第五節(jié)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系為了盡量縮短停車時(shí)間，旅客按照站臺(tái)上標(biāo)注的車門(mén)位置候車。列車進(jìn)站時(shí)總能準(zhǔn)確地停靠在對(duì)應(yīng)車門(mén)的位置。讓力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系在生活中完美呈現(xiàn)。這是如何做到的呢？課堂引入

牛頓第二定律F合＝ma，確定了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，使我們能夠把物體的運(yùn)動(dòng)情況與受力情況聯(lián)系起來(lái)。課堂引入F合＝ma橋梁v＝v0＋at

＝2ax重力彈力摩擦力

牛頓第二定律在許多基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。中學(xué)物理中我們只研究一些簡(jiǎn)單的實(shí)例，對(duì)應(yīng)于以下兩類問(wèn)題：課堂引入1.從受力確定運(yùn)動(dòng)情況2.從運(yùn)動(dòng)情況確定受力具體如何應(yīng)用呢？已知物體受力情況確定運(yùn)動(dòng)情況，指的是在受力情況已知的條件下，要求判斷出物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或求出物體的速度、位移等。處理這類問(wèn)題的基本思路是：先分析物體受力情況求合力，據(jù)牛頓第二定律求加速度，再用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求所求量(運(yùn)動(dòng)學(xué)量)。一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況【例題1】運(yùn)動(dòng)員把冰壺沿水平冰面投出，讓冰壺在冰面上自由滑行，在不與其他冰壺碰撞的情況下，最終停在遠(yuǎn)處的某個(gè)位置。按比賽規(guī)則，投擲冰壺運(yùn)動(dòng)員的隊(duì)友，可以用毛刷在冰壺滑行前方來(lái)回摩擦冰面，減小冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)以調(diào)節(jié)冰壺的運(yùn)動(dòng)。（1）運(yùn)動(dòng)員以3.4m/s的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠(yuǎn)？g取10m/s2。（2）若運(yùn)動(dòng)員仍以3.4m/s的速度將冰壺投出，其隊(duì)友在冰壺自由滑行10m后開(kāi)始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的90%，冰壺多滑行了多少距離？一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況（1）運(yùn)動(dòng)員以3.4m/s的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02，冰壺能在冰面上滑行多遠(yuǎn)？g

取10m/s2。1.明確研究對(duì)象2.受力情況分析mgFNFf3.運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析【解析】冰壺運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较蚪⒁痪S坐標(biāo)系Ff

＝-μ1FN

＝-μ1mga1=-0.2m/s2-μmg=ma1由vt

2－v02=2a1x1x1=28.9m冰壺滑行了28.9m一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況（2）若運(yùn)動(dòng)員仍以3.4m/s的速度將冰壺投出，其隊(duì)友在冰壺自由滑行10m后開(kāi)始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的90%，冰壺多滑行了多少距離？【解析】設(shè)冰壺滑行10m后的速度為

v10，則v102

＝

v02

＋2a1x10冰壺的加速度a2

＝－μ2

g

＝－0.02×0.9×10m/s2

＝－0.18m/s2滑行10m后為勻減速直線運(yùn)動(dòng)，由

v2－v102＝2a2x2

，v＝0，得第二次比第一次多滑行了（10＋21－28.9）m＝2.1m一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況

已知物體運(yùn)動(dòng)情況確定受力情況，指的是在運(yùn)動(dòng)情況（知道三個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)量）已知的條件下，要求得出物體所受的力或者相關(guān)物理量（如動(dòng)摩擦因數(shù)等）。處理這類問(wèn)題的基本思路：先分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求加速度，再在分析物體受力情況的基礎(chǔ)上，用牛頓第二定律列方程求所求量(力).二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力【例題2】如圖，一位滑雪者，人與裝備的總質(zhì)量為75kg，以2m/s的初速度沿山坡勻加速直線滑下，山坡傾角為30°，在5s的時(shí)間內(nèi)滑下的路程為60m。求滑雪者對(duì)雪面的壓力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空氣阻力），g取10m/s2。二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力【解析】以滑雪者為研究對(duì)象。建立如圖所示的直角坐標(biāo)系?；┱哐厣狡孪蛳伦鰟蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)。根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有其中

