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高中物理(粤教版必修一)教师用书：第4章 第5节 牛顿第二定律的应用 含答案

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学 习 目 标知 识 脉 络
1.了解动力学的两类基本问题．
2．会应用牛顿第二定律解决从受力确定运动情况类
问题．(难点、重点)
3．会应用牛顿第二定律解决从运动情况确定受力类
问题．(重点、难点)
从 受 力 确 定 运 动 情 况
[先填空]
1．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．
2．如果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，再通过运动学规律确定物体的运动情况．
[再判断]
1．根据物体加速度的方向可以判断物体所受合外力的方向．(√) 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．加速度是联系运动和力的桥梁．(√)
[后思考]
为什么加速度可以把受力和运动联系起来？
【提示】因为在牛顿第二定律中有加速度与力的关系，而在运动学公式中有加速度与运动参量的关系，所以加速度作为“桥梁”，把物体的受力与运动联系起来．
[合作探讨]
探讨：玩滑梯是小孩非常喜欢的活动，在欢乐的笑声中，培养了他们勇敢的品质，如果滑梯的倾角为θ，一个小孩从静止开始下滑，小孩与滑梯间的动摩擦因数为μ，滑梯长度为L，怎样求小孩滑到底端的速度和需要的时间？
图4­5­1
【提示】首先分析小孩的受力，利用牛顿定律求出其下滑的加速度，然后根据公式v2－v＝2as，s＝v0t＋at 2即可求得小孩滑到底端的速度和需要的时间．
[核心点击]
1．解题思路
2．解题步骤
(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力图．
(2)根据力的合成与分解，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，求出物体运动的加速度．
(4)结合物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需求的运动学量——任意时刻的位移和速度，以及运动轨迹等．
1．一个物体在水平恒力F的作用下，由静止开始在一个粗糙的水平面上运动，经过时间t，速度变为v，如果要使物体的速度变为2v，
下列方法正确的是 ( ) A．将水平恒力增加到2F，其他条件不变
B．将物体质量减小一半，其他条件不变
C．物体质量不变，水平恒力和作用时间都增为原来的两倍
D．将时间增加到原来的2倍，其他条件不变
【解析】由牛顿第二定律得F－μmg＝ma，所以a＝－μg，则v ＝at＝t，故选项A、B、C均错，D对．
【答案】D
2．(多选)在水平地面上，A、B两物体叠放如图4­5­2所示，
在水平力F的作用下一起匀速运动，若将水平力F作用在A上，两
物体可能发生的情况是( )
图4­5­2
A．A、B一起匀速运动
B．A加速运动，B匀速运动
C．A加速运动，B静止
D．A与B一起加速运动
【解析】若A、B间的最大静摩擦力大于F，则A、B仍一起做匀速直线运动，故A正确；若A、B间的最大静摩擦力小于F，则A在拉力F的作用下做匀加速直线运动，而B受到A的滑动摩擦力小于B与地面间的滑动摩擦力(由题意可知此力大小与F相等)，故B保持静止，故C正确．
【答案】AC
3．如图4­5­3所示，在倾角θ＝37°的足够长的固定的斜面底端有一质量m＝1.0 kg的物体．物体与斜面间动摩擦因数μ＝0.25，现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动．拉力F＝10 N，方向平行斜面向上．经时间t＝4.0 s绳子突然断了，求：
图4­5­3
【答案】(1)8.0 m/s (2)4.2 s
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.
从 运 动 情 况 确 定 受 力
[先填空]
