【02-新课预习】第22讲 牛顿运动定律的应用 (教师版) -2025新高一物理暑假衔接讲练 (人教版)

Page第22讲牛顿运动定律的应用内容导航——预习三步曲第一步：学析教材学知识：教材精讲精析、全方位预习练习题讲典例：教材习题学解题、快速掌握解题方法练考点强知识：2大核心考点精准练第二步：记串知识识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握第三步：测过关测稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升知识点1从受力确定运动情况从受力确定运动情况的一般求解步骤洞悉教材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从受力确定运动情况的一般求解步骤洞悉教材知识点2国从运动情况确定受力如果已知物体的运动情况，根据eq\x(\s\up1(01))运动学规律求出物体的加速度，结合受力分析，再根据eq\x(\s\up1(02))牛顿第二定律求出力。从运动情况确定受力的一般求解步骤洞悉从运动情况确定受力的一般求解步骤洞悉教材教材习题01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3.4m/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10m/s2；(2)若运动员仍以3.4m/s的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行10m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？解题方法分析两过程由牛顿第二定律求出加速度，再根据运动公式求解距离。【答案】（1）28.9m；（2）2.1m。教材习题02如图所示，有一位滑雪者，他与装备的总质量为75kg，以2m/s的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为30°，在5s的时间内滑下的路程为60m，g取10m/s2。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦阻力和空气阻力）。解题方法本题属于已知运动求解力，先由运动学公式求解加速度，再对研究对象受力分析，沿加速度方向和垂直加速度方向分解，沿加速度方向列牛二方程，垂直加速度方向列平衡方程。【答案】650N，方向垂直于山坡向下；75N，方向沿山坡向上教材习题03一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，上一层只有一只桶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，和汽车一起保持静止，如图所示。(1)当汽车向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？解题方法首先确定好研究对象，本题应与C桶为研究对象，再对研究对象受力分析，由研究对象的运动状态列方程求解。【答案】(1)A对C的支持力减小，B对C的支持力增大，理由见解析；(2)考点一从受力确定运动情况1．为期3天的世界F1模型赛车校园青少年科技挑战赛中国区总决赛日前在京落幕，来自北京育才学校的Cyclopentane（环戊烷）车队获得冠军。一辆利用3D打印技术组装而成的“F1赛车”在“赛道”上蓄势待发。“啪”触发器一响，质量m只有0.05kg的小车瞬间飞了出去。若这辆赛车的运动是从静止开始的匀加速直线运动，它所受的合外力F为0.60N，求：(1)“F1赛车”加速度a的大小；(2)“F1赛车”开始运动后t=2.0s内通过的距离s。【答案】(1)；(2)【详解】（1）根据牛顿第二定律可得解得即赛车的加速度大小为；（2）根据匀变速直线运动位移与时间的关系可得赛车在t=2.0s内的位移2．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，如图所示。若机舱口下沿距地面，气囊所构成的斜面长度为，一个质量为的人沿气囊滑下时所受的阻力是240N，取重力加速度。求：（1）人滑至气囊底端所需时间；（2）若不考虑在气囊与地面连接处人员速度大小的变化，人到达气囊底端后在水平地面上滑行了停止，则人与地面间的滑动摩擦因数多大？【答案】（1）；（2）【详解】（1）如图所示，对人进行受力分析，设斜面夹角为，斜面长度为，机舱口下沿距地面为，则可知由牛顿第二定律知代入得由匀变速直线运动位移与时间关系式知代入得（2）设下滑到斜面最低点速度为，动摩擦因数为，滑行距离为，由匀变速直线运动速度与时间关系式知由速度与位移关系式知代入得3．在冰壶比赛中，运动员用的水平恒力推着质量为的冰壶由静止开始运动，一段时间后撤去力，冰壶继续沿直线运动，从开始运动到停止的总位移为，冰壶与冰面之间的动摩擦因数为，取重力加速度，求：(1)冰壶刚开始运动时的加速度大小；(2)撤去F之前冰壶运动的位移大小；(3)冰壶运动的总时间。【答案】(1)；(2)6m；(3)24s【详解】（1）根据牛顿第二定律，冰壶匀加速过程有加速度大小（2）匀减速过程有根据运动学公式，冰壶匀加速过程有匀减速过程有由题意有x1+x2=36m联立解得x1=6m（3）根据运动学公式有代入数据得t1=4s根据得t2=20s所以冰壶运动的总时间为t=t1+t2=24s考点二从运动情况确定受力4．如图所示，雪后初晴，孩子们在水平雪地上快乐地游戏。雪橇的质量，雪橇与雪地间动摩擦因数，男孩用水平力F推雪橇，使它从静止开始做匀加速直线运动，经过，雪橇运动了。重力加速度g取，求：(1)雪橇加速度的大小；(2)水平推力F的大小。