4.5 牛顿运动定律的应用（共26张PPT）物理人教版（2019）必修第一册
文档属性
| 名称 | 4.5 牛顿运动定律的应用（共26张PPT）物理人教版（2019）必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-01-14 10:07:03 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
第四章
运动和力的关系
4.5 牛顿运动定律的应用
目录
一、上节回溯
三、小结
四、练习
二、知识讲解
一、上节回溯
1．基本单位
（1）基本量
（2）基本单位
2．导出单位
（1）导出量
（2）导出单位
3．单位制
4．国际单位制
二、知识讲解——从受力确定运动情况
为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台上标注的车门位置候车。列车进站时总能准确地停靠在对应车门的位置。这是如何做到的？
问题引入
牛顿第二定律确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的运动情况和受力情况联系起来。
牛顿第二定律的作用
二、知识讲解——从受力确定运动情况
例题 1：
运动员把冰壶沿水平冰面投出，让冰壶在冰面上自由滑行，在不与其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按比赛规则，投掷冰壶运动员的队友，可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面，减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动。
（1）运动员以 3.4 m/s 的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为 0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g 取 10 m/s2 。
（2）若运动员仍以 3.4 m/s 的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行 10 m 后开始在其滑行前方摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的 90 %，冰壶多滑行了多少距离？
已知物体的受力情况，可以由牛顿第二定律求出物体的加速度，再通过运动学的规律确定物体的运动情况。
二、知识讲解——从受力确定运动情况
分析 （1）对物体进行受力分析后，根据牛顿第二定律可以求得冰壶滑行时的加速度，再结合冰壶做匀减速直线运动的规律求得冰壶滑行的距离。
（2）冰壶在滑行 10 m 后进入冰刷摩擦后的冰面，动摩擦因数变化了，所受的摩擦力发生了变化，加速度也会变化。前一段滑行 10 m 的末速度等于后一段运动的初速度（图 4.5-2）。根据牛顿第二定律求出后一段运动的加速度，并通过运动学规律求出冰壶在后一段过程的滑行距离，就能求得比第一次多滑行的距离。
图 4.5-2
二、知识讲解——从受力确定运动情况
解 （1）选择滑行的冰壶为研究对象。冰壶所受的合力等于滑动摩擦力 Ff（图 4.5-3）。设冰壶的质量为 m ，以冰壶运动方向为正方向建立一维坐标系，滑动摩擦力 Ff 的方向与运动方向相反，则
Ff＝－μ1FN＝－μ1mg
根据牛顿第二定律，冰壶的加速度为
a1＝＝－＝－μ1g＝－0.02×10 m/s2＝－0.2 m/s2
加速度为负值，方向与 x 轴正方向相反。
将 v0＝3.4 m/s，v＝0 代入 v2－v02＝2a1x1，得冰壶的滑行距离为
x1＝－＝－ m＝28.9 m
冰壶滑行了 28.9 m 。
图 4.5-3
二、知识讲解——从受力确定运动情况
（2）设冰壶滑行了 10 m 后的速度为 v10，则对冰壶前一段的运动有
v102＝v02＋2a1x10
冰壶后一段运动的加速度为
a2＝－μ2g＝－0.02×0.9×10 m/s2＝－0.18 m/s2
滑行 10 m 后为匀减速直线运动 ，由 v2－v102＝2a1x1，v＝0 得
x2＝－＝－＝－ m＝21 m
第二次比第一次多滑行了
(10＋21－28.9) m＝2.1 m
第二次比第一次多滑行了 2.1 m 。
二、知识讲解——从受力确定运动情况
（1）本题中的研究对象是谁？