v0＝2m/s，t＝5s，x＝60m，則有根據(jù)牛頓第二定律，有y方向x方向FN－mgcosθ＝0mgsinθ－Ff＝maa=?x=60m；t=5s;v0

=2

m/s二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力得FN

＝

mgcosθFf

＝m（gsinθ－a）其中，m

＝75kg，θ

＝30°，則有Ff＝75N，F(xiàn)N＝650N

根據(jù)牛頓第三定律，滑雪者對(duì)雪面的壓力大小等于雪面對(duì)滑雪者的支持力大小，為650N，方向垂直斜面向下?；┱呤艿降淖枇Υ笮?5N，方向沿山坡向上。二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力【變式訓(xùn)練】滑雪者以v0=20m/s的初速度沿直線沖上一傾角為30°的山坡，從剛上坡即開(kāi)始計(jì)時(shí)，至3.8s末，滑雪者速度變?yōu)?。如果雪橇與人的總質(zhì)量為m=80kg，求雪橇與山坡之間的摩擦力為多少？g=10m/s2.fmgFN聯(lián)立①②，代入數(shù)據(jù)，解得對(duì)滑雪者受力分析如圖【解析】②二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力①根據(jù)牛頓第二定律一、從受力確定運(yùn)動(dòng)情況二、從運(yùn)動(dòng)情況確定受力物體運(yùn)動(dòng)情況運(yùn)動(dòng)學(xué)公式加速度a牛頓第二定律物體受力情況物體運(yùn)動(dòng)情況運(yùn)動(dòng)學(xué)公式加速度a牛頓第二定律物體受力情況動(dòng)力學(xué)的兩類基本問(wèn)題的解題思路研究對(duì)象m分析受力分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程v0vtxF1F2Fn…合力F加速度a合成、正交分解F＝ma課堂小結(jié)【典例1】“巨浪”潛射導(dǎo)彈是護(hù)國(guó)衛(wèi)疆的利器，假設(shè)導(dǎo)彈剛發(fā)出來(lái)的一段運(yùn)動(dòng)可近似看成初速度為0豎直向上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有一導(dǎo)彈的質(zhì)量為m，助推力為F，忽略空氣阻力及燃料的質(zhì)量，則當(dāng)導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)了時(shí)間t時(shí)的速度大小為（）A． B． C．D．典例分析【參考答案】A【典例2】第五代制空戰(zhàn)機(jī)“殲-20”具備高隱身性、高機(jī)動(dòng)性能力，為防止極速提速過(guò)程中飛行員因缺氧暈厥，“殲-20”新型的抗荷服能幫助飛行員最大承受9倍重力加速度（指飛機(jī)的加速度）。假設(shè)某次垂直飛行測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，“殲-20”加速達(dá)到50m/s后離地，而后開(kāi)始豎直向上飛行試驗(yàn)，該飛機(jī)在10s內(nèi)勻加速到3060km/h，勻速飛行一段時(shí)間后到達(dá)最大飛行高度18.5km。假設(shè)加速階段所受阻力恒定，約為重力的

，g取10m/s2。已知該“殲-20”質(zhì)量為20噸，忽略戰(zhàn)機(jī)因油耗等導(dǎo)致質(zhì)量的變化。下列說(shuō)法正確的是A．本次飛行測(cè)試的勻速階段運(yùn)行時(shí)間為26.5sB．加速階段系統(tǒng)的推力為C．加速階段飛行員已經(jīng)暈厥D．飛機(jī)在勻速階段爬升高度為14.25km典例分析【參考答案】B【典例3】（2022·湖北·監(jiān)利市教學(xué)研究室高一期末）有一種游戲，游戲者手持乒乓球拍托球移動(dòng)，距離大者獲勝。若某人在游戲中沿水平面做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，球拍與球保持相對(duì)靜止且球拍平面和水平面之間的夾角為θ，如圖所示。設(shè)球拍和球質(zhì)量分別為M、m，不計(jì)球拍和球之間的摩擦，不計(jì)空氣阻力，則正確的是（）A．運(yùn)動(dòng)員的加速度大小為gsinθB．球受到合力大小為mgsinθC．球拍對(duì)球的作用力大小為mgcosθD．運(yùn)動(dòng)員對(duì)球拍的作用力大小為典例分析【參考答案】D【典例4】一個(gè)靜止在水平地面上的物體，質(zhì)量是2Kg，在6.4N的拉力F作用下沿水平地面向右運(yùn)動(dòng)。已知F與水平地面的夾角為370，物體與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25，求物體在4s末的速度和4s內(nèi)的位移。cos37=0.8，g=10m/s2。典例分析F370【解析】物體受力分析如圖所示4s末的速度由牛頓第二定律，可得:Fcosθ-μFN=maFNmgFfθFN+Fsinθ=mg4s內(nèi)的位移典例分析【典例5】汽車輪胎與公路路面之間必須要有足夠大的動(dòng)摩擦因數(shù)，才能保證汽車安全行駛。為檢測(cè)某公路路面與汽車輪胎之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，需要測(cè)試剎車的車痕。測(cè)試汽車在該公路水平直道上以54km/h的速度行駛時(shí)，突然緊急剎車，車輪被抱死后在路面上滑動(dòng)，直至停下來(lái)。量得車輪在公路上摩擦的痕跡長(zhǎng)度是17.2m，則路面和輪胎之間的動(dòng)摩擦因數(shù)是多少？取

