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文檔簡介
1、第三章 牛頓運動定律點擊高考一、考試要求內(nèi) 容要求說明牛頓第一定律、慣性知道國際單位制中規(guī)定的單位符號牛頓第二定律、質(zhì)量牛頓第三定律牛頓力學的適用范圍牛頓定律的應用超重和失重單位制.中學物理中涉及到的國際單位制的基本單位和其他物理量的單位.小時、分、攝氏度()、標準大氣壓、毫米汞柱、升、電子伏特(eV)二、高考對本章的考查,具有以下特點1.牛頓運動定律是研究力與運動的基礎,本章的考查內(nèi)容將貫穿于整個經(jīng)典物理學的學習過程中.2對研究對象的受力分析,通過建立坐標系,用正交分解法將矢量運算降為代數(shù)運算的方法是考查的看點,在電場、磁場中將進一步應用牛頓運動定律的.3、牛頓第二定律的應用是每年高考必考的
2、重點內(nèi)容之一.如2001年上海卷第20題、2002年全國卷第6題、全國理綜卷第26題、廣東卷第4題等.知識網(wǎng)絡以牛頓第二定律為中心的網(wǎng)絡構建第8課時 牛頓第一定律 牛頓第三定律備課指要教學建議1.了解歷史上人們對運動和力的關系問題的認識過程,進而掌握伽俐略理想實驗的科學方法.2理解牛頓第一定律牛頓第一定律不是由實驗直接總結出來的規(guī)律,它是牛頓以伽利略的理想為基礎,在總結前人的研究成果、加之豐富的想像而推理得出的一條理想條件下的規(guī)律.注意慣性與牛頓第一定律(慣性定律)的區(qū)別.3、理解慣性的概念一切物體都具有慣性,慣性是物體固有的基本屬性,與物體是否受力及物體的運動狀態(tài)無關,慣性的大小決定于物體的
3、質(zhì)量.4要求學生聯(lián)系生活、生產(chǎn)的實際,舉出利用和防止慣性的實例.例如:錘頭松了利用慣性可以使之緊套在錘柄上;公交汽車到站前關閉油門,利用慣性節(jié)省汽油;利用柴油發(fā)動機飛輪的慣性,使發(fā)動機完成了吸氣、壓縮、排氣沖程.為了防止慣性,在高速公路上規(guī)定了各種車輛的最高行駛速度,以免發(fā)生交通事故;高級轎中中裝有安全氣囊,保護司機在急剎車時的安全.5理解牛頓第三定律.力是物體的相互作用,這一點在初中學過,高中第一章在講力的概念時再次學過,因此理解牛頓第三定律內(nèi)容并不困難.重點應通過實例分析指出作用力和反作用力雖然大小相同,而各自產(chǎn)生的效果不同.例如:“蘋果吸引地球,地球吸引蘋果,這兩個力大小相等嗎?為什么蘋
4、果向下落而不見地球向上升?”6應通過大量的實例討論來區(qū)分平衡力跟作用力和反作用力.例如:有人說:“馬拉車,車拉馬,當馬拉車的力大于車拉馬的力時,車就開始啟動了”。對嗎?這兩個力是一對作用力和反作用力,大小始終相等,那為什么車會被拉動呢?案例導入例1 關于慣性,下列說法正確的是( )A慣性只是在物體做勻速直線運動或靜止時具有的特性B物體的慣性是指物體不受外力作用時仍保持原來直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)C物體不受外力作用時保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),有慣性;受外力作用時,不能保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),因而無慣性D慣性是物體的屬性,與物體的運動狀態(tài)和是否受力無關【分析】慣性是物體固有的基本