（2）研究对象受多少个力的作用？画出正确的受力分析示意图。
（3）研究对象的运动情况是怎样的？画出运动过程的示意简图。
（4）分析已知条件，应该如何求加速度？
（5）如何确定研究对象最终的运动情况？
问题讨论
二、知识讲解——从受力确定运动情况
例题 2：
如图一位滑雪者，人与装备的总质量为 75 kg，以 2 m/s 的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为 30°，在 5 s 的时间内滑下的路程为 60 m 。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），取 g＝10 m/s2。
已知物体的运动情况，可以由运动学规律求出物体的加速度，结合受力分析，再根据牛顿第二定律求出力 。
二、知识讲解——从运动情况确定受力
分析 由于不知道动摩擦因数及空气阻力与速度的关系，不能直接求滑雪者受到的阻力。应根据匀变速直线运动的位移和时间的关系式求出滑雪者的加速度，然后，对滑雪者进行受力分析。滑雪者在下滑的过程中，受到重力 mg 、山坡的支持力 FN 以及阻力 Ff 的共同作用。通过牛顿第二定律可以求得滑雪者受到的阻力。
解 以滑雪者为研究对象。建立如图 4.5-5 所示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。
根据匀变速直线运动规律，有：x＝v0t＋at2
其中 v0＝2 m/s，t＝5 s，x＝60 m，则有
a＝＝ m/s2＝4 m/s2
30°
mg
mg sin30°
a
mgcos30°
Ff
FN
x
y
O
图 4.5-5
二、知识讲解——从运动情况确定受力
根据牛顿第二定律，有
y 方向 FN－mg cos θ＝0
x 方向 mg sin θ－Ff＝ma
得 FN＝mg
Ff＝m (g sin θ－a)
其中，m＝75 kg，θ＝30° ，则有
Ff＝75 N，FN＝650 N
根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为 650 N，方向垂直于斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为 75 N，方向沿山坡向上。
30°
mg
mg sin30°
a
mgcos30°
Ff
FN
x
y
O
图 4.5-5
二、知识讲解——从运动情况确定受力
科学思维
动力学两类问题的两个分析:
两个分析
过程分析
受力分析
多个过程分体应逐一分析每个过程，找出相邻过程的联系点
受力分析时明确施力物体和受力物体
二、知识讲解——从运动情况确定受力
应用牛顿运动定律解题步骤
1．已知受力情况确定运动情况：
（1）确定研究对象；
（2）对确定的研究对象进行受力分析，画出物体的受力示意图；
（3）建立直角坐标系，在相互垂直的方向上分别应用牛顿第二定律列式 Fx＝max，Fy＝may 。求得物体运动的加速度；
（4）应用运动学的公式求解物体的运动学量。
二、知识讲解——从运动情况确定受力
应用牛顿运动定律解题步骤
2．已知运动情况确定受力情况：
（1）确定研究对象；
（2）对物体进行受力分析并建立题目中的物理情景，画出运动示意图；
（3）根据物体的运动情况对物体运用运动学公式求出加速度；
（4）根据牛顿第二定律求出合力，结合物体受力分析求出所求的力。
二、知识讲解——从运动情况确定受力
学以致用
1．一位同学通过电视机观看火箭发射的直播，他听到现场指挥倒计时结束发出“点火”命令后，立刻用停表计时，测得从火箭点火到火箭底部通过发射架顶端的时间 t＝4.8 s，如果不计空气阻力，他想算出火箭受到的推力为多大，还要知道哪些条件？请你帮助该名同学完善他的测量方案，把需要知道的条件设为已知量，写出火箭受到的推力表达式。
二、知识讲解——从运动情况确定受力
学以致用
2． 如图小球 m1、m2 原来均静止，现如果从图中 A 处剪断，则在剪断瞬间：
（1） 图中的弹簧的拉力将如何变化？
（2） m1 的瞬时加速度的大小和方向？
（3） m2 的瞬时加速度的大小和方向？
二、知识讲解——从运动情况确定受力
学以致用
认真观察手释放瞬间，三个球的运动情况会怎样？
二、知识讲解——从运动情况确定受力
三、小结
受力情况
运动情况
加速度 a
加速度 a
受力分析图
运动示意图
G＝mg
F＝kx
f ＝μN
其它力
F＝ma
F＝ma
运动学分析
运动学分析
第一类问题
第二类问题
vt＝v0＋at
x＝v0t＋at2
