解此类题的思路是：根据物体的运动情况，利用 求出 ，再根据 就可以确定物体 ，从而求得未知的力或与力相关的某些量，如动摩擦因数、劲度系数、力的角度等。
1.(单选)两物体以相同的初速度滑到同一粗糙水平面上，若两物体的质量，两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相同，则两物体能滑行的最大距离与的关系为( )
＞ C.＜ D.不能确定
2.(单选)用30 N的水平外力 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 拉一静止在光滑的水平面上质量为20 kg的物体，力作用3 s后消失，则第5 s末物体的速度和加速度分别是( )
A.7.5 m／s，1.5
B.4.5 m／s，1.5
C.4.5 m／s，
D.7.5 m／s，
3.(单选)一物块从粗糙斜面底端，以某一初速度开始向上滑行，到达某位置后又沿斜面下滑到底端，则物块在此运动过程中( )
A.上滑时的摩擦力小于下滑时的摩擦力
B.上滑时的加速度小于下滑时的加速度
C.上滑时的初速度小于下滑时的末速度
D.上滑时的时间小于下滑时的时间
4.(单选)质量分别为和的两个物体，从同一高度同时开始下落，下落过程中受到空气阻力分别为和，如果质量为的物体先落到地面，可能是因为( )
C.< D.>
一、从受力确定运动情况
例1 一个静止在水平地面 ( http: / / www.21cnjy.com )上的物体，质量是2 kg，在6.4 N的水平拉力作用下沿水平方向向右运动。物体与地面间的摩擦力是4.2 N。求物体在4 s末的速度和4 s内发生的位移。
思考讨论：(1)本题的研究对象是什么？
(2)它共受几个力的作用？物体受到的合力沿什么方向？大小是多少？
(3)这个题目要求计算物体的速度和位移，而我们目前只能解答匀变速直线运动的速度和位移。这个物体的运动是匀变速直线运动吗？依据是什么？
二、从运动情况确定受力
例2 如图4-6-1所示，一个滑雪者，质量75 kg，以=2 m/s的初速度沿山坡匀加速滑下，山坡的倾角30°，在5 s的时间内滑下的路程60 m，求滑雪者受到的阻力(包括摩擦力和空气阻力)。
思考讨论：(1)如何求出滑雪者的加速度？
(2)滑雪者共受到几个力的作用？这几个力各沿什么方向？它们之中哪个力是待求的，哪个力实际上是已知的？合力方向如何？
(3)滑雪者受力方向较为复杂，物体沿斜面方向匀加速下滑，我们应当如何建立坐标系求合力？
通过探究两个例题，思考并回答以下问题：
(1)两个例题在解题的方法上有什么相同之处？有什么不同之处？
(2)在第二个例题中为什么要建立坐标系？
(3)在运动学中，我们通常是以初速度的方向为坐标轴的正方向;在利用牛顿运动定律解决问题时建立的坐标系与上述的情况相比，有什么不同？
(4)应用牛顿第二定律和运动学公式解题的一般方法。
例3 一个空心小球从距离地面16 m的高处由静止开始落下，经2 s小球落地，已知小球的质量为0.4 kg，求它在下落过程中所受空气阻力多大？( QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 取10 )
思考讨论：此问题属于第几类动力学问题？如何求出小球的加速度？
例4 (2014·新课标全国Ⅰ高考)公路上行驶的两汽车之间应保持一定的安全距离。当前车突然停止时，后车司机可以采取刹车措施，使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰。通常情况下，人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1 s。当汽车在晴天干燥沥青路面上以108 km/h的速度匀速行驶时，安全距离为120 m。设雨天时汽车轮胎与沥青路面间的动摩擦因数为晴天时的 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 。若要求安全距离仍为120 m，求汽车在雨天安全行驶的最大速度。
1.(单选)静止在光滑水平面上的物体受到一个水平拉力 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 作用后开始运动。随时间 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 变化的规律如图4-6-2所示，则下列说法中正确的是( )
A.物体将一直朝同一个方向运动
B.物体将做往复运动
C.物体在前2 s内的位移为0
D.第1 s末物体的速度方向发生改变
2.(单选)某物体做直线运动的图像如图4-6-3甲所示，据此判断图乙( QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 表示物体所受合力，表示物体运动的时间)四个选项中正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )甲
( http: / / www.21cnjy.com )A ( http: / / www.21cnjy.com )B ( http: / / www.21cnjy.com )C ( http: / / www.21cnjy.com )D
乙
图4-6-3
3.两个完全相同的物体，质量均为.8 kg，在同一粗糙水平面上以相同的初速度从同一位置开始运动。图4-6-4中的两条直线分别表示 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 物体受到水平拉力作用和 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 物体不受拉力作用的图像，求：
(1)物体 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 所受拉力F的大小;
(2)12 s末物体之间的距离x。
4. (2014·大纲全国高考·单选)一物块沿倾角为 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 的斜坡向上滑动。当物块的初速度为v时，上升的最大高度为，如图4-6-5所示;当物块的初速度为 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 时，上升的最大高度记为h。重力加速度大小为。物块与斜坡间的动摩擦因数和h分别为( )
A.tan θ和 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) B. tan θ和 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com )
C.tan θ和 D. tan θ和 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com )
5.质量为2 kg的物体在水平推力的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) ，其运动的图像如图4-6-6所示。 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 取10 ，求：
(1)物体与水平面间的动摩擦因数μ;
(2)水平推力 QUOTE http://www.21cnjy.com/ ( http: / / www.21cnjy.com ) 的大小;
(3)0～10 s内物体运动位移的大小。
牛顿运动定律是伟大的定律，但它也有适用 ( http: / / www.21cnjy.com )条件。只有了解了它的适用条件，才能完整地掌握这个规律。课后到图书馆或上网查阅有关牛顿运动定律的书籍或资料，通过查阅相关内容，总结牛顿运动定律的适用条件，并进行小组讨论交流。
自我检测参考答案
1.A 2.C 3.D 4.C
图4-6-1 滑雪者受到的力
图4-6-2
图4-6-4
图4-6-5
图4-6-6