如果已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的力．
[再判断]
1．物体运动状态的变化情况是由它的受力决定的．(√)
2．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．(×)
3．物体运动状态的变化情况决定了它的受力情况．(×)
[后思考]
1．常用的运动学公式有哪些？
【提示】匀变速直线运动速度v随时间变化的规律是vt＝v0＋at，位移随时间变化的规律是s＝v0t＋at 2，速度位移关系式是v－v ＝2as.
2．由牛顿第二定律只能确定物体受到的合力吗？
【提示】不是．由牛顿第二定律可以先求出物体所受的合力，
然后根据力的合成与分解还可以确定物体所受的实际作用力．
[合作探讨]
探讨：李伟同学在观看20xx年3月30日4时11分我国发射第22颗北斗导航卫星的电视直播时，当听到现场指挥倒计时结束发出“点火”命令后，立刻用秒表计时，测得火箭底部通过发射架的时间是4.8 s，他想算出火箭受到的推力，试分析还要知道哪些条件？不计空气阻力，火箭质量认为不变．
【提示】根据牛顿第二定律F－mg＝ma，若想求得推力F，需知火箭的质量和加速度，火箭的加速度可以根据运动学公式s＝at 2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，只要再知道火箭质量m和发射架的高度s，就可由公式s＝at 2和F－mg＝ma求出火箭受到的推力．
图4­5­4
[核心点击]
1．基本思路
本类型问题是解决第一类问题的逆过程，其思路如下：
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过程分析，并画出受力图和运动草图．
(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，求物体所受的合外力．
(4)根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力．
4．纳米技术(1纳米＝10－9 m)是在纳米尺度(10－9 m～10－7 m)范围内通过直接操纵分子、原子或分子团使其重新排列从而形成
新物质的技术．用纳米材料研制出一种新型涂料喷涂在船体上能使
船体在水中航行形成空气膜，从而使水的阻力减小一半．设一货轮的牵引力不变，喷涂纳米材料后航行加速度比原来大了一倍，则牵引力与喷涂纳米材料后的阻力f之间大小关系是( )
A．F＝f B．F＝f
C．2f D．F＝3f
【解析】喷涂纳米材料前，由牛顿第二定律，则有F－f＝ma
喷涂纳米材料后，则有F－f＝m·2a
联立两式，解得：F＝f，故B正确，A、C、D错误．
【答案】B
5．如图4­5­5所示，截面为直角三角形的木块置于粗糙的水平地面上，其倾角θ＝30°.现木块上有一质量m＝1.0 kg的滑块从斜面下滑，测得滑块在0.40 s内速度增加了1.4 m/s，且知滑块滑行过程中木块处于静止状态，重力加速度g取10 m/s2，求：
图4­5­5
(1)滑块滑行过程中受到的摩擦力大小；
(2)滑块滑行过程中木块受到地面的摩擦力大小及方向．
【解析】(1)由题意可知，滑块滑行的加速度a＝＝ m/s2＝3.5 m/s2.
对滑块受力分析，如图甲所示，根据牛顿第二定律得mgsin θ－f ＝ma，解得f＝1.5 N.
甲乙
(2)根据(1)问中的滑块受力示意图可得FN＝mgcos θ.对木块受力分析，如图乙所示，根据牛顿第三定律有FN′＝FN，根据水平方向上的平衡条件可得f地＋fcos θ＝FN′sin θ，解得f地≈3.03 N，f 地为正值，说明图中标出的方向符合实际，故摩擦力方向水平向左．【答案】(1)1.5 N (2)3.03 N 方向水平向左
从运动情况确定受力的注意事项
1．由运动学规律求加速度，要特别注意加速度的方向，从而确定合外力的方向，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．
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粤教版高中物理必修1第4章力与运动第5节牛顿第二定律