【答案】(1)；(2)【详解】（1）雪橇做匀加速直线运动，根据运动学公式可得解得雪橇加速度的大小为（2）雪橇水平方向受到水平的推力和滑动摩擦力，根据牛顿第二定律可得解得5．如图所示，一位滑雪运动员与装备的总质量，以的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角，在内滑下的位移。g取。求：(1)运动员下滑的加速度大小a。(2)运动员2s末的速度大小。(3)运动员受到阻力大小。【答案】(1)；(2)；(3)【分析】滑雪者沿山坡向下做匀加速直线运动。【详解】（1）根据匀变速直线运动规律，有解得（2）根据速度一时间公式有（3）对滑雪者进行受力分析：滑雪者在下滑过程中，受到重力、山坡的支持力以及阻力的共同作用。以滑雪者为研究对象，根据牛顿第二定律有沿山坡向下方向有解得6．如图甲所示，电动平衡车两只轮子均为主动轮。从侧面看可以简化为如图乙所示的模型。某人站在平衡车上从速度匀加速到所用的时间为。已知平衡车质量，人的质量，人受到的空气阻力为，忽略平衡车受到的空气阻力，，计算结果可以保留根号。求：(1)加速度a的大小；(2)踏板对人的作用力F大小；(3)地面对平衡车摩擦力的大小。【答案】(1)；(2)；(3)【详解】（1）由加速度的定义式可知（2）将作用力分解为水平方向的力和竖直方向的力，水平方向竖直方向解得（3）整体在水平方向上有解得考点三多过程问题7．质量为的物体静止在水平面上，它们之间的动摩擦因数为。现对物体施加如图所示的力F，，与水平方向成夹角。经过后，撤去力F，再经过一段时间，物体停下来。（，）求：（1）10s内物体加速度；（2）撤去拉力瞬间，物体的速度v；（3）物体的总位移x。【答案】（1）0.5m/s2，水平向右；（2）5m/s，水平向右；（3）27.5m，水平向右【详解】（1）有拉力时物体受力如图，根据牛顿第二定律得水平方向有竖直方向有又f=μN解得a1=0.5m/s2水平向右。（2）t=10s末物体的速度为v=a1t=0.5×10m/s=5m/s水平向右。（3）匀加速的位移当撤掉F后，物体在滑动摩擦力的作用下做匀减速直线运动，据牛顿第二定律得据运动学公式可知所以总位移水平向右。8．如图所示，物流公司通过滑道把货物直接运到卡车中，倾斜滑轨与水平面成37°角，长度，水平滑轨长度，两滑轨间平滑连接使速度改向而不改变速度大小。若货物从倾斜滑轨顶端由静止开始下滑，其与滑轨间的动摩擦因数均为，货物可视为质点（取，，重力加速度）。求：(1)货物在倾斜滑轨上滑行时加速度a的大小；(2)货物滑到水平滑轨末端时速度v的大小。【答案】(1)；(2)【详解】（1）货物在倾斜滑轨上滑行时，由牛顿第二定律得求得（2）货物在水平滑轨上滑行时，由牛顿第二定律得货物在倾斜滑轨上滑行的过程有货物在水平滑轨上滑行的过程有联立求得9．在学校科技节上，物理老师在空旷的操场竖直向上发射一枚总质量为的火箭模型。如图所示，在时刻发动机点火，为火箭提供了竖直向上、大小恒为的推力，上升到高度时发动机熄火，在达到最大高度后，火箭打开顶部的降落伞，在降落伞作用下向下做匀加速运动，到达地面时的速度大小为。已知火箭箭体在运动的过程中，受到的空气阻力大小恒为，方向始终与火箭运动方向相反，重力加速度，不考虑火箭发射过程中喷出的气体对火箭质量的影响，火箭在运动的过程中可视为质点。(1)求发动机熄火时，火箭的速度大小；(2)从发动机点火开始，求火箭上升的最大高度和所经历的时间；(3)若把降落伞提供的阻力视为恒定不变，求其大小。【答案】(1)；(2)，；(3)【详解】（1）火箭向上做匀加速运动时，根据牛顿第二定律可得解得根据可知，发动机熄火时，火箭的速度大小为（2）发动机熄火后，根据牛顿第二定律可得解得发动机熄火后，火箭继续上升的高度为则火箭上升的最大高度为熄火前火箭运动的时间为熄火后火箭上升的时间为火箭从点火到上升到最大高度所用时间为（3）火箭在降落伞作用下向下做匀加速运动，根据运动学公式可得代入数据，解得根据牛顿第二定律得解得降落伞提供的阻力大小为知识导图记忆知识目标复核1．明确动力学的两类基本问题。2.知道加速度是解决两类动力学基本问题的桥梁。3.能够熟练应用牛顿运动定律解决动力学问题。1．如图所示，在中国空间站中测量航天员质量。航天员把自己固定在支架的一端，另外一名航天员将支架拉开到指定的位置。松手后，支架产生一个恒定的拉力F拉着航天员从静止开始运动到舱壁。测出航天员运动到舱壁时的速度v和运动所用时间t，则航天员的质量为（）A． B．C． D．【答案】B【详解】航天员的加速度大小为根据牛顿第二定律可得可得航天员的质量为故选B。2．投出后的冰壶沿水平冰面滑行，运动员用毛刷在冰壶滑行正前方来回摩擦冰面，减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动，最终停在远处的某个位置。下列说法正确的是（）A．运动员摩擦冰面可以使冰壶滑行得更远B．运动员摩擦冰面可以增大冰壶受到的摩擦力C．运动员摩擦冰面可以减少冰壶滑行的时间D．运动员摩擦冰面可以使冰壶的速度变化更快【答案】A【详解】BD．根据题意可知运动员摩擦冰面可以减小冰面的动摩擦因数，根据可知，摩擦冰面可以减小冰壶受到的摩擦力；根据牛顿第二定律可得可知摩擦冰面可以减小冰壶的加速度，使冰壶的速度变化更慢，故BD错误；AC．根据，由于摩擦冰面减小冰壶的加速度，则运动员摩擦冰面可以增加冰壶滑行的时间，使冰壶滑行得更远，故A正确，C错误。故选A。3．2024年11月14日凌晨，神舟十八号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。当返回舱距离地面高度为2m时，返回舱的速度为8m/s，此时返回舱底部的4台反推发动机同时点火工作，返回舱触地前的瞬间速度降至零，从而实现软着陆。若该过程飞船始终竖直向下做匀减速运动，返回舱的质量变化和受到的空气阻力均忽略不计。返回舱的总质量为，重力加速度g取，则平均每台反推发动机提供的推力大小为（

