第5节 牛顿运动定律的应用 课件 (共30张PPT) 高中物理必修第一册人教版

(共30张PPT)
第四章 运动和力的关系
高中物理必修第一册人教版
第5节 牛顿运动定律的应用
知识点1 从受力情况确定运动情况
1．牛顿第二定律确定了________和________的关系，使我们能够把物体的运动情况和___________联系起来．
2．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______________确定物体的运动情况．
运动　
力　
受力情况　
牛顿第二定律　
运动学规律 　
基础过关
例1-1 质量的物体在 的水平拉力的作用下沿水平面做匀速直线运动，
撤去，经后物体停下来，求物体做匀速运动的速度大小和撤去 后的位移大小。
【答案】;
1．由物体的受力情况确定其运动的思路
2．解题步骤
(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图．
(2)根据力的合成与分解的方法，求出物体所受的合外力(包括大小和方向)．
(3)根据牛顿第二定律列方程，求出物体的加速度．
(4)结合给定的物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需的运动参量．
3．应用牛顿第二定律解题时求合力的方法
(1)合成法：物体只受两个力的作用产生加速度时，合力的方向就是加速度的方向，解题时要求准确作出力的平行四边形，然后运用几何知识求合力F合．反之，若知道加速度方向就知道合力方向．
(2)正交分解法：当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时，通常用正交分解法解答，一般把力正交分解为加速度方向和垂直于加速度方向的两个分量．即沿加速度方向：Fx＝ma，垂直于加速度方向：Fy＝0．
图4-5-1
【解析】物体做匀速直线运动过程中，受力示意图如图4-5-1甲
所示，撤去 后，物体受力示意图如图乙所示。取物体运动方
向为正方向，则。是恒力，故撤去 后，
物体将做匀减速直线运动。
设物体做匀速直线运动的速度为，撤去后的位移为 ，在匀减速直线运动过程中，
由牛顿第二定律得
由运动学公式有（【点关键】末速度 为零。）
联立并代入数据可得物体做匀速运动的速度大小，撤去 后的位移大小
。
. .
知识点2 从运动情况确定受力情况
如果已知物体的运动情况，根据____________求出物体的加速度，再根据________________就可以确定物体所受的力．
运动学公式　
牛顿第二定律 　
例2-2 （多选）一质量 的无人飞机在操作员的操控下由静止开始竖直向上
匀加速运动，然后匀速向上运动，接着匀减速向上运动 速度恰好为零，之后
悬停。已知无人飞机上升过程中的，受到的空气阻力恒为 ，重
力加速度取 ，则( )
AD
A.无人飞机上升的第一个阶段，受到向上的作用力大小是
B.无人飞机上升的第二个阶段，受到向上的作用力大小是
C.无人飞机上升的第三个阶段，受到向上的作用力大小是
D.无人飞机上升的总高度为
基础过关
【解析】以竖直向上为正方向，第一阶段无人飞机的加速度 ，
由牛顿第二定律有 ，得此阶段无人飞机受到向上的作用力
，故A正确；由平衡条件可知第二阶段无人飞机受到向上的作用力
，故B错误；第三阶段无人飞机向上做匀减速运动，加速度为
，由牛顿第二定律有 ，得此阶段无人
飞机受到向上的作用力 ，故C错误；无人飞机上升的总高度
，故D正确。
1．基本思路
分析物体的运动情况，由运动学公式求出物体的加速度，再由牛顿第二定律求出物体所受的合外力，进而可以求出物体所受的其他力，流程图如下所示：
2．解题的一般步骤
(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动分析，并画出物体的受力示意图．
(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的方法，由合力和已知力求出未知力．
由运动情况确定受力应注意的两点问题
(1)由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合力的方向，不能将速度的方向和加速度的方向混淆．