2ax＝－
四、练习
1．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（图 4.5-7）。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，那么，人滑至气囊底端时的速度是多少？g 取10 m/s2 。
答：设斜面的倾角为 θ ，则 sin θ＝＝0.49 。根据牛顿第二定律有 mg sin θ－Ff＝ma 。代入数据得 a＝0.92 m/s2 。人滑至气囊底端的速度 v2＝2ax 。代入数据解得 v＝3.5 m/s 。
图 4.5-7
2．汽车轮胎与公路路面之间必须要有足够大的动摩擦因数，才能保证汽车安全行驶。为检测某公路路面与汽车轮胎之间的动摩擦因数，需要测试刹车车痕。测试汽车在该公路水平直道上以 54 km/h 的速度行驶时，突然紧急刹车，车轮被抱死后在路面上滑动，直至停下来。量得车轮在公路上摩擦的痕迹长度是 17.2 m ，则路面和轮胎之间的动摩擦因数是多少？g 取 10m/s2 。
答：汽车初速度为 v0＝54 km/h＝15 m/s ，刹车后做匀减速运动的加速度大小为 a＝＝ m/s2＝6.5 m/s2 。根据牛顿第二定律有 μmg＝ma，故 μ＝＝＝0.65 。
四、练习
3．一辆货车运载着圆柱形光滑的空油桶。在车厢底，一层油桶平整排列，相互紧贴并被牢牢固定，上层只有一只桶 C ，自由地摆放在桶 A、B 之间，没有用绳索固定。桶 C 受到桶 A 和桶 B 的支持，和汽车一直保持静止，如图所示。
（1）当汽车以某一加速度向左加速时，A 对 C 和 B 对 C 的支持力大小，会增大还是减小？请说明理由。
（2）当汽车向左运动的加速度增大到一定值时，桶 C 就脱离 A 而运动到 B 的右边，这个加速度有多大？
四、练习
答：（1）以 C 为研究对象进行受力分析，受力分析如图所示，货车静止时，
FA＝FB＝＝ mg 。
当货车以加速度 a 向左运动时 Fy＝F′B cos 30°＋F′Acos 30°- mg＝0
Fx＝ F′B sin 30°－F′Asin 30°＝ma 。解得 F′A＝ mg －ma、 F′B＝ mg＋ma 。
与静止时相比，A 对 C 的支持力减小，B 对 C 的支持力增大。
mg
x
y
FA
FB
C
四、练习
答：（2）由 F′A＝ mg －ma 可知 ，加速度 a 增大，A 对 C 的支持力减小。当 A 对 C 的支持力减小到 0 时，C 就脱离 A，解得 a＝ g 。
四、练习
谢谢
第四章
运动和力的关系
4.5 牛顿运动定律的应用
目录
一、上节回溯
三、小结
四、练习
二、知识讲解
一、上节回溯
1．基本单位
（1）基本量
（2）基本单位
2．导出单位
（1）导出量
（2）导出单位
3．单位制
4．国际单位制
二、知识讲解——从受力确定运动情况
为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台上标注的车门位置候车。列车进站时总能准确地停靠在对应车门的位置。这是如何做到的？
问题引入
牛顿第二定律确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的运动情况和受力情况联系起来。
牛顿第二定律的作用
二、知识讲解——从受力确定运动情况
例题 1：
运动员把冰壶沿水平冰面投出，让冰壶在冰面上自由滑行，在不与其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按比赛规则，投掷冰壶运动员的队友，可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面，减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动。
（1）运动员以 3.4 m/s 的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为 0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g 取 10 m/s2 。
（2）若运动员仍以 3.4 m/s 的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行 10 m 后开始在其滑行前方摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的 90 %，冰壶多滑行了多少距离？