粤教版高中物理必修1第4章力与运动第5节牛顿第二定律

牛顿第二定律的应用-例题思考一、牛顿第二定律是解决力学问题的核心工具之一．从宏观上，要能把握区分两类问题．类型一、已知物体的受力情况，要求确定物体的运动状态．处理方法：先根据牛顿第二定律求出物体的加速度，再根据运动学规律求出描述运动状态的物理量（如位移、速度、时间等），从而确定运动状态．同时要注意利用物体的初始条件（初位置和初速度）．类型二、已知物体的运动状态，要求推断物体的受力情况（确定力的大小和方向）．处理方法：先由运动学规律求出加速度，再根据牛顿第二定律确定力的大小、方向．求解这两类问题的思路，可用下面的框图来表示．二、用牛顿第二定律解题的一般步骤．1．选择研究对象．2．分析研究对象的受力情况（画受力图）．3．建立直角坐标系．一般尽量使一条坐标轴与加速度方向重合．对只有两个力的简单情况，可直接用平行四边形定则．4．分解研究对象所受的力．5．根据牛顿第二定律列方程（分别沿两坐标轴方向列两个方程）．6．联立方程求解．7．分析解方程所得结果的合理性，确定最后结果．【例1】一个静止在水平面上的物体，质量是2kg，在水平方向受到5.0N的拉力，物体跟水平面的滑动摩擦力是2.0N．（1）求物体在4.0s末的速度；（2）若在4s末撤去拉力，求物体继续滑行的时间．思路：该题属类型一：已知物体的受力情况，要求物体运动的速度和时间．前4.0s内和4.0s后物体所受力的大小和方向都已明确知道．前4.0s内，物体在拉力和摩擦力作用下由静止做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可求出物体的加速度，再依据初始条件（v0＝0）和运动学公式就可解出这一段运动的末速度．该末速度就是4.0s后物体运动的初速度，4.0s后物体在摩擦力的作用下做匀减速直线运动，用同样的思路可解答后一段运动的滑行时间．该题中，因所受的力互相垂直，不需要再分解．解：确定研究对象，分析过程（画过程图），进行受力分析（画受力图）．前4.0s：根据牛顿第二定律列方程：水平方向：F－f＝ma竖直方向：N－G＝0a＝＝m/s2＝1.5m/s2v0＝0 v t＝at＝1.5×4.0m/s＝6.0m/s4.0s后水平方向：－f＝m竖直方向：N－G＝0，＝－＝－＝m/s2＝－2.5m/s2＝v t＝1.5m/s由v t＝v0＋＝＝s＝2.4s．图4—6思考：如没有第一问而只有第二问，又如何解？实际上第一问的结果是第二问的初始条件，所以解题的过程不变．这一类问题是运用已知的力学规律，作出明确的预见．它是物理学和技术上进行正确分析和设计的基础，如发射人造地球卫星进入预定轨道等都属这一类型．【例2】一辆质量为1.0×103kg 的小汽车以10m/s 的速度行驶，现在想使它在12.5m 的距离内匀减速地停下来，求所需的阻力．思路：该题属类型二：根据运动情况求解汽车所受的阻力．研究对象：汽车m ＝1.0×103kg ；运动情况：匀减速运动至停止v t ＝0，s ＝12.5m ；初始条件：v 0＝10m/s ，求阻力f ．根据运动学公式可求出加速度，再根据牛顿第二定律求出汽车受的合外力，最后由受力分析可知合外力即阻力．解：画图分析由运动学公式v t 2＝v 02＋2as 得a ＝＝m/s 2＝－4m/s2 据牛顿第二定律列方程：竖直方向 N －G ＝0水平方向 f ＝ma ＝1.0×103×（－4）N ＝－4.0×103Nf 为负值表示力的方向跟速度方向相反．这一类题目除了包括求出人们熟知的力的大小和方向，还包括探索性运用，即根据观测到的运动去认识人们还不知道的物体间的相互作用的特点．牛顿发现万有引力定律，卢瑟福发现原子内部有个原子核都属于这类探索．课堂练习1：一物体正以10m/s 的速度沿水平面运动，撤去拉力后匀减速滑行12.5m ，求物体与水平面间的动摩擦因数．解：由v t 2－v 02＝2as 得 a ＝＝m/s 2＝－4m/s2 据牛顿第二定律 ＝ma有：－mg ＝ma消去m 得：＝＝＝0.4．课堂练习2：一木箱质量为m ，与水平地面间的动摩擦因数为，现用斜向右下方与水平方向成角的力F 推木箱，求经过t s 时木箱的速度．解：画图分析：木箱受4个力，将力F 沿运动方向和垂直运动方向分解：水平分力为F cos ，竖直分力为F sin据牛顿第二定律列方程竖直方向N －F sin －G ＝0 ①水平方向F cos －f ＝ma ②f ＝N ③ 由①式得N ＝F sin ＋mg 代入③式有：f ＝（F sin ＋mg ）代入②式有F cos －（F sin ＋mg ）＝ma 得a ＝mF mg F )sin (cos θμθ＋－． 可见解题方法与受水平力作用时相同．。

