高一物理第三章牛頓運(yùn)動定律學(xué)案

1、第三章 牛頓運(yùn)動定律 第I單元 牛頓運(yùn)動定律鞏固：夯實(shí)基礎(chǔ)一、牛頓第一定律 1.定律內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止. 2.對牛頓第一定律的理解應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）牛頓第一定律反映了物體不受外力時(shí)的運(yùn)動狀態(tài). （2）牛頓第一定律說明一切物體都有慣性. （3）牛頓第一定律說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，即力是產(chǎn)生加速度的原因. 3.慣性：物體保持原來的勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫做慣性.一切物體都有慣性，慣性是物體的固有性質(zhì). （1）質(zhì)量是慣性大小的唯一量度.慣性與物體是否受力及受力大小無關(guān)，與物體是否運(yùn)動及速度大小無關(guān). （2）慣性的表

2、現(xiàn)形式：物體在不受外力或所受的合外力為零時(shí)，慣性表現(xiàn)為使物體保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不變（靜止或勻速直線運(yùn)動）;物體受到外力時(shí)，慣性表現(xiàn)為運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度.慣性大，物體運(yùn)動狀態(tài)難以改變;慣性小，物體運(yùn)動狀態(tài)容易改變. 4.理想實(shí)驗(yàn)方法也叫做假想實(shí)驗(yàn)或思想實(shí)驗(yàn).它是在可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上采用科學(xué)的抽象思維來展開的實(shí)驗(yàn)，是人們在思想上塑造的理想過程.牛頓第一定律是通過理想實(shí)驗(yàn)得出的，它不能由實(shí)際的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證.二、牛頓第二定律 1.定律內(nèi)容：物體的加速度a跟物體所受的合外力F成正比，跟物體的質(zhì)量m成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同. 2.公式：F合=ma.三、牛頓第三定律 1.定律內(nèi)容：兩個(gè)物體

3、之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在一條直線上. 2.對于一對作用力、反作用力的關(guān)系，除牛頓第三定律反映的“等大、反向、共線”的關(guān)系外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）同性質(zhì)：一對作用力、反作用力必定是同種性質(zhì)的力; （2）同時(shí)性：一對作用力、反作用力必定同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)變化、同時(shí)消失; （3）異物性：一對作用力、反作用力分別作用在 相互作用的兩個(gè)物體上，它們的作用效果也分別體現(xiàn)在不同物體上，不可能相互抵消，這是一對作用力、反作用力和一對平衡力最根本的區(qū)別.四、牛頓運(yùn)動定律的適用范圍 對于宏觀物體的低速運(yùn)動(運(yùn)動速度遠(yuǎn)小于光速的運(yùn)動)，牛頓運(yùn)動定律是成立的，但對于物體的高速運(yùn)動(運(yùn)動速

4、度接近光速)和微觀粒子的運(yùn)動，牛頓運(yùn)動定律就不適用了，要用相對論觀點(diǎn)、量子力學(xué)理論處理.理解：要點(diǎn)詮釋考點(diǎn)一 慣性的概念 慣性是物體的固有屬性，與物體的運(yùn)動情況及受力情況無關(guān).質(zhì)量是慣性大小的唯一量度. （1）當(dāng)物體不受外力或所受外力的合力為零時(shí)，慣性表現(xiàn)為維持原來的靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)不變. （2）當(dāng)物體受到外力作用而做變速運(yùn)動時(shí)，物體同樣表現(xiàn)為具有慣性.這種表現(xiàn)可以從兩方面說明：第一，物體表現(xiàn)出具有反抗外力的作用而維持其原來運(yùn)動狀態(tài)不變的趨向.具體地說，外力要迫使物體改變原來的運(yùn)動狀態(tài)，而物體的慣性要反抗外力的作用而力圖維持物體原來的運(yùn)動狀態(tài)，這一對矛盾斗爭的結(jié)果表現(xiàn)為物體運(yùn)動狀態(tài)改變的

5、快慢產(chǎn)生大小不同的加速度.在同樣大小的力作用下，慣性大的物體運(yùn)動狀態(tài)改變較慢（加速度?。?，慣性小的物體運(yùn)動狀態(tài)改變較快（加速度較大）.第二，做變速運(yùn)動的物體雖然每時(shí)每刻速度都在變化，但是每時(shí)每刻物體都表現(xiàn)出要維持該時(shí)刻速度不變的性質(zhì)，只是由于外力的作用不斷地打破它本身慣性的這種“企求”，致使速度繼續(xù)變化.如果某一時(shí)刻外力突然撤銷，物體就立刻“保持”該時(shí)刻的瞬時(shí)速度不變而做勻速直線運(yùn)動，這充分反映了做變速運(yùn)動的物體仍然具有保持它每時(shí)每刻速度不變的性質(zhì)慣性.考點(diǎn)二 對牛頓第二定律的理解 （1）牛頓第二定律反映了加速度與力和質(zhì)量之間的定量關(guān)系. 合外力和質(zhì)量決定加速度，加速度不能決定力和質(zhì)量； 大小