）A． B． C． D．【答案】C【详解】当返回舱距离地面高度为2m时，返回舱的速度为8m/s，返回舱触地前的瞬间速度降至零，根据速度与位移的关系，有解得对返回舱，由牛顿第二定律得解得故选C。4．如图，水平地面上有一个质量的小铁块，与地面之间的动摩擦因数为，某时刻开始用一个水平向右的拉力，重力加速度g取，从静止开始拉动小铁块，经过时间，拉力大小不变，方向变成水平向左，再作用时间，此刻小铁块的速度是（

）

A．，向左 B．，向左 C．，向左 D．，向右【答案】B【详解】当施加水平向右的拉力时，由牛顿第二定律得经过时间后的速度为解得当拉力大小不变，方向变成水平向左时，由牛顿第二定律得解得当铁块速度减为零时，所用时间为此后小铁块开始向左加速，有牛顿第二定律得解得再经过的速度为解得方向向左。故选B。5．滑沙运动是一种比较刺激的娱乐活动，深受青少年的喜爱。图为滑沙运动的简化图，小孩（可视为质点）坐在长为2m的滑板上端，与滑板一起由静止从倾角为的斜面滑下，已知小孩与滑板间的动摩擦因数为0.5，滑板与斜面间的动摩擦因数为，小孩的质量与滑板的质量相等，斜面足够长，取重力加速度大小，，，则以下判断不正确的是（

）A．小孩在滑板上下滑的加速度大小为B．小孩刚离开滑板时，滑板下滑的距离是C．小孩和滑板脱离前滑板的加速度大小为D．经过，小孩离开滑板【答案】A【详解】A．对小孩受力分析，小孩受到重力，支持力和滑板对小孩向上的摩擦力，根据牛顿第二定律有解得故A错误，符合题意；BCD．对滑板运用牛顿第二定律有代入数据解得设经过时间小孩离开滑板，则解得则小孩刚离开滑板时，滑板下滑的距离故BCD正确，不符合题意。故选A。6．如图所示，避险车道是避免恶性交通事故的重要车道，由制动坡床和防撞设施等组成。一辆质量为10t的货车（视为质点）行驶到一个长下坡时，因刹车失灵以10m/s的初速度沿坡向下做匀加速直线运动，在加速前进了750m后，驾驶员将车从干道（距离很短，可忽略）驶入制动坡床，并冲上坡床后停在坡床上。若货车在该长下坡每行驶500m高度下降100m，下坡时受到的阻力是车重的，冲上坡床时受到坡床给它的摩擦力是车重的，制动坡床与水平地面的夹角为θ（sinθ=0.3）。取重力加速度大小g=10m/s2，若货车从干道驶入制动坡床时的速度大小不变，求：（1）货车刚驶入制动坡床时的速度大小；（2）货车在制动坡床上行驶的距离。【答案】（1）40m/s；（2）100m【详解】（1）货车在该长下坡每行驶500m高度下降100m，所以sinα=0.2货车下坡时,对货车受力分析可得mgsinα-0.1mg=ma1解得a1=1m/s2根据速度—位移关系有-=2a1x1解得v1=40m/s。（2）货车上坡时，对货车受力分析可得mgsinθ+0.5mg=ma2解得a2=8m/s2根据速度—位移关系-=-2a2x2解得x2=100m7．雪橇是北方冬季常见运输工具，如图所示小孩和雪橇的总质量是34.5kg，雪橇与水平面间动摩擦因数为，大人用与水平方向成角，斜向上的大小为的拉力拉雪橇时，雪橇沿水平面做匀加速运动，求：(1)小孩和雪橇的加速度的大小；(2)若大人从静止开始与水平方向成角，斜向上的大小为150N的拉力作用5s后撤去拉力，小孩匀减速向前滑行，求撤去拉力至减速为零所用时间（已知，，）【答案】(1)；(2)【详解】（1）对小孩和雪橇整体受力分析，竖直方向有：水平方向，由牛顿第二定律得：。