粤教版物理必修一课件第1部分第四章第五节牛顿第二定律的应用

粤教版物理必修一课件第1部分第四章第五节牛顿第二定律的应用

竖直向上。
由牛顿第三定律得她对蹦床的作用力F′＝F＝1
225 N，方向竖直向下。
[答案]
1 225 N
方向竖直向下
[借题发挥]
(1)解决问题时，一定要明确研究对象和物体
的运动过程，抓住受力情况和运动状态的分析，
建立力和运动的联系。 (2)加速度是联系运动学和动力学的桥梁，正 确地求得加速度是解决问题的关键。
答案：30 m/s
75 m
2．一光滑斜劈，在力F推动下向左做 匀加速直线运动，且斜劈上有一木 块恰好与斜面保持相对静止，如图 4－5－2所示，则木块所受合力的 方向为 ( ) 图4－5－2
A．水平向左
B．水平向右
C．沿斜面向下D．沿斜面向上
解析：因为木块随斜劈一起向左做匀加速直线运动，故
木块的加速度方向水平向左。根据牛顿第二定律，木块
2．如图4－5－5所示，水平地面上放置
一个质量为m＝10 kg的物体，在与水 平方向成θ＝37° 角的斜向右上方的拉 力F＝100 N的作用下沿水平地面从静 止开始向右运动，物体与地面间的动摩擦因数为μ＝ 图4－5－5
0.5。求：5 s末物体的速度大小和5 s内物体的位移。
(sin 37° ＝0.6，cos 37° ＝0.8，g＝10 m/s2)
取竖直向上为正方向，则由运动学公式 v2＝－v1＋at v2－－v1 10－－8 2 得她的加速度大小为 a＝ ＝ m/s ＝15 t 1.2 m/s2，方向竖直向上。 她与蹦床接触的过程中受重力 mg 和蹦床对她的平均 作用力 F，由牛顿第二定律得
F－mg＝ma
解得蹦床对她的平均作用力F＝1 225 N，方向
理解 教材 新知 第 四 章 第 五 节
知识点一 知识点二 考向一 考向二 考向三
2019年物理新同步粤教版必修一第四章 第五节 牛顿第二定律的应用

2019年物理新同步粤教版必修一第四章 第五节 牛顿第二定律的应用


图 354
(1)人从斜坡顶端 A 滑至底端 C 所用的时间； (2)人在离 C 点多远处停下？
解析：(1)人在斜坡上下滑时，受力如图所示。 设人沿斜坡下滑的加速度为 a，沿斜坡方向，由牛 顿第二定律得 mgsin θ－f＝ma f＝μFN 垂直于斜坡方向有 FN－mgcos θ＝0 1 2 由匀变速运动规律得 L＝2at 联立以上各式得 a＝gsin θ－μgcos θ＝4 m/s2 t＝2 s。
[解析]
对物体受力分析如图所示， 建立
直角坐标系并分解 F。 (1)在 y 轴方向有：FN＋Fsin 37°＝mg， 代入数据解得 FN＝17 N，物体与地面间的摩 擦力大小为 f＝μFN＝0.2×17 N＝3.4 N。 (2)水平方向，由牛顿第二定律 Fcos 37°－f＝ma 得 a＝0.3 m/s2 1 2 1 5 s 内的位移为：s＝2at ＝2×0.3×52 m＝3.75 m。
图 352
体施加一个与水平面成 37°角的斜向上的拉力 F＝5 N 的作用。 (取 g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求： (1)物体与地面间的摩擦力大小； (2)5 s 内的位移大小。
[审题指导]
物体沿水平面做匀加速直线运动，加速度在水平
方向上，建立坐标系时把其中的一条坐标轴建在水平方向上。
② ③
பைடு நூலகம்
设刹车过程中地面作用于汽车的阻力为 F1，根据题意有 F1 30 ＝100F ④
方向与汽车前进方向相反， 用 N 表示拖车作用于汽车的力， 设其方向与汽车前进方向相同。以汽车为研究对象，由牛顿第 二定律有 F1－N－m1gsin α＝m1a 由②④⑤式得 30 N＝100(m1＋m2)(a＋gsin α)－m1(a＋gsin α) 由以上各式，代入有关数据得 N＝880 N。 ⑥ ⑤
粤教版高中物理必修一4.5牛顿运动定律的应用练习2(含答案)

