4.5牛頓運動定律的應用

〖教材分析〗

牛頓第二定律是學生首次接觸，而它將伴隨著學生整個高中三年。本節課主

要是運用牛頓三大定律去解決實際問題。培養學生解題能力，邏輯思維能力等。

在對物體受力分析時要正確引導學生，受力分析的順序，做到不漏不多；強化他

們正交分解法的使用和數學三角函數的應用。逐漸的把握好牛頓定律應用的解題

思路和方法。

〖教學目標與核心素養〗

物理觀念：掌握應用牛頓運動定律解決問題的基本思路和方法。

科學思維：能結合物體的運動情況對物體的受力情況進行分析。

科學探究：能根據物體的受力情況推導物體的運動情況。

科學態度與責任：會用牛頓運動定律和運動學公式解決簡單的力學問題。

〖教學重點與難點〗

重點：1、已知物體受力情況，求物體的運動情況。

2、已知物體運動情況，求物體的受力情況。

難點：1、物體的受力分析及運動狀態分析和重要的解題方法的靈活選擇和

運用。

2、正交分解法。

〖教學方法〗

創設情境導入課題，合作交流，總結規律，實例分析，拓展提升，講練相結合。

〖教學準備〗

多媒體課件。

〖教學過程〗

一、新課引入

通過多媒體課件動圖展示：列車進站。

為了盡量縮短停車時間，旅客按照站臺上標注的車門位置候車。列車進站時

總能準確地停靠在對應車門的位置。這是如何做到的呢？

復習牛頓第二定律：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質量成反

比，加速度的的方向跟作用力的方向相同。

F=ma，F指的是物體所受的合力，m為物體的質量，a是物體的加速度，注

意方向。

牛二定律確定了力和運動情況的關系，為此我們再舉幾個例子。

二、新課教學

（一）從受力確定運動情況

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

運動學的規律確定物體的運動情況。

處理這類問題的基本思路是：先分析物體受力情況求合力，據牛頓第二定律

求加速度，再用運動學公式求所求量。為此我總結了，解題的一般步驟。

解題的一般步驟：

（1）確定研究對象，構建模型：

（2）對這個物體進行受力分析：

順序是：重力（mg）→支持力（彈力FN）→其它→摩擦力（Ff）

（3）正交分解：建立直角坐標系轉化為四力的模式

（4）運動分析：判斷物體的運動方向，求合力F合

水平或豎直方向：F合=運動方向的力-反向的力

建立坐標系：x、y軸：F合=運動方向的力-反向的力

（5）根據牛頓第二定律列方程F合=ma

（6）畫運動草圖，應用運動學公式

速度公式：vt=vo+at

1

位移公式：xvtat2求未知

02

22

導出公式：vt－v0=2ax

例題1:運動員把冰壺沿水平冰面投出，讓冰壺在冰面上自由滑行，在不與

其他冰壺碰撞的情況下，最終停在遠處的某個位置。按比賽規則，投擲冰壺運動

員的隊友，可以用毛刷在冰壺滑行前方來回摩擦冰面，減小冰面的動摩擦因數以

調節冰壺的運動。

（1）運動員以3.4m/s的速度投擲冰壺，若冰壺和冰面的動摩擦因數為0.02，

冰壺能在冰面上滑行多遠？g取10m/s2。

（2）若運動員仍以3.4m/s的速度將冰壺投出，其隊友在冰壺自由滑行10m后

開始在其滑行前方摩擦冰面，冰壺和冰面的動摩擦因數變為原來的90%，冰壺

多滑行了多少距離？

分析(1)由解題步驟來求解即可。

（2）注意第一階段的末速度是第二階段的初速度。

解：（1）確定研究對象，構建模型：

（2）對這個物體進行受力分析：

①豎直向下的重力mg；

②地面對物體向上的支持力FN

③水平向左的摩擦力Ff。

（3）正交分解：建立直角坐標系轉化為四力的模式

（4）運動分析：判斷物體的運動方向，求合力F合

物體向右減速運動；所以在豎直方向沒有發生位移，沒有加速度，所以重力mg

和支持力FN大小相等、方向相反，彼此平衡。

即y軸方向：mg=FN

在x軸方向：F合=運動方向的力-反向的力=0－Ff

（5）根據牛頓第二定律列方程F合=ma。

-Ff=ma1

Ff=μFN

聯立得：-μmg=ma1

2

代入數據得：a1=-0.2m/s

（6）畫運動草圖，應用運動學公式：

22

導出公式：vt－v0=2a1x1

代入數據得：x1=28.9m

（2）同理，設冰壺滑行10m后的速度為v10，則對冰壺的前一段運動有，

22

v10＝v0＋2a1x10

冰壺后一段運動的加速度為

22

a2＝－μ2g＝－0.02×0.9×10m/s＝－0.18m/s

222

滑行10m后為勻減速直線運動，由v－v10＝2ax2，v＝0，得

22

v10v02a1x10

x221m

2a22a2

第二次比第一次多滑行了（10＋21－28.9）m＝2.1m

（二）從運動情況確定受力

如果已知物體的運動情況，根據運動學公式求出物體的加速度，再根據牛頓

第二定律確定就可以確定物體所受的力。

處理這類問題的基本思路是：先分析物體的運動情況，據運動學公式求加速

度，再在分析物體受力情況的基礎上，用牛頓第二定律列方程求所求量(力)。

和前面的在第四第五步，相反。

例題2、一個滑雪的人，質量m=75Kg，以v0=2m/s的初速度沿山坡勻加

速滑下，山坡的傾角θ=30o，在t=5s的時間內滑下的路程x=60m，求滑雪人

受到的阻力（包括摩擦和空氣阻力）。

解：（1）確定研究對象，構建模型：

（3）對這個物體進行受力分析：

①豎直向下的重力mg；

②地面對物體向上的支持力FN

③沿斜面向上的阻力Ff。

（3）正交分解：建立直角坐標系轉化為四力的模式

（4）運動分析：判斷物體的運動方向，求合力F合

物體向右減速運動；所以在豎直方向沒有發生位移，沒有加速度，所以重力mg

和支持力FN大小相等、方向相反，彼此平衡。

0

即y軸方向：mgcos30=FN

0

在x軸方向：F合=運動方向的力-反向的力=mgsin30－Ff

（5）根據牛頓第二定律列方程F合=ma。

mgsinFfma

（6）畫運動草圖，應用運動學公式：

1

位移公式：xvtat2

02

代入數據得：a=4m/s2

把a=4代入得：mgsinθ-Ff=ma

代入數據得：Ff=75N

可見，無論是哪種情況，加速度始終是聯系運動和力的橋梁。求加速度是解

決有關運動和力問題的基本思路，正確的受力分析和運動過程分析則是解決問題

的關鍵。

〖板書設計〗

4.5牛頓運動定律的應用

一、從受力確定運動情況

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

通過運動學的規律確定物體的運動情況。

處理這類問題的基本思路是：先分析物體受力情況求合力，據牛頓第二定

律求加速度，再用運動學公式求所求量。

二、從運動情況確定受力

如果已知物體的運動情況，根據運動學公式求出物體的加速度，再根據牛頓

第二定律確定就可以確定物體所受的力。

處理這類問題的基本思路是：先分析物體的運動情況，據運動學公式求加速

度，再在分析物體受力情況的基礎上，用牛頓第二定律列方程求所求量(力)。

〖教學反思〗

1、在授課過