根据滑动摩擦力公式，摩擦力为：可得代入数据解得小孩和雪橇的加速度为：（2）根据匀变速直线运动的速度时间公式，5s末的速度为：撤去拉力后，小孩和雪撬做匀减速运动，由牛顿第二定律得：＇。解得减速阶段的加速度大小为：减速阶段运动时间为：8．在2025年春晚《秧BOT》节目中，机器人与舞者进行了一场精彩绝伦的表演。假设舞台上有一个质量为的机器人，它在表演过程中沿着一条直线运动。在时刻，机器人的速度为，从该时刻开始，机器人在外力F作用下开始加速，其速度v随时间t的变化关系为（物理量均取国际单位制单位），机器人与舞台间的动摩擦因数，重力加速度.(1)求外力F的大小；(2)求0~2s时间内，机器人的位移大小。【答案】(1)45N；(2)12m【详解】（1）根据可知加速度a=2m/s2根据牛顿第二定律可知可得F=45N（2）0~2s时间内，机器人的位移大小9．如图所示．质量为的人站在缆车上，缆索与水平面成且始终保持绷直状态，某一时刻缆车由静止沿缆索向上做匀加速直线运动，运动后速度达到，在此过程中缆车地板始终保持水平，，，。求该过程：(1)缆车的加速度大小；(2)人对缆车地板的压力和摩擦力的大小。【答案】(1)；(2)，【详解】（1）由匀变速直线运动速度位移公式解得加速度大小为（2）对人进行受力分析如图所示将加速度分解到水平方向和竖直方向，水平方向根据牛顿第二定律可得竖直方向根据牛顿第二定律可得解得，由牛顿第三定律得人对缆车地板的压力大小为和摩擦力大小为。10．如图甲，在推轮胎加速跑比赛中，某参赛者保持两手臂相互平行，与水平地面间的夹角θ=37°（简化模型如图乙所示）。当该参赛者对轮胎的推力F1=30N时，轮胎静止不动，推力增大到F2=60N时，轮胎开始做匀加速直线运动，2s内前进距离为2m。已知轮胎的质量m=5kg，sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s2。求轮胎：(1)静止时受到摩擦力大小；(2)匀加速运动过程加速度；(3)与地面间的动摩擦因数。【答案】(1)24N；(2)1m/s2，与运动方向相同；(3)0.5【详解】（1）对轮胎受力分析如图所示设轮胎静止不动时所受摩擦力大小为f1，则解得（2）根据位移时间关系解得方向与运动方向相同；（3）设轮胎匀加速运动时所受摩擦力大小为f2，由牛顿第二定律可得，，联立解得11．滑草是一项使用滑草车沿倾斜草地滑行的运动，深受青年人喜爱。图甲为某滑草运动场地，图乙为其中一条滑道的示意图，滑道由倾角的滑道和水平滑道、组成，其中为助跑跑道，通过一定的加速可以使人和滑草车在b点获得一定的初速度沿滑道下滑，其速度范围为，水平滑道末端e点装有一弹性墙，滑草车撞击后获得一等大反向的速率，d、e两点之间是滑草车回收区。已知，，，滑草车与各接触面的动摩擦因数均为0.5，滑草车经过滑道交接处速度大小不变，不计滑草车的大小，，求：(1)滑草车下滑过程中，在和两段的加速度大小；(2)滑草车从b点静止下滑，速度减到零经过的时间；(3)要求滑草车最终能停在回收区，对初速度大小有什么要求。【答案】(1)，；(2)7s；(3)【详解】（1）在段，根据牛顿第二定律

