2019版新教材高中物理 第4章 第5节 牛顿运动定律的应用学案 新人教版必修第一册

第5节牛顿运动定律的应用1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确定物体的运动情况。2从运动情况确定受力如果已知物体的运动情况，根据运动学规律求出物体的加速度，结合受力分析，再根据牛顿第二定律求出力。 典型考点一从受力确定运动情况1.如图所示，AD、BD、CD是竖直面内三根固定的光滑细杆，每根杆上套着一个小滑环(图中未画出)，三个滑环分别从A、B、C处释放(初速度为0)，用t1、t2、t3依次表示各滑环到达D点所用的时间，则()At1t2t2t3Ct3t1t2 Dt1t2t3答案D解析小滑环下滑过程中受重力和杆的弹力作用，下滑的加速度可认为是由重力沿杆方向的分力产生的，设杆与竖直方向的夹角为，由牛顿第二定律得mgcosma，则agcos设圆心为O，半径为R，由几何关系得，滑环由开始运动至到达D点的位移x2Rcos由运动学公式得xat2由联立解得t2。即小滑环下滑的时间与细杆的倾斜程度无关，故t1t2t3，D正确。2.如图所示为一架四旋翼无人机，它是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器，目前得到越来越广泛的应用。若一架质量m2 kg的无人机，其动力系统所能提供的最大升力为F36 N，运动过程中所受空气阻力大小恒为f4 N，g取10 m/s2。(1)无人机在地面上从静止开始，以最大升力竖直向上起飞，求在t5 s时离地面的高度h；(2)当无人机悬停在距离地面高度H100 m处，由于动力设备故障，无人机突然失去升力而坠落。求无人机坠落到地面时的速度大小v；(3)在第(2)问条件下，若无人机坠落过程中，由于遥控设备的干预，动力设备重新启动提供向上最大升力。为保证安全着地，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t1。答案(1)75 m(2)40 m/s(3) s解析(1)设无人机上升时加速度为a，由牛顿第二定律，有Fmgfma，解得a6 m/s2，由hat2，解得h75 m。(2)设无人机坠落过程中加速度为a1，由牛顿第二定律，有mgfma1，解得a18 m/s2，由v22a1H，解得v40 m/s。(3)设飞行器恢复升力后向下减速时加速度为a2，由牛顿第二定律，有Fmgfma2，解得a210 m/s2设飞行器恢复升力时速度大小为vm，则有H，又由vma1t1，解得t1 s。典型考点二从运动情况确定受力3.某物体做直线运动的vt图像如图所示，据此判断下列四个选项中图像(F表示物体所受合力，t表示物体运动的时间)正确的是()答案B解析根据速度时间图像可以知道，物体02 s做匀加速直线运动，24 s做匀减速直线运动，46 s做反向匀加速直线运动，68 s做反向匀减速直线运动。速度时间图像的斜率表示加速度，设最大速度为v，则02 s物体的加速度为，24 s物体的加速度为，46 s物体的加速度为，68 s物体的加速度为。根据牛顿第二定律，物体受到的合力与加速度成正比，故B正确。4民用航空客机的机舱除通常的舱门外还设有紧急出口，发生意外情况的飞机着陆后，打开紧急出口的舱门，会自动生成一个由气囊组成的斜面，机舱中的乘客就可以沿斜面迅速滑行到地面上来。若某型号的客机紧急出口离地面高度为4.0 m，构成斜面的气囊长度为5.0 m。要求紧急疏散时，乘客从气囊上由静止下滑到达地面的时间不超过2.0 s(g取10 m/s2)，则：(1)乘客在气囊上下滑的加速度至少为多大？(2)气囊和下滑乘客间的动摩擦因数不得超过多少？答案(1)2.5 m/s2(2)0.92解析(1)由题意可知，h4.0 m，L5.0 m，t2.0 s。设斜面倾角为，则sin。乘客沿气囊下滑过程中，由Lat2得a，代入数据得a2.5 m/s2。(2)在乘客下滑过程中，对乘客受力分析如图所示，沿x轴方向有mgsinFfma，沿y轴方向有FNmgcos0，又FfFN，联立方程解得0.92，故气囊与下滑乘客间的动摩擦因数不得超过0.92。- 4 -