g＝10m/s2。典例分析xmgFNFf位移

x＝17.2m初速度

v0＝15m/s加速度

a末速度

v＝0質(zhì)量

m?動(dòng)摩擦因數(shù)

μ？Ff＝－μFN＝－μmg

－μmg＝ma

【解析】典例分析【典例6】如圖甲所示為一風(fēng)力實(shí)驗(yàn)示意圖．開(kāi)始時(shí)，質(zhì)量m=2kg的小球穿在固定的足夠長(zhǎng)的水平細(xì)桿上，并靜止于O點(diǎn)．現(xiàn)用沿桿水平向右的恒定風(fēng)力F作用于小球上，經(jīng)時(shí)間t=1s后撤去風(fēng)力．小球沿細(xì)桿運(yùn)動(dòng)的v﹣t圖象如圖乙所示（g取10m/s2）．試求：⑴小球沿細(xì)桿滑行的距離；⑵小球與細(xì)桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)；⑶風(fēng)力F的大?。淅治觥窘馕觥浚?）由圖象可得

μmg＝ma2

得：μ＝0.1；得：F＝ma1+μmg＝6N；

F﹣μmg＝ma1典例分析牛頓是世界上從未有過(guò)的最偉大的科學(xué)家?！⑽髂蛭矬w受到的摩擦力一直水平向右，大小為：，方向：水平向右。勻加速過(guò)程：物體受到的摩擦力水平向右，大小為：，方向：水平向右。當(dāng)V物＝V后，物體做勻速運(yùn)動(dòng)，摩擦力為零，a＝0解題關(guān)鍵：V物＝V時(shí)，判斷依據(jù)，比較位移（1）當(dāng)V物＝V時(shí)，若X物＜XAB，先勻加速后勻速；牛頓定律傳送帶專題之（2）當(dāng)V物＝V時(shí)，若X物≥XAB，一直勻加速運(yùn)動(dòng)；AB（2）當(dāng)V物＝0時(shí)，若X物≥XAB，一直勻減速運(yùn)動(dòng)；物體受到的摩擦力一直水平向左，大小為：，方向：水平向右。勻減速過(guò)程：物體受到的摩擦力水平向左，大小為：，方向：水平向左。當(dāng)V物＝0后，物體反向勻加速，物體受到的摩擦力為水平向左，大小為：，。解題關(guān)鍵：V物＝0時(shí)，判斷依據(jù)，比較位移（1）當(dāng)V物＝0時(shí)，若X物＜XAB，先勻減速后反向勻加速；牛頓定律傳送帶專題之ABV0牛頓定律傳送帶專題之AB滑上去的條件：μ＞tanθ物體受到的摩擦力沿斜面向上，大小為：。方向：沿斜面向上。勻加速過(guò)程：物體受到的摩擦力沿斜面向上，大小為：。

方向：沿斜面向上。當(dāng)V物＝V后，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體受到的靜摩擦力的作用，方向沿斜面向上，大小為mgsinθ。解題關(guān)鍵：V物＝V時(shí)，判斷依據(jù)，比較位移（1）當(dāng)V物＝V時(shí)，若X物＜XAB，先勻加速后勻速；（2）當(dāng)V物＝V時(shí)，若X物≥XAB，一直勻加速運(yùn)動(dòng)；AB先a1勻加速,摩擦力的方向沿斜面向下，，

，方向：沿斜面向下，V物＝V后，以a2勻加速，摩擦力的方向沿斜面向上，，，方向：沿斜面向下。牛頓定律傳送帶專題之解題關(guān)鍵：V物＝V時(shí)，判斷依據(jù)，比較位移（1）當(dāng)V物＝V時(shí)，若X物＜XAB①μ＜tanθ②μ≥tanθ先勻加速直線運(yùn)動(dòng)，物體受到滑動(dòng)摩擦力的作用，摩擦力的方向沿斜面向下，，，方向：沿斜面向下，V物＝V后，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體受到的靜摩擦力的作用，方向沿斜面向上，大小為（