已知物体的受力情况，可以由牛顿第二定律求出物体的加速度，再通过运动学的规律确定物体的运动情况。
二、知识讲解——从受力确定运动情况
分析 （1）对物体进行受力分析后，根据牛顿第二定律可以求得冰壶滑行时的加速度，再结合冰壶做匀减速直线运动的规律求得冰壶滑行的距离。
（2）冰壶在滑行 10 m 后进入冰刷摩擦后的冰面，动摩擦因数变化了，所受的摩擦力发生了变化，加速度也会变化。前一段滑行 10 m 的末速度等于后一段运动的初速度（图 4.5-2）。根据牛顿第二定律求出后一段运动的加速度，并通过运动学规律求出冰壶在后一段过程的滑行距离，就能求得比第一次多滑行的距离。
图 4.5-2
二、知识讲解——从受力确定运动情况
解 （1）选择滑行的冰壶为研究对象。冰壶所受的合力等于滑动摩擦力 Ff（图 4.5-3）。设冰壶的质量为 m ，以冰壶运动方向为正方向建立一维坐标系，滑动摩擦力 Ff 的方向与运动方向相反，则
Ff＝－μ1FN＝－μ1mg
根据牛顿第二定律，冰壶的加速度为
a1＝＝－＝－μ1g＝－0.02×10 m/s2＝－0.2 m/s2
加速度为负值，方向与 x 轴正方向相反。
将 v0＝3.4 m/s，v＝0 代入 v2－v02＝2a1x1，得冰壶的滑行距离为
x1＝－＝－ m＝28.9 m
冰壶滑行了 28.9 m 。
图 4.5-3
二、知识讲解——从受力确定运动情况
（2）设冰壶滑行了 10 m 后的速度为 v10，则对冰壶前一段的运动有
v102＝v02＋2a1x10
冰壶后一段运动的加速度为
a2＝－μ2g＝－0.02×0.9×10 m/s2＝－0.18 m/s2
滑行 10 m 后为匀减速直线运动 ，由 v2－v102＝2a1x1，v＝0 得
x2＝－＝－＝－ m＝21 m
第二次比第一次多滑行了
(10＋21－28.9) m＝2.1 m
第二次比第一次多滑行了 2.1 m 。
二、知识讲解——从受力确定运动情况
（1）本题中的研究对象是谁？
（2）研究对象受多少个力的作用？画出正确的受力分析示意图。
（3）研究对象的运动情况是怎样的？画出运动过程的示意简图。
（4）分析已知条件，应该如何求加速度？
（5）如何确定研究对象最终的运动情况？
问题讨论
二、知识讲解——从受力确定运动情况
例题 2：
如图一位滑雪者，人与装备的总质量为 75 kg，以 2 m/s 的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为 30°，在 5 s 的时间内滑下的路程为 60 m 。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），取 g＝10 m/s2。
已知物体的运动情况，可以由运动学规律求出物体的加速度，结合受力分析，再根据牛顿第二定律求出力 。
二、知识讲解——从运动情况确定受力
分析 由于不知道动摩擦因数及空气阻力与速度的关系，不能直接求滑雪者受到的阻力。应根据匀变速直线运动的位移和时间的关系式求出滑雪者的加速度，然后，对滑雪者进行受力分析。滑雪者在下滑的过程中，受到重力 mg 、山坡的支持力 FN 以及阻力 Ff 的共同作用。通过牛顿第二定律可以求得滑雪者受到的阻力。
解 以滑雪者为研究对象。建立如图 4.5-5 所示的直角坐标系。滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。
根据匀变速直线运动规律，有：x＝v0t＋at2
其中 v0＝2 m/s，t＝5 s，x＝60 m，则有
a＝＝ m/s2＝4 m/s2
30°
mg
mg sin30°
a
mgcos30°
Ff
FN
x
y
O
图 4.5-5
二、知识讲解——从运动情况确定受力
根据牛顿第二定律，有
y 方向 FN－mg cos θ＝0
x 方向 mg sin θ－Ff＝ma
得 FN＝mg
Ff＝m (g sin θ－a)
其中，m＝75 kg，θ＝30° ，则有
Ff＝75 N，FN＝650 N
根据牛顿第三定律，滑雪者对雪面的压力大小等于雪面对滑雪者的支持力大小，为 650 N，方向垂直于斜面向下。滑雪者受到的阻力大小为 75 N，方向沿山坡向上。
30°
mg
mg sin30°
a
mgcos30°
Ff
FN
x
y
O
图 4.5-5
二、知识讲解——从运动情况确定受力
科学思维
动力学两类问题的两个分析:
两个分析
过程分析
受力分析