6、關(guān)系：加速度與合外力成正比，與質(zhì)量成反比； 方向關(guān)系：加速度的方向總跟合外力方向相同； 單位關(guān)系：應(yīng)用F=ma進(jìn)行計(jì)算時(shí)，各量必須使用國際單位制中的單位. （2）牛頓第二定律是力的瞬時(shí)規(guī)律，它說明力的瞬時(shí)作用效果是使物體產(chǎn)生加速度，加速度跟力同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失. （3）根據(jù)力的獨(dú)立作用原理，用牛頓第二定律處理物體在一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動的問題時(shí)，可將物體所受各力正交分解，在正交的方向上分別應(yīng)用牛頓第二定律的分量形式：Fx=max，F(xiàn)y=may列方程.鏈接提示 （1）力和加速度有瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系，但和速度沒有瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系，有力必定同時(shí)產(chǎn)生加速度，但不能同時(shí)產(chǎn)生速度.加速度的方向與產(chǎn)生他的力的方向一

7、定相同，但速度的方向和力的方向沒有確定關(guān)系.對一定質(zhì)量的物體，力的大小決定加速度的大小，但力的大小和速度的大小沒有確定關(guān)系. （2）力的獨(dú)立作用原理是指物體所受的每一個(gè)外力都產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的加速度，物體的合加速度為這些加速度的矢量和.在解決某些具體問題時(shí)，應(yīng)用力的獨(dú)立作用原理更為簡便. （3）兩種基本模型特點(diǎn)：輕繩（或線）不需要形變恢復(fù)時(shí)間，在瞬時(shí)問題中，其彈力可以突變，成為零或別的值.輕彈簧（或橡皮繩）需要較長的形變恢復(fù)時(shí)間，在瞬時(shí)問題中，其彈力不能突變，大小不變.考點(diǎn)三 連結(jié)體問題 （1）選取研究對象是關(guān)鍵.如果問題較復(fù)雜，只“隔離”一個(gè)物體不夠，還可以再“隔離”第二、第三物體等，但總的原則

8、是所列方程與未知量個(gè)數(shù)相同就行.整體法和隔離法是相輔相成的，當(dāng)把兩種方法交叉使用時(shí)，可使解題過程簡化.如當(dāng)系統(tǒng)中各物體具有共同加速度，而要求系統(tǒng)中某兩物體間的作用時(shí)，往往是先用整體法求加速度，再隔離一個(gè)受力少的物體求出兩物體間的相互作用力. （2）用F=ma列方程時(shí)還必須注意其“相對性”、“矢量性”和“同一性”.所謂“相對性”是指，在中學(xué)階段利用F=ma求解問題時(shí)，式中的a相對的參考系一定是慣性系，一般以地面為參考系.若取的參考系本身有加速度，所得結(jié)論將會出錯(cuò).所謂“矢量性”是指F=ma是一個(gè)矢量表達(dá)式，要注意對加速度的方向和力的方向進(jìn)行正確的表達(dá).圖3-1-1 所謂“同一性”是指式中的F、m

9、、a三量必須對應(yīng)同一個(gè)物體.例如圖3-1-1中，在求物體A的加速度時(shí)，有些同學(xué)總認(rèn)為B既然在A上，應(yīng)該有F-1（mA+mB）g-2mBg=（mA+mB）aA.分析此方程，方程的左邊是物體A受的合外力，但方程的右邊卻是A和B的總質(zhì)量，顯然合力F與m不對應(yīng)，故此方程是錯(cuò)誤的.典例剖析【例1】一質(zhì)量為m的人站在電梯中，電梯加速上升，加速度大小為g，g為重力加速度.人對電梯底部的壓力為（ ）A.mg B.2mg C.mg D.mg解析： 點(diǎn)評：運(yùn)用牛頓第二定律解題時(shí)要注意F合、a方向的表示，往往選取合外力的方向?yàn)檎较?，與之相同取正，相反取負(fù)；牛頓第三定律可用來輔助對物體進(jìn)行正確的受力分析.【例2】如