解得在段，根据牛顿第二定律

解得（2）在段，做匀加速直线运动，根据运动学公式

解得此时在段，

解得滑草车从b点静止下滑，速度减到零经过的时间（3）在第二小题中b点初速度为0，在水平滑道上滑行的路程

即滑道车已在回收区，随着b点初速度越来越大，水平滑道上滑行的距离越来越大。滑道车撞击弹性墙之后的运动可以看作没有弹性墙往左运动，即滑道上向左一直匀减速到速度为0，即水平滑道上滑行的距离最大值为此时，在段，在段，联立解得故12．水上滑梯可简化为如图所示的模型，斜槽和水平槽平滑连接，斜槽的竖直高度，倾角。水平槽长，人与、间的动摩擦因数均为。取重力加速度，，。一质量为小朋友（可视为质点）从滑梯顶端点无初速地自由滑下。(1)画出小朋友沿斜槽下滑时的受力示意图并求出所受摩擦力；(2)求小朋友沿斜槽下滑时的加速度大小；(3)求小朋友达到点速度大小。【答案】(1)，方向沿斜面向上；(2)；(3)【详解】（1）小朋友沿斜槽下滑时的受力示意图如下所受摩擦力为滑动摩擦力，故摩擦力代入题中数据得，方向沿斜面向上。（2）在AB段，由牛顿第二定律有联立以上解得（3）设小朋友在B点速度为，在AB段，由运动学公式有设在BC段加速度大小为，由牛顿第二定律有在BC段，由运动学公式有联立以上解得13．假期时，小明的爸爸驾驶房车带领全家游览祖国美丽的景色如甲图所示。房车厨房内有一只装满杂粮的圆柱形储藏罐贴着倾角的斜面放在水平置