(2)题目中所求的力可能是合力，也可能是某一特定的力，均要先求出合力的大小、方向，再根据力的合成与分解求分力．
知识点3 “等时圆”模型
图4-5-3
例3-3 如图4-5-3所示，、、 是竖直面内三根固定的光滑细
杆，、、、、位于同一圆周上，点为圆周的最高点， 点
为最低点， 为圆心。每根杆上都套着一个小滑环（图中未画
出）。三个滑环都从点无初速度释放，用、、 依次表示滑
环到达、、 点所用的时间，则( ) 始滑到环的最低点所用
时间相等，如图4-5-2甲所示；
B
A. B. C. D.
基础过关
图4-5-4
【解析】以 点为最高点，取合适的直径作圆，如图4-5-4
中虚线圆所示，为竖直直径。三个滑环从 点由静止释
放，到达虚线圆上、、的时间设为 ，设杆与竖直方
向的夹角为 ，虚线圆的直径为 。由
，得 ，则知虚线圆为等时圆，
故从到、、 的时间是相等的，由图可知位移关系为
，，故推得 ，B正确，A、C、
D错误。
题型1 动力学两类基本问题的分析与求解
例4 将质量为的物体以大小为 的初速度从地面竖直向上抛出，设在上
升和下落过程中所受的空气阻力大小均为其重力的，取 ，求：
（1）物体上升的最大高度；
【答案】
【解析】物体上升和下落过程中所受空气阻力大小为其重力的，即有
以竖直向上为正方向，在上升阶段，由牛顿第二定律有 ①
设物体上升的最大高度为 ，由运动学公式有
②
联立①②，并代入数据得 。
（2）物体落回地面时的速度大小。
【答案】
【解析】以竖直向下为正方向，在下降阶段，由牛顿第二定律有 ③
设物体落回地面时的速度为 ，由运动学公式有
④
联立③④，并代入数据得 。
变式1 ［变角度·由受力分析运动变为由运动分析受力］若物体从 高处由静止开
始下落，落至地面所用时间为 ，若空气阻力大小恒定，则空气阻力与重力的比值
是多少？取
【答案】0.6
【解析】物体做初速度为0的匀加速直线运动，以运动的方向为正方向，位移
所以
由牛顿第二定律得
所以
即空气阻力与重力的比值是0.6。
变式2 ［变情境·向上抛出变为竖直下落］若物体从足够高处下落，空气阻力的大小
与物体的速度大小成正比，即、均取国际单位制单位， 为常数，求物体
下落的最大速度重力加速度为 。
【答案】
【解析】设物体下落的最大速度为 ，由题意可知，当物体以最大速度下落时，
此后物体所受重力和空气阻力大小相同，以最大速度匀速下落，加速度为0
由牛顿第二定律有
联立解得 。
变式3 ［变角度·加速度和合力均需要分析］若竖直上抛物体质量 ,刚抛出
时的速度大小,空气阻力的大小与物体的速度大小成正比，即
、均取国际单位制单位，为常数 ,已知物体上升过程中最大加速度是最小加速度的7倍，则的值为多大？取
【答案】0.5
【解析】刚抛出时物体的速度大小 ,此时物体所受空气阻力最大，加速度
最大，最大加速度大小为;上升到最高点时 ,此时物体的加速度最
小，最小加速度大小为,则有,解得 。
【学会了吗│变式题】
图4-5-5
1.如图4-5-5所示，一只杯子固定在水平桌面上，将一块薄纸板
盖在杯口上并在纸板上放一枚鸡蛋，现用水平向右的拉力将纸
板快速抽出，鸡蛋（水平移动距离很小，几乎看不到）落入杯
中，这就是惯性演示实验。已知鸡蛋（可视为质点）中心离纸
板左端的距离为，鸡蛋和纸板的质量分别为和 ，所有接
D
A. B. C. D.
触面间的动摩擦因数均为 ，重力加速度为，若鸡蛋移动的距离不超过 就能保证
实验成功，则所需拉力的最小值为 ( )
【解析】当纸板相对鸡蛋运动时，设鸡蛋的加速度为，纸板的加速度为 。为确
保实验成功，即鸡蛋移动的距离不超过 ，则纸板抽出时鸡蛋运动的最大距离
，纸板运动距离为，联立解得 ，根据牛顿第二定
律，对鸡蛋有，解得， ，对纸板有
（【易错】忽略纸板同时受到鸡蛋和水杯的摩擦力而致错。），
解得拉力的最小值为
，故选D。
.
. .
图4-5-6
例5 ［创新 图像］(2024·山西太原
模拟，多选)如图4-5-6甲所示，物块的质
量，初速度 ，在一水
平向左的恒力作用下从 点沿粗糙的水平
面向右运动，某时刻恒力 突然反向，整
CD
A.末恒力反向 B.末到 末物块做匀减速运动
C.物块与水平面间的动摩擦因数为0.3 D.恒力大小为
个过程中物块速度的平方随位置坐标变化的关系图像如图乙所示，取 。下
列选项正确的是( )
题型2 动力学图像问题求解
【解析】分步解析·轻松学拆题
［第1步：根据题意、图像求加速度］
以水平向右为正方向,由匀变速直线运动的位移—速度关系可知， 内有
，内有
其中,,, ,代入数据，解得
［第2步：求物块做减速运动的时间］
水平向左的恒力作用时间为
末恒力 反向，物块开始做匀加速运动，选项A、B错误。
［第3步：对物块受力分析］
恒力反向前:
恒力反向后:
其中
联立解得 ，选项C、D正确。
【学会了吗│变式题】
2.(2024·广东实验中学开学考试，多选)如图4-5-7（a），一物块在 时刻滑上一固
定斜面，其运动的图线如图（b）所示。若重力加速度及图中的、、 均
为已知量，则可求出( )
ACD
图4-5-7
A.斜面的倾角 B.物块的质量
C.物块与斜面间的动摩擦因数 D.物块沿斜面向上滑行的最大高度
【解析】由题图（b）可知，物块上滑的加速度大小为 ，下滑的加速度大小为
，物块上滑时,根据牛顿第二定律有 ，物块下滑时,
根据牛顿第二定律有 ，可求得斜面倾角及物块与斜面间
的动摩擦因数，无法求出物块的质量，A、C正确，B错误；根据 图像，可以求
出物块沿斜面向上滑行的最大高度为（【点拨】根据 图像的图线
与轴围成的面积表示位移，则 为物块到达最高点时在斜面上滑行的长度。），
D正确。
. .
谢谢大家