粤教版高中物理必修一4.5牛顿运动定律的应用练习2(含答案)

2022年新教材粤教版（2019）高中物理必修一4.5牛顿运动定律的应用同步练习一、单选题1．如图，叠放的两个物块无相对滑动地沿斜面一起下滑，甲图两物块接触面平行于斜面且摩擦力的大小为f1，乙图两物块接触面与斜面不平行且摩擦力的大小为f2，丙图两物块接触面水平且摩擦力的大小为f3，下列判断正确的是（）A．若斜面光滑，f1＝0，f2≠0，f3≠0B．若斜面光滑，f1≠0，f2≠0，f3＝0C．若两滑块一起匀速下滑f1≠0，f2＝0，f3≠0D．若两滑块一起匀速下滑，f1＝0，f2≠0，f3≠02．在谷物的收割和脱粒过程中，小石子、草屑等杂物很容易和谷物混在一起，另外谷有瘪粒，为了将它们分离，农村的农民常用一种叫“风谷”的农具即扬场机分选，如图所示，它的分选原理是（）A．小石子质量最大，空气阻力最小，飞的最远B．空气阻力对质量不同的物体影响不同C．瘪谷粒和草屑质量最小，在空气阻力作用下，反向加速度最大，飞的最远D．空气阻力使它们的速度变化不同3．如图所示，小车沿倾角θ＝30 的固定斜面向上运动，小车内悬挂小球的轻绳与垂直于斜面方向的夹角也是30 ，则车与斜面间的动摩擦因数为()A．B．C．D．14．如图所示，两个等腰直角三角形斜劈A、B，质量均为m，在水平力F1、F2作用下静止在桌面边缘，各接触面均光滑，重力加速度为g，下列判断正确的是（）A．A，B之间的弹力大小等于mgB．同时撤去F1、F2瞬间，A对桌面的压力等于2mgC．同时撤去F1、F2瞬间，A，B水平方向的加速度大小相等D．F1、F2大小相等，同时增大或者减小时斜劈仍静止5．我国海军装备的某重型气垫船自重达,最高时速为108 ,装有额定输出功率为9000 的燃气轮机,假设该重型气垫船在海面航行过程所受的阻力与速度满足,下列说法正确的是()A．该重型气垫船的最大牵引力为B．从题中给出的数据,可算出C．以最高时速一半的速度匀速航行时,气垫船所受的阻力为D．以最高时速一半的速度匀速航行时,气垫船发动机的输出功率为6．有一个物体以初速度v0沿倾角为θ的足够长的粗糙斜面上滑，已知物体与该斜面间的动摩擦因数μ< tanθ，那么下图中能正确表示该物体的速度v随时间t变化的图线是()A．B．C．D．7．如图所示，以速度v逆时针匀速转动的足够长的传送带与水平面的夹角为θ．现将一个质量为m 的小木块轻轻地放在传送带的上端，小木块与传送带间的动摩擦因数为μ，则图中能够正确地描述小木块的速度随时间变化关系的图线可能是（）A．B．C．D．8．如图所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电子将（）A．沿路径a运动，轨迹半径始终不变B．沿路径a运动，轨迹半径越来越大C．沿路径a运动，轨迹半径越来越小D．沿路径b运动，轨迹半径越来越小二、填空题9．如图是自动驾驶汽车里测量汽车水平运动加速度的装置。