5、屬性,與物體是否受力及物體的運動狀態(tài)無關.慣性的大小決定于物體的質(zhì)量.物體不受外力時,慣性表現(xiàn)為保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài).受外力時,慣性表現(xiàn)為運動狀態(tài)改變難易程度不同.【答案】D.【歸納】慣性是物體固有的基本的屬性,學生會誤認為物體在靜止或做勻速直線運動時,即物體不受外力時才有慣性.有外力作用時,物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變,但不是物體的慣性改變,“克服慣性”“慣性消失”等說法均是錯誤的.例2 關于伽利略的理想實驗,下列說法正確的是( )A只要接觸面相當光滑,物體就能在水平面上一直做勻速直線運動B這個實驗實際上是永遠無法做到的C利用氣墊導軌,就能使實驗成功D雖然是想像中的實驗,但是它是建立在可
6、靠的事實基礎上的【分析】伽利略的理想實驗是建立在可靠的事實基礎上的,進行科學的合理的推理而得出的結論,但是無法用實驗直接驗證.【解答】選項A所述接觸面相當光滑,但是摩擦力不可能為零,所以不可能在水平面上一直做勻速直線運動,這僅僅是一個假設沒有摩擦力下的科學的推理,選項A錯.同理。同理同,選項C錯.【答案】B、D.【歸納】伽利略的理想實驗是建立在可靠的實驗事實基礎之上的,經(jīng)過抽象思維,科學的推理而揭示自然規(guī)律.雖然無法用實驗直接驗證,但是理想實驗仍是科學研究中的一種重要方法.例3 一個物體靜止地放在水平桌面上,物體對桌面的壓力等于物體的重力,這是因為( )A它們是一對平衡力B它們是一對作用力和反
7、作用力C它們既是平衡力又是相互作用力D以上說法都不對【分析】物體對桌面的壓力和桌面對物體支持力是一對作用力和反作用力,壓力大小等于支持力的大小.物體的重力和桌面對物體的支持力是一對平衡力,重力的大小等于支持力的大小.根據(jù)數(shù)學公理,等于第三個量的兩個量相等,所以,物體對桌面的壓力等于物體的重力.【答案】D.【歸納】物體對桌面的壓力作用在桌面上,物體的重力作用在物體上,不是作用在同一個物體上的力,更談不上平衡;壓力是彈力,與物體的重力性質(zhì)不相同,不可能是一對作用力和反作用力,通過練習加深對基本概念的理解,提高推理能力.知識梳理1、牛頓第一定律深刻地揭示了慣性的概念一切物體都具有慣性,慣性是物體固有
8、的基本的屬性,與物體是否受力及物體的運動狀態(tài)無關,慣性的大小決定于物體的質(zhì)量,物體不受外力時,慣性表現(xiàn)為物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),受外力時,慣性表現(xiàn)為運動狀態(tài)改變的難易程度不同.2、牛頓第一定律深刻地揭示了力的概念我們在第一章的教學中說明力是一個物體對另一個物體的作用,牛頓第一定律從動力學角度強調(diào)物體保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)不需要力,力是改變物體運動狀態(tài)的原因.3、理想實驗是科學研究中的一種重要方法伽利略的理想實驗是建立在可靠的實驗事實基礎之上,經(jīng)過抽象思維,科學的推理而深刻地揭示了自然規(guī)律.理想實驗是科學研究中的一種重要方法,這對培養(yǎng)學生的抽象思維能力,開闊學生的眼界是十分有益的
9、.4、理解牛頓第三定律的意義牛頓第三定律概括了作用力和反作用力之間的關系:“兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上”.物體間的作用力總是相互的,并且總會涉及到兩個物體:一個是離力物體,一個是受力物體.(1)作用力和反作用力同是存在,同時消失,不能認為先有作用力,后有反作用力.(2)作用力與反作用力大小相等、方向相反、分別作用在相互作用的兩個不同的物體上,產(chǎn)生的效果不同,不可能相互抵消.(3)作用力和反作用力是一對性質(zhì)相同的力.5、區(qū)分平衡力跟作用力和反作用力平衡力跟作用力和反作用力的相同點是:大小相等、方向相反、作用在同一直線上.不同點是:一對平衡力是作用在同