多个过程分体应逐一分析每个过程，找出相邻过程的联系点
受力分析时明确施力物体和受力物体
二、知识讲解——从运动情况确定受力
应用牛顿运动定律解题步骤
1．已知受力情况确定运动情况：
（1）确定研究对象；
（2）对确定的研究对象进行受力分析，画出物体的受力示意图；
（3）建立直角坐标系，在相互垂直的方向上分别应用牛顿第二定律列式 Fx＝max，Fy＝may 。求得物体运动的加速度；
（4）应用运动学的公式求解物体的运动学量。
二、知识讲解——从运动情况确定受力
应用牛顿运动定律解题步骤
2．已知运动情况确定受力情况：
（1）确定研究对象；
（2）对物体进行受力分析并建立题目中的物理情景，画出运动示意图；
（3）根据物体的运动情况对物体运用运动学公式求出加速度；
（4）根据牛顿第二定律求出合力，结合物体受力分析求出所求的力。
二、知识讲解——从运动情况确定受力
学以致用
1．一位同学通过电视机观看火箭发射的直播，他听到现场指挥倒计时结束发出“点火”命令后，立刻用停表计时，测得从火箭点火到火箭底部通过发射架顶端的时间 t＝4.8 s，如果不计空气阻力，他想算出火箭受到的推力为多大，还要知道哪些条件？请你帮助该名同学完善他的测量方案，把需要知道的条件设为已知量，写出火箭受到的推力表达式。
二、知识讲解——从运动情况确定受力
学以致用
2． 如图小球 m1、m2 原来均静止，现如果从图中 A 处剪断，则在剪断瞬间：
（1） 图中的弹簧的拉力将如何变化？
（2） m1 的瞬时加速度的大小和方向？
（3） m2 的瞬时加速度的大小和方向？
二、知识讲解——从运动情况确定受力
学以致用
认真观察手释放瞬间，三个球的运动情况会怎样？
二、知识讲解——从运动情况确定受力
三、小结
受力情况
运动情况
加速度 a
加速度 a
受力分析图
运动示意图
G＝mg
F＝kx
f ＝μN
其它力
F＝ma
F＝ma
运动学分析
运动学分析
第一类问题
第二类问题
vt＝v0＋at
x＝v0t＋at2
2ax＝－
四、练习
1．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（图 4.5-7）。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，那么，人滑至气囊底端时的速度是多少？g 取10 m/s2 。
答：设斜面的倾角为 θ ，则 sin θ＝＝0.49 。根据牛顿第二定律有 mg sin θ－Ff＝ma 。代入数据得 a＝0.92 m/s2 。人滑至气囊底端的速度 v2＝2ax 。代入数据解得 v＝3.5 m/s 。
图 4.5-7
2．汽车轮胎与公路路面之间必须要有足够大的动摩擦因数，才能保证汽车安全行驶。为检测某公路路面与汽车轮胎之间的动摩擦因数，需要测试刹车车痕。测试汽车在该公路水平直道上以 54 km/h 的速度行驶时，突然紧急刹车，车轮被抱死后在路面上滑动，直至停下来。量得车轮在公路上摩擦的痕迹长度是 17.2 m ，则路面和轮胎之间的动摩擦因数是多少？g 取 10m/s2 。
答：汽车初速度为 v0＝54 km/h＝15 m/s ，刹车后做匀减速运动的加速度大小为 a＝＝ m/s2＝6.5 m/s2 。根据牛顿第二定律有 μmg＝ma，故 μ＝＝＝0.65 。
四、练习
3．一辆货车运载着圆柱形光滑的空油桶。在车厢底，一层油桶平整排列，相互紧贴并被牢牢固定，上层只有一只桶 C ，自由地摆放在桶 A、B 之间，没有用绳索固定。桶 C 受到桶 A 和桶 B 的支持，和汽车一直保持静止，如图所示。
（1）当汽车以某一加速度向左加速时，A 对 C 和 B 对 C 的支持力大小，会增大还是减小？请说明理由。
（2）当汽车向左运动的加速度增大到一定值时，桶 C 就脱离 A 而运动到 B 的右边，这个加速度有多大？
四、练习
答：（1）以 C 为研究对象进行受力分析，受力分析如图所示，货车静止时，
FA＝FB＝＝ mg 。
当货车以加速度 a 向左运动时 Fy＝F′B cos 30°＋F′Acos 30°- mg＝0
Fx＝ F′B sin 30°－F′Asin 30°＝ma 。解得 F′A＝ mg －ma、 F′B＝ mg＋ma 。
与静止时相比，A 对 C 的支持力减小，B 对 C 的支持力增大。
mg
x
y
FA
FB
C
四、练习
答：（2）由 F′A＝ mg －ma 可知 ，加速度 a 增大，A 对 C 的支持力减小。当 A 对 C 的支持力减小到 0 时，C 就脱离 A，解得 a＝ g 。
四、练习
谢谢