10、圖3-1-2所示，一物塊位于光滑水平桌面上，用一大小為F、方向如圖所示的力去推它，使它以加速度a向右運(yùn)動.若保持力的方向不變而增大力的大小，則（ ）圖3-1-2A.a變大B.a不變C.a變小D.因?yàn)槲飰K的質(zhì)量未知，故不能確定a變化的趨勢解析 點(diǎn)評：加速度與合外力是瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系，且力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因.【例3】如圖3-1-3所示，在傾角為的固定光滑斜面上，有一用繩子拴著的長木板，木板上站著一只貓.已知木板的質(zhì)量是貓質(zhì)量的2倍.當(dāng)繩子突然斷開時(shí)，貓立即沿著板向上跑，以保持其相對斜面的位置不變.則此時(shí)木板沿斜面下滑的加速度為（ ）圖3-1-3A.sin B.gsin C.gsin D.2gsi

11、n解析： 點(diǎn)評：運(yùn)用牛頓第二定律解題要注意它的相對性、矢量性及同一性；本題也可利用整體法來解，但要注意貓的對地加速度為零.【例4】如圖3-1-4所示的一升降機(jī)箱底裝有若干個(gè)彈簧，設(shè)在某次事故中，升降機(jī)吊索在空中斷裂，忽略摩擦力，則升降機(jī)從彈簧下端觸地直到最低點(diǎn)的一段運(yùn)動過程中（設(shè)彈簧被壓縮過程中處于彈性限度內(nèi)）（ ）圖3-1-4A.升降機(jī)的速度不斷減小B.升降機(jī)的加速度不斷增大C.先是彈力做的負(fù)功小于重力做的正功，然后是彈力做的負(fù)功大于重力做的正功D.到最低點(diǎn)時(shí)，升降機(jī)加速度的值一定大于重力加速度的值解析： 點(diǎn)評：力與運(yùn)動間的關(guān)系是力學(xué)的核心基礎(chǔ)，對于較復(fù)雜的問題，一定要分清物體的運(yùn)動過程，而

12、找到不同子過程的銜接點(diǎn)是分析的關(guān)鍵.至于物體運(yùn)動的性質(zhì)要由物體受力和速度情況來判斷.【例5】一小圓盤靜止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央.桌布的一邊與桌的AB邊重合，如圖3-1-5所示.已知盤與桌布間的動摩擦因數(shù)為1，盤與桌面間的動摩擦因數(shù)為2.現(xiàn)突然以恒定加速度a將桌布抽離桌面，加速度方向是水平的且垂直于AB邊.若圓盤最后未從桌面掉下，則加速度a滿足的條件是什么？(以g表示重力加速度)圖3-1-5解析： 點(diǎn)評：根據(jù)牛頓定律判斷出圓盤在桌布與桌面上的加速度大小，還需分清在桌布與桌面上的運(yùn)動性質(zhì)，另外就是要從幾何關(guān)系上找準(zhǔn)圓盤最后剛好未從桌面掉下的臨界條件.【例6】如圖3-1-6所示，在傾角

13、為的光滑斜面上有兩個(gè)用輕質(zhì)彈簧相連接的物塊A、B，它們的質(zhì)量分別為mA、mB，彈簧的勁度系數(shù)為k，C為一固定擋板，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)開始用一恒力F沿斜面方向拉物塊A使之向上運(yùn)動，求物塊B剛要離開C時(shí)物塊A的加速度a和從開始到此時(shí)物塊A的位移d.重力加速度為g.圖3-1-6 解析： 點(diǎn)評：本題關(guān)鍵是分清：（1）彈簧最初的狀態(tài)為壓縮狀態(tài)及B剛要離開C時(shí)的狀態(tài)為伸長狀態(tài)，并求出相應(yīng)的形變量；（2）B剛要開C的臨界條件，即B與C之間雖接觸，但彈力N=0.第三章 牛頓運(yùn)動定律 第單元 運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決實(shí)際問題鞏固：夯實(shí)基礎(chǔ)1.動力學(xué)的兩類基本問題 應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律求解的問題主要有兩類：一類是已知受

14、力情況求運(yùn)動情況；另一類是已知運(yùn)動情況求受力情況.在這兩類問題中，加速度是聯(lián)系力和運(yùn)動的橋梁，受力分析是解決問題的關(guān)鍵.2.超重和失重 （1）在平衡狀態(tài)時(shí)，物體對水平支持物的壓力（或?qū)依K的拉力）大小等于物體的重力. （2）當(dāng)物體的加速度向上時(shí)，物體對水平支持物的壓力（或?qū)依K的拉力）大于物體的重力，此現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象. （3）當(dāng)物體的加速度向下時(shí)，物體對水平支持物的壓力（或?qū)依K的拉力）小于物體的重力，此現(xiàn)象稱為失重現(xiàn)象.特別的，當(dāng)物體向下的加速度為g時(shí)，物體對支持物的壓力為零，這種狀態(tài)稱為完全失重狀態(tài).3.動力學(xué)問題的一般解題步驟 （1）確定研究對象.所選擇的研究對象可以是單一的物體，也可