10、一個物體上,使物體保持平衡;而作用力和反作用力是作用在兩個不同的物體上,不可能抵消,談不上平衡.一對平衡力的性質(zhì)不一定相同;而作用力和反作用力一定是性質(zhì)相同的力.重、難、疑點剖析本課時的重點是對牛頓第一定律的深刻理解,難點是學會伽利略理想實驗的科學研究方法.重點理解牛頓第三定律的意義,區(qū)分平衡力跟作用力和反作用力.例1 一個劈形物體M放在固定的粗糙斜面上,其上面成水平,并在其水平面上放一光滑小球m,如圖所示.當劈形物從靜止開始釋放后,觀察到m和M有相對運動,則小球m在碰到斜面前的運動軌跡是( )A沿水平向右的直線B沿斜面向下的直線C豎直向下的直線D無規(guī)則的曲線【分析】小球是光滑的,在水平方向沒
11、有力的作用,所以在水平方向的運動狀態(tài)不可能發(fā)生變化,仍保持靜止,因此小球只能做沿豎直向下的直線運動.【答案】C.【歸納】根據(jù)牛頓第一定律,力是改變物體運動狀態(tài)的原因,即力是產(chǎn)生加速度的原因,小球在水平方向沒有力的作用,在水平方向上不可能有加速度,又初速為零,就不可能有位移,要學會用物體的受力分析來確定物體運動狀態(tài)的變化.例2 下列說法正確的是( )A大卡車的速度小,轎車的速度大,所以轎車的慣性大B汽車在速度大的時候比在速度小的時候難以停下,所以汽車速度大時的慣性大C乒乓球可以被快速地來回抽殺,是因為其慣性小的緣故D用同樣的力騎行車,車胎沒氣時速度增加得慢,運動狀態(tài)難以改變,因此,比有氣時慣性大
12、【分析】物體的慣性與其速度大小無關,只與其質(zhì)量大小有關. 【解答】大卡車的質(zhì)量比轎車的質(zhì)量大,大卡車的慣性大,與車的速度無關,A錯.汽車的質(zhì)量不變,不論速度大小,慣性一樣大,B錯.自行車在沒氣的時候阻力較大,合外力較小。所以速度變化較慢,但是,車的質(zhì)量不變,所以慣性一樣大,D錯.乒乓球質(zhì)量較小,慣性較小,運動狀態(tài)較易改變,選項C正確.【答案】C.【歸納】質(zhì)量是慣性大小的量度,與物體是否受力及運動速度等無關,在相同力的作用下,質(zhì)量大的物體產(chǎn)生的加速度較小,運動狀態(tài)難改變,因此質(zhì)量大的物體慣性大.例3 關于馬拉車,車拉馬的問題,下列說法正確的是( )A馬拉車不動,是因馬拉車的力小于車拉馬的力B馬拉
13、車前進,是因為馬拉車的力大于車拉馬的力C馬拉車不論車動還是不動,馬拉車的力的大小總是等于車拉馬的力D馬拉車不動或車勻速前進時,才是馬拉車的力與車拉馬的力大小相等【分析】馬拉車和車拉馬的力是一對作用力和反作用力,大小始終相等.【答案】C.【歸納】由牛頓第三定律知道,馬拉車和車拉馬的力是一對作用力和反作用力,大小始終相等,無庸置疑.而車的運動狀態(tài)的變化是由車受到的合外力決定,當馬拉車的力較小時,拉力與車受到地面的靜摩擦力相等,車保持靜止;當馬拉車的力大于所受到的地面摩擦力時,車就開始啟動并加速前進.考題回放例1 火車在軌道上勻速行駛,門窗緊閉的車廂內(nèi)有一人向上跳起,發(fā)現(xiàn)仍落在原處,這是因為( )A
14、人跳起后,車廂內(nèi)空氣給他以向前的力,帶著他隨同火車一起向前運動B人跳起的瞬間,車廂地板給他一個向前的力推動他隨同火車一起向前運動C人跳起后,車繼續(xù)向前運動,所以人下落后一定偏后一點,只是由于時間很短,偏后的距離太小,不明顯而已D人跳起后直到落地,在水平方向上人和車始終有相同的速度,故落回原處【解答】當火車勻速前進時,人起跳時具有同火車相同的初豆腐 由于慣性且不計空氣阻力,人保持原火車前進的速度,人與車在水平方向速度相同,所以人仍落回車上原處.【答案】D.【反思】力是物體運動狀態(tài)改變的原因,人跳起后在水平方向上不受力的作用,由于慣性人保持起跳時的火車的初速度.若火車沿水平軌道做加速運動,人的水平
