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1、高中物理教师备课资料卡 牛顿运动定律的应用【知识点名称】牛顿运动定律的应用【课标内容对照（沪科J）课程标准的要求（沪科J）*通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系。理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。通过实验认识超重和失重现象。【版本对照（含选修）】【导语引入】(人教K) 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与受力的情况联系起来。因此，它在天体运动的研究、车辆的设计等许多基础科学和工程技术中都有广泛的应用。由于我们目前知识的局限，这里只通过一些最简单的例子做些介绍。【知识点讲解】（沪科K）研究表明，通常宏观物体傲低速(即远小于光速)运动时，都服
2、从牛顿运动定律。因此，牛顿运动定律可以在一个非常广阔的领域内得到应用。运用牛顿运动定律，不仅可以研究日常生活中常见的桌子、箱子等物品受到推拉时的运动，汽车、火车等交通工具的运动，也可以研究人造卫星、宇宙飞船在太至中的运动（沪科J）通过两个案例的研究，可以看出以牛顿第二定律为核心可以解决两类问题： （沪科J） (1)已知力求运动根据作用在物体上的所有外力和初始条件，应用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式可求出物体任意时刻的位置、速度以及运动轨迹等。（沪科J）(2)已知运动求力根据物体的运动情况，用运动学公式求出加速度，应用牛顿第二定律可推断出物体的受力情况。（沪科J）教学中，不要让学生把注意
3、力放在对问题的归类上，而是应侧重于对研究对象的受力情况和运动过程的分析。 （沪科J） 牛顿第二定律的应用，可以跟前一章共点力平衡相呼应，同样可概括为简短的四句话： （沪科J）取对象根据题意确定所研究的对象。 （沪科J）画力图分析研究对象的受力情况，画出受力示意图。 （沪科J） 定方向规定正方向(或建立坐标系)，通常以加速度方向为正方向较宜。（沪科J）列方程根据牛顿第二定律列出方程。无论是已知力求运动，或已知运动求力，都是通过加速度来沟通两者的联系。(人教K)从受力确定运动情况 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，再通过运动学的规律就可以确定物体的运动情况。(人教K)从运
4、动情况确定受力 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，于是就可以由牛顿第二定律确定物体所受的外力。这是力学所要解决的又一方面的问题。（人教J）教科书中牛顿运动定律的应用分为两个部分，第一，应用牛顿运动定律解决的一般问题，即从物体的受力情况确定物体的运动情况，或从物体的运动情况确定物体的受力情况。第二，对两种实际问题进行分析，即，共点力作用下物体的平衡和人们常见的超重、失重问题。（人教J）牛顿运动定律分析问题的一般方法 教科书通过两个简单的实例，展示给学生利用牛顿运动定律解决实际问题的一般方法。教科书中的例题和习题所设置的问题情景均不复杂，这表明教学的重点应是分析、解决问题的方
5、法。教师可以将教科书中的两个例题同时打在投影仪上，让学生经过独立思考并独立将自己的解题过程写下来。请学生说出，上述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?在第二个例题中为什么要建立坐标系?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要建立坐标系与运动学相比有什么不同吗?通过这样的提问，使学生注意到牛顿运动定律可以解决两方面的问题，即从受力情况可预见物体的运动情况和从运动情况可以判断物体的受力情况；要从受力情况确定运动情况，就必须对我们所研究的物体进行受力分析，根据合力求出加速度，然后根据物体的运动规律确定物体的运动情况。要从运动情况确定受力，就
6、必须对物体进行运动分析，从运动规律中求物体运动的加速度，根据牛顿运动定律得出物体受到的合力，由对物体的受力分析，可以求出各个力的大小和方向。在比较两种不同类型的例题中，使学生体会到，不论解决那一类问题，对物体进行受力分析和运动状态的分析都是非常重要的环节。另外在利用牛顿第二定律解决问题时，往往需要利用正交分解法建立坐标系，列出牛顿运动定律方程进行求解，一般情况坐标轴的正方向与加速度方向一致。以上应该注意的问题均应在学生自己解题过程中体会和总结归纳出来，而不应是教师告诉学生解题的程序，再让学生一步一步地按照教师的要求去做。 教师还应反过来请学生思考，牛顿运动定律F=ma，实际是揭示了力、加速度和
7、质量三个不同物理量之间的关系，要列出牛顿运动定律的方程，就应将方程两边的物理量具体化，方程左边是物体受到的合力，这个力是谁受的，方程告诉我们是质量m的物体受的力，所以今后做的工作是对质量m的物体进行受力分析。首先要确定研究对象；那么这个合力是由哪些力合成而来的?必须对物体进行受力分析，求合力的方法，可以利用平行四边形定则或正交分解法。方程的右边是物体的质量m与加速度a的乘积，要确定物体的加速度，就必须对物体运动状态进行分析。由此可以看出，解题的方法应从定律本身的表述中去寻找，在这里教师应鼓励学生独立思考，培养学生在众多实际问题中总结归纳问题的共性和特性，从而培养学生分析和解决问题的能力。【生活
