2019版新教材高中物理 第4章 第5節(jié) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用學(xué)案 新人教版必修第一冊

第5節(jié)　牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 1．從受力確定運(yùn)動(dòng)情況 如果已知物體的受力情況，可以由牛頓第二定律求出物體的加速度，再通過運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律確定物體的運(yùn)動(dòng)情況。 2．從運(yùn)動(dòng)情況確定受力 如果已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求出物體的加速度，結(jié)合受力分析，再根據(jù)牛頓第二定律求出力。 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 典型考點(diǎn)一　　　從受力確定運(yùn)動(dòng)情況 1.如圖所示，AD、BD、CD是豎直面內(nèi)三根固定的光滑細(xì)桿，每根桿上套著一個(gè)小滑環(huán)(圖中未畫出)，三個(gè)滑環(huán)分別從A、B、C處釋放(初速度為0)，用t1、t2、t3依次表示各滑環(huán)到達(dá)D點(diǎn)所用的時(shí)間，則(　　) A．t1<t2<t3 B．t1>t2>t3 C．t3>t1>t2 D．t1＝t2＝t3 答案　D 解析　小滑環(huán)下滑過程中受重力和桿的彈力作用，下滑的加速度可認(rèn)為是由重力沿桿方向的分力產(chǎn)生的，設(shè)桿與豎直方向的夾角為θ，由牛頓第二定律得mgcosθ＝ma，則a＝gcosθ① 設(shè)圓心為O，半徑為R，由幾何關(guān)系得，滑環(huán)由開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)D點(diǎn)的位移x＝2Rcosθ② 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得x＝at2③ 由①②③聯(lián)立解得t＝2。 即小滑環(huán)下滑的時(shí)間與細(xì)桿的傾斜程度無關(guān)，故t1＝t2＝t3，D正確。 2.如圖所示為一架四旋翼無人機(jī)，它是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器，目前得到越來越廣泛的應(yīng)用。若一架質(zhì)量m＝2 kg的無人機(jī)，其動(dòng)力系統(tǒng)所能提供的最大升力為F＝36 N，運(yùn)動(dòng)過程中所受空氣阻力大小恒為f＝4 N，g取10 m/s2。 (1)無人機(jī)在地面上從靜止開始，以最大升力豎直向上起飛，求在t＝5 s時(shí)離地面的高度h； (2)當(dāng)無人機(jī)懸停在距離地面高度H＝100 m處，由于動(dòng)力設(shè)備故障，無人機(jī)突然失去升力而墜落。求無人機(jī)墜落到地面時(shí)的速度大小v； (3)在第(2)問條件下，若無人機(jī)墜落過程中，由于遙控設(shè)備的干預(yù)，動(dòng)力設(shè)備重新啟動(dòng)提供向上最大升力。為保證安全著地，求飛行器從開始下落到恢復(fù)升力的最長時(shí)間t1。 答案　(1)75 m　(2)40 m/s　(3) s 解析　(1)設(shè)無人機(jī)上升時(shí)加速度為a，由牛頓第二定律， 有F－mg－f＝ma，解得a＝6 m/s2， 由h＝at2，解得h＝75 m。 (2)設(shè)無人機(jī)墜落過程中加速度為a1， 由牛頓第二定律，有mg－f＝ma1，解得a1＝8 m/s2， 由v2＝2a1H，解得v＝40 m/s。 (3)設(shè)飛行器恢復(fù)升力后向下減速時(shí)加速度為a2， 由牛頓第二定律，有F－mg＋f＝ma2， 解得a2＝10 m/s2 設(shè)飛行器恢復(fù)升力時(shí)速度大小為vm， 則有＋＝H， 又由vm＝a1t1，解得t1＝ s。 典型考點(diǎn)二　　　從運(yùn)動(dòng)情況確定受力 3.某物體做直線運(yùn)動(dòng)的v­t圖像如圖所示，據(jù)此判斷下列四個(gè)選項(xiàng)中圖像(F表示物體所受合力，t表示物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間)正確的是(　　) 答案　B 解析　根據(jù)速度—時(shí)間圖像可以知道，物體0～2 s做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，2～4 s做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，4～6 s做反向勻加速直線運(yùn)動(dòng)，6～8 s做反向勻減速直線運(yùn)動(dòng)。速度—時(shí)間圖像的斜率表示加速度，設(shè)最大速度為v，則0～2 s物體的加速度為，2～4 s物體的加速度為－，4～6 s物體的加速度為－，6～8 s物體的加速度為。根據(jù)牛頓第二定律，物體受到的合力與加速度成正比，故B正確。 4．民用航空客機(jī)的機(jī)艙除通常的艙門外還設(shè)有緊急出口，發(fā)生意外情況的飛機(jī)著陸后，打開緊急出口的艙門，會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)由氣囊組成的斜面，機(jī)艙中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上來。若某型號(hào)的客機(jī)緊急出口離地面高度為4.0 m，構(gòu)成斜面的氣囊長度為5.0 m。要求緊急疏散時(shí)，乘客從氣囊上由靜止下滑到達(dá)地面的時(shí)間不超過2.0 s(g取10 m/s2)，則： (1)乘客在氣囊上下滑的加速度至少為多大？ (2)氣囊和下滑乘客間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過多少？ 答案　(1)2.5 m/s2　(2)0.92 解析　(1)由題意可知，h＝4.0 m，L＝5.0 m，t＝2.0 s。 設(shè)斜面傾角為θ，則sinθ＝。 乘客沿氣囊下滑過程中，由L＝at2得a＝， 代入數(shù)據(jù)得a＝2.5 m/s2。 (2)在乘客下滑過程中，對(duì)乘客受力分析如圖所示， 沿x軸方向有mgsinθ－Ff＝ma， 沿y軸方向有FN－mgcosθ＝0， 又Ff＝μFN， 聯(lián)立方程解得 μ＝≈0.92， 故氣囊與下滑乘客間的動(dòng)摩擦因數(shù)不得超過0.92。 - 4 -