15、速度不變,火車的速度增加,火車在水平方向的位移大于人的水平位移,人不會落在原處,將落在火車前進方向的偏后些。例2 理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律,伽利略設想了一個是理想實驗,其中有一個實驗事實,其余是推論.減小第二個斜面的傾角,小球在這斜面上仍然要達到原來的高度;兩個對接的斜面,讓靜止的小球沿一個斜面滾下,小球?qū)L上另一個斜面;如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨?;繼續(xù)減小第二個斜面的傾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做勻速運動(1)請將上述理想實驗的設計步驟按照正確的順序排列 (只要填寫序號).(2)在上述的設想步驟中,有的屬于可靠的事實,有的則是理想化的推論.下列關于事實和推論的分
16、類正確的是( )A是事實,是推論 B.是事實,是推論C是事實,是推論 D.是事實,是推論【解析】步驟是可靠的實驗事實,在此事實基礎上假想沒有摩擦力的作用,推理得到小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫诺母叨?,再將斜面的傾角變小,合理的推出小球?qū)⒁厮矫孀鰟蛩龠\動.【答案】(1);(2)正確選項為B.【反思】理想實驗并不是脫離實際的主觀臆想,首先,理想實驗是以客觀的事實為基礎,其次,它是在實驗事實的基礎上,進行了合理的假設,是合乎邏輯的科學的推理,在自然科學的理論研究中,理想實驗具有重要的作用,是一種抽象思維的方法.探究延伸例1 在車廂頂板上用細線掛一個小球,車內(nèi)的觀察者,根據(jù)觀察到的現(xiàn)象,判斷正確的是( )A
17、若細線保持豎直,車一定是靜止的B若細線保持豎直,車可能在做勻速直線運動C若細線向右偏斜,車可能向左轉(zhuǎn)彎D若細線向前偏,車可能向前減速【分析】若細線保持豎直,小球在水平方向不受外力,則小球保持靜止或勻速直線運動,選項B正確.當小車向左轉(zhuǎn)彎時,小球保持慣性沿直線運動,小球相對于小車向右運動,則細線向右偏斜,選項C正確.小車向前減速,小球保持慣性相對于小車向前運動,細線向前偏,選項D正確.【答案】B、C、D.【點評】加深對牛頓第一定律的深刻理解,物體不受外力或受合外力為零時,慣性表現(xiàn)為物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),此運動狀態(tài)相對于地面而言,相對于小車,運動就不相同了.例2 如圖所示,車廂在平直
18、軌道上勻加速向左行駛,車廂頂部有油滴滴落在車廂地板上,車廂地板O點位于A點的正下方,則當?shù)喂芤来蔚蜗氯斡蜁r,下列說法正確的是( )A這三滴油依次落在O點的右方,且一滴比一滴離O點遠B這三滴油依次落在O點的右方,且一滴比一滴離O點近C這三滴油依次落在O點的右方,且在同一個位置上D這三滴油依次落都在O點上【分析】由于車廂向左做勻加速運動,油滴下落時水平方向不受外力,保持離開車時的水平速度,油滴落地的時間相同,油滴相對于車廂的水平加速度向右且不變,則油滴相對于車廂向右運動的位移相同,則這三滴油依次落在O點的右方,且在同一個位置上.【答案】C.【點評】本題涉及相對運動的問題,注意到由于慣性每滴油下落
19、時的水平初速度與車廂相同,因此油滴相對于車廂做初速度為零向右的勻加速運動,下落時間相同,則相對位移相同.隨堂闖關1、關于慣性,下列說法中正確的是( D )A推動原來靜止的物體比推動正在運動的物體所需的力大,所以靜止的物體慣性大B正在行駛的質(zhì)量相同的兩車汽車,速度大的不易停下來,所以速度大的物體慣性大C自由下落的物體處于完全失重狀態(tài),所以這時物體的慣性消失了D以上說法均不正確【提示】慣性大小與運動狀態(tài)無關,僅與質(zhì)量有關.2、伽利略的斜面實驗證明了( D )A使物體運動必須有力的作用,沒有力作用的物體將靜止B使物體靜止必須有力的作用,沒有力的作用物體就運動C物體沒有外力的作用,一定處于靜止狀態(tài)D物