8、应用】【课本习题】(人教K)问题与练习 1(人教K)一个原来静止的物体，质量是2kg，在两个大小都是50N且互成60角的力的作用下，3s末物体的速度是多大?3s内物体发生的位移是多少? m/s=5.7 m/.s =解：如图4-14所示，用作图法求出物体所受的合力F=87 Nm/s2=43.5 m/s2 =43.53m/s=131 m/s43.532m=196 m2(人教K)以15m/s的速度行驶的无轨电车，在关闭电动机后，经过10s停了下来。电车的质量是4010kg，求电车所受的阻力。 解：电车的加速度为：m/s2=-1.5 m/s2 电车所受阻力为：F=ma=-6.0103N,负号表示与初速
9、度方向相反3(人教K)民航客机一般都有紧急出口，发生意夕卜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上。若机舱口下沿距地面32m，气囊所构成的斜面长度为40m，一个质量60kZ的人沿气囊滑下时所受的阻力是240N，人滑至气囊底端时速度有多大? 解：人在气囊上下滑的加速度为： =10m/s2-m/s2 =4.0 m/s2滑至底端时的速度为： m/s=5.7 m/s4(人教K)在某城市的一条道路上，规定车辆行驶速度不得超过30km/h。在一次交通事故中，肇事车是一辆卡车，量得这辆卡车紧急刹车(车轮被抱死)时留下的刹车痕迹长为76m，
10、已知该汽车轮胎与路面的动摩擦因数为07，请判断该车是否超速。解：卡车急刹车时的加速度大小为：m/h1 m/s根据运动学公式：=10.3 m/s37.1 km/h30 km/h所以：该车超速。（沪科K）家庭作业与活动 1（沪科K）汽车拉着拖车在水平道路上沿直线加速行驶，根据牛犊运动定律可知 A车拉拖车的力大于拖车拉汽车的力 B汽车拉拖车的力等于拖车拉汽车的力 C汽车拉拖车的力大于拖车受到的阻力D汽车拉拖车的力等于拖车受到的阻力 （沪科J）B、C。 提示：汽车拉拖车跟拖车拉汽车的力，属于一对作用力和反作用力，它们的大小相等。 由于拖车跟汽车一起做加速运动，由牛顿第二定律 F-f=m拖a F=f+m
11、拖af 可见，汽车拉拖车的力一定大于拖车受到的阻力。2（沪科K）惯性制导系统广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计。加速度计的构造原理示意图如图5-20所示：沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套着一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连。两弹簧的另一端各固定壁相连，滑块原来静止，弹簧处于松弛状态，其长度为自然长度。滑块上装有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为：则这段时间内导弹的加速度A方向向左，大小为ks/m B方向向右，大小为ks/m C方向向左，大小为2ks/mD方向向右，大
12、小为2ks/m （沪科J）D。 提示：滑块向左偏离s时，左边弹簧被压缩，右边弹簧被拉伸，它受到水平方向的合外力为 F合=2ks，方向向左。所以滑块的加速度为，方向向右。 这也就是导弹的加速度。所以D正确。3（沪科K）设有一艘质量m=3400kg的宇宙飞船，跟正在轨道上运行的空间站对接。对接后开动飞船尾部的推进器，使飞船和空间站共同加速。若已知推进器的平均推力为895N，推进器开动7s，测出飞船和空间站的速度改变量是0.91m/s，试求空间站的质量。 （沪科J）已知飞船和空间站的速度改变量v=0.91m/s，经历时间t=7s，加速度为设空间站的质量为m，它与飞船的整体受到的推力F=895N，由牛
13、顿第二定律F=(m+m)a得 4（沪科K）据报遭，为了测定一些国际知名球星的“脚力”到底有多大，日本足球科技研究所的研究人员进行了科学研究。测定结果显示，足 球被屠出时，璋星的脚力能达到1500N。请你思考一下，为了测出这个“脚力”，需要知道霹些物理量? （沪科J）从理论上说，只需要知道足球的质量m，足球被踢出时获得的加速度o，由于“脚力”远大于其他的力，可以认为“脚力”F=ma。5（沪科K）一位同学通过电视观看火箭发射的情景，他听到现场总指挥倒计时结束发出“点火”命令后，立刻用秒表计时。假设测得火箭底部经过发射架顶端的时间是48s，如果他想算出对火莆的推力，请讨论一下： (1)需要假设哪些条
14、件?(2)还需要知道哪些数据?（沪科J）(1)假设火箭总质量为m保持不变，火箭从开始竖直上升到底部离开发射架的运动可以看成匀加速运动。(2)设发射架高h，由牛顿第二定律和运动学公式F-mg=maH=at2联立两式，得推力可见，只需要知道火箭质量m，发射架高h，火箭经过发射架的时间t，就可以估算山推力。1（沪科K）文艺复兴时期，达芬奇曾提出如下原理：如果力F在时间t内使质量为m的物体移动一段距离s,那么 A相同的力在相同的时间内使质量是一半的物体移动2s的距离 B相同的力在一半时间内使质量是一半的物体移动相同距离 C相同的力在两倍的时间内使质量是两倍的物体移动相同的距离 D一半的力在相同的时间内使质量是一半的物体移动相同的距离E一半的力在相同的时间内使质量相同的物体移动一半的距离 1A、D、E。提示：如下表所示。2（沪科K