15、以是多個(gè)相互作用的物體所構(gòu)成的系統(tǒng)，同一題目中可根據(jù)需要先后選取不同的研究對象. （2）分析研究對象的受力情況和運(yùn)動情況. （3）根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式列方程.由于所用的方程均為矢量方程，因此在列方程的過程中要特別注意各矢量的方向.一般情況下均取合外力的方向?yàn)檎较?，分別用正負(fù)號表示式中各矢量的方向，將矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算. （4）代入已知量求解.理解：要點(diǎn)詮釋考點(diǎn)一 對超重、失重的理解 (1)物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，物體的重力始終存在，大小也沒有變化. (2)發(fā)生超重或失重現(xiàn)象與物體的速度無關(guān)，只決定于加速度的方向. (3)在完全失重的狀態(tài)下，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消

16、失，如天平失效、單擺停擺、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產(chǎn)生壓強(qiáng)等.考點(diǎn)二 運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解題的主要方法 常用的解題方法有：理想實(shí)驗(yàn)法、控制變量法、整體法與隔離法、正交分解法、數(shù)學(xué)解析法、圖象法及臨界條件判斷法等.典例剖析【例1】如圖3-2-1所示，一個(gè)盛水的容器底部有一小孔.靜止時(shí)用手指堵住小孔不讓它漏水，假設(shè)容器在下列幾種運(yùn)動過程中始終保持平動，且忽略空氣阻力，則( )A.容器自由下落時(shí)，小孔向下漏水B.將容器豎直向上拋出，容器向上運(yùn)動時(shí)，小孔向下漏水；容器向下運(yùn)動時(shí)，小孔不向下漏水C.將容器水平拋出，容器在運(yùn)動中小孔向下漏水D.將容器斜向上拋出，容器在運(yùn)動中小孔不向下漏水 圖3-

17、2-1解析： 點(diǎn)評：在完全失重狀態(tài)下，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失，如液體柱不再產(chǎn)生壓強(qiáng)等.【例2】 如圖3-2-2所示，光滑斜面上質(zhì)量相等的兩木塊A、B用一輕彈簧相連接，整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，B木塊由擋板C擋住.現(xiàn)用一沿斜面向上的拉力F拉動木塊A，使木塊A沿斜面向上做勻加速直線運(yùn)動.研究從力F剛作用在A木塊的瞬間到木塊B剛離開擋板的瞬間這一過程，并且選定該過程中木塊A的起點(diǎn)位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，則如圖3-2-3所示圖象中能表示力F和木塊A的位移x之間關(guān)系的是（ ）圖3-2-2圖3-2-3解析： 點(diǎn)評：弄清彈簧由初始的壓縮狀態(tài)改變成后來的伸長狀態(tài)，確定出初始時(shí)F不為零可排除B選項(xiàng).且拉力

18、F應(yīng)該是一直在增大，和題意選初位置為位移起始點(diǎn)容易排除C、D選項(xiàng).可見有時(shí)利用排除法可提高解選擇題的效率.【例3】如圖3-2-4所示，A、B兩條直線表示在A、B兩地分別用豎直向上的力F拉質(zhì)量分別為mA、mB的兩物體得出的加速度a與力F之間的關(guān)系圖象，分析圖象可知下列說法：比較兩地的重力加速度有g(shù)A=gB；比較兩物體的質(zhì)量有mAmB；比較兩地的重力加速度有g(shù)AgB；比較兩物體的質(zhì)量有mAmB,其中正確的是（ ）圖3-2-4A. B. C. D.以上說法都不對解析： 點(diǎn)評：利用圖象分析問題時(shí)要特別關(guān)注它的斜率、截距、面積、正負(fù)號等所包含的物理意義.不同的圖象，以上量值的含義也不相同.【例4】 如圖3-2-5所示，在小車的傾角為的光滑斜面上，有一小球被平行斜面的細(xì)線系住.若要使小球?qū)π泵鏌o壓力，小車至少應(yīng)以大小為_的加速度向_做勻加速運(yùn)動.若要使小球?qū)?xì)線無拉力，小車至少應(yīng)以大小為_的加速度向_做勻加速運(yùn)動.圖3-2-5解析：