20、體不受外力的作用時,總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)【提示】伽利略理想實驗證明牛頓第一定律.3、在突然剎車時,乘客將向前傾倒,這是因為( C、D )A剎車時車對乘客施加了向前的推力B車具有慣性使乘客向前傾倒C乘客具有慣性,而車突然減速D剎車時車對乘客的腳有向后的力的作用【提示】人體重心保持原來速度,車減速,腳下靜摩擦力作用使人向前傾倒.4、物體靜止在斜面上,以下的幾種說法正確的是( D ).A物體所受到的靜摩擦力的反作用力是重力沿斜面的分力B物體所受到的重力沿垂直斜面的分力就是物體對斜面的壓力C物體所受重力的反作用力就是斜面對它的靜摩擦力和支持力這兩個力的合力D物體所受支持力的反作用力就
21、是物體對斜面的壓力【提示】以力的性質(zhì)分類:重力、彈力、摩擦力進行受力分析.不以效果分類的力進行受力分析.5、跳高運動員從地面起跳的瞬間,下列說法正確的是( A、D )A運動員對地面的壓力大于運動員的重力B運動員對地面的壓力等于運動員的重力C地面對運動員的彈力大于運動員對地面的壓力D地面對運動員的彈力大于運動員的重力【提示】運動員跳起過程是向上加速過程,即彈力大于重力.課后測試一、選擇題1、關于慣性的說法正確的是( D ).A物體在做勻速直線運動或保持靜止狀態(tài)時才有慣性B物體只有在不受外力作用或受平衡力作用時才有慣性C物體在受外力作用,運動狀態(tài)發(fā)生變化時才有慣性D一切物體,不管運動狀態(tài)如何,均具
22、有慣性【提示】慣性與物體運動狀態(tài)無關,決定于質(zhì)量.2、根據(jù)牛頓第一定律,我們可以得到如下推論中的( C ).A.靜止的物體一定不受其他外力作用B慣性就是慣性定律C物體的運動狀態(tài)發(fā)生了改變,必定受到外力的作用D力停止作用后,物體就慢慢停下來【提示】牛頓第一定律揭示了力是改變物體運動狀態(tài)的原因.3、在勻速前進的火車車廂內(nèi),有一小球放在水平桌面上相對桌面靜止,觀察者在車廂內(nèi).關于小球和火車的運動情況,下列說法正確的是( B、C )A若發(fā)現(xiàn)小球向前滾動了,說明火車開始加速前進B若發(fā)現(xiàn)小球向后滾動了,說明火車開始加速前進C若發(fā)現(xiàn)小球向前滾動了,說明火車開始剎車D若發(fā)現(xiàn)小球向后滾動了,說明火車開始剎車【提
23、示】注意以地面為參照系來分析.4、火車在平直軌道上勻速前進,在密閉的車廂內(nèi),點燃了一根香,則車里乘客看到香所冒出的煙的運動情況是( C ).A一邊上各一邊向前飄B一邊上升一邊向后飄C只是上升,不向任何方向飄D無不確定【提示】在車箱中的煙也具有與車相同的速度.5、下列說法中正確的是( D ).A不受力的物體不可能運動,所以力是物體運動的原因B受力大的物體速度大,所以力是決定物體速度大小的原因C力是保持物體運動的原因,如果物體不受力的作用,它只能保持靜止,不能保持運動狀態(tài)D力是物體運動狀態(tài)發(fā)生改變的原因【提示】運動不要力維持,力是改變物體的運動狀態(tài)的.6、有兩條質(zhì)量相等的小船,用輕繩相連,其中一條
24、船上有人拉繩子,如果水的阻力不計,下列判斷正確的是( C ).A繩子兩端的拉力不等,有人的這一端拉力大B根據(jù)兩船運動的快慢,運動快的船里肯定有人,因為是他用力,船才運動的C運動慢的船里肯定有人,因為繩對兩條船的拉力是相等的,但有人的船連同人的總質(zhì)量大,所以加速度小D無法判斷【提示】拉力相等,質(zhì)量大的加速度小.7、如圖3-8-4所示,兩個質(zhì)量分別為m1、m2的物塊A、B,緊緊靠在一起由靜止釋放沿著光滑斜面下滑,則在下滑的過程中,A對B的彈力( D ).A.方向沿斜面向下B方向沿斜面向上C若m1m2,則方向沿斜面向下D無論m1、m2的質(zhì)量為何值,A、B間無相互作用力【提示】從A、B自身的加速度考慮
25、.二、填空題8、在平直鐵路上行駛的列車,乘客發(fā)現(xiàn)水平桌面上的小球向后滾動,可知火車在做向前加速或向后減速的運動;若發(fā)現(xiàn)小球向前滾動,可知火車在做向前減速或向后加速的運動.【提示】注意參照系的不同.9、如圖3-8-5所示,用力F拉著疊放在一起的A、B兩木塊一起沿粗糙斜面勻速上行,對木塊B而言存在 對作用力與反作用力,對木塊A而言存在 對作用力.【提示】B受重力、彈力、摩擦力.A受重力、B對A壓力、斜面支持力、B對A摩擦力、斜面摩擦力.三、解答題10、在勻速向前行駛的車廂內(nèi)的乘客,分別向前跳遠和向后跳遠,有同學說,向后跳遠可以跳的遠一些,這說法正確嗎?為什么?【提示】一切勻速直線運動的慣性參照系中
26、,力學現(xiàn)象是相同的.【答案】說法不正確,向前和向后跳得同樣遠,因為人在起跳時具有和車一樣的速度.11、在勻速向前行駛的汽車上跳下,落地時一般向什么方向傾倒?為什么?為了避免傾倒,在跳車時向什么方向跳好一些?為什么?【提示】盡量減小與地面接觸時的速度.【答案】向前傾倒,人有向前的慣性,而地面對腳有阻力,使人向前傾倒.應該向后跳,這樣相對于地面的速度減小了,可避免傾倒.12、我們看到蘋果從樹上掉下落到地面上,是因為蘋果受到地球的吸引力,那么蘋果也吸引地球,有同學說“地球?qū)μO果的吸引力大于蘋果對地球的吸引力.”這兩個力大小相等嗎?如果這兩個力一樣大,為什么地球不上升呢?試用牛頓運動定律解釋之.【提示
27、】物體受力相等,但加速度與m有關.【答案】地球?qū)μO果的吸引力等于蘋果對地球的吸引力,它們是一對作用和反作用力.地球的質(zhì)量遠遠大于蘋果的質(zhì)量,因此只見蘋果向著地球加速運動.第9課時 牛頓第二定律備課指要教學建議1、牛頓第二定律是實驗定律,要講解如何用控制變量的實驗方法總結歸納得到實驗定律.2、牛頓第二定律將比例式Fma寫成等式時要出現(xiàn)比例系數(shù)k,得F=kma.要使學生明確地知道,只有選擇合適的單位才能使比例系數(shù)k=1.國際單位制中,力的單位就是根據(jù)牛頓第二定律來定義的,這樣就可以令k=1,牛頓第二定律的公式即為F=ma.3、正確理解牛頓第二定律F=ma公式中的每一個物理量的確切含義,了解牛頓定律
28、的適用范圍. 4、牛頓第二定律中F是指物體受到的合外力,一般合力的求法有兩種方法,即平行四邊形作圖法及正交分解法.正交分解法更為基本和重要,通過簡單的例題,歸納出用牛頓第二定律解題的幾種常用的方法及一般規(guī)律.案例導入例1 如圖3-9-1所示,在風洞實驗室中可產(chǎn)生水平方向的、大小可調(diào)節(jié)的風力,現(xiàn)將一套有小球的細直桿放入風洞實驗室,小球孔徑略大于細桿直徑.(1)當桿在水平方向上固定時,調(diào)節(jié)風力的大小、使小球在桿上做勻速運動,這時小球所受的風力為小球所受重力的0.5倍,求小球與桿間的動摩擦因數(shù).(2)保持小球所受風力不變,使桿與水平方向間夾角為37并固定,則小球從靜止出發(fā)到在細桿上滑下距離s所需的時
29、間為多少?【分析】當小球在水平桿上勻速滑動時,水平方向的摩擦力等于風力的大小,求得動摩擦因數(shù),當桿與水平方向間夾角為37時,先由小球的受力分析,求得小球砂風吹草動桿方向的加速度.再由初速度為零,位移為s,求得所需的時間.【解答】(1)由F=mg,得F=0.5mg,=0.5.(2)小球受力如圖3-9-2所示,mgsin37+Fcos37-f=ma.N+Fsin37=mgcos37.F=N.s=.聯(lián)立上述方程,解得t=.【答案】(1)0.5;(2) .【歸納】本題第(2)問是一個已知物體的受力求物體運動的典型問題.對小球的正確受力分析是解題的關鍵.例2 某人身系彈性繩自高空P點自由下落,如圖3-9
30、-3所示,a點是彈性繩的原長位置,c是人所到達的最低點,b是人靜止時懸吊著時的平衡位置不計空氣阻力,則下列說法正確的是( A、C )A從P到a過程中人的速度不斷增大,加速度不變B從a至b過程中加速度變小,速度變小C從a至b過程中人的速度不斷增大,加速度不斷變小D從a至c過程中加速度方向保持不變【分析】從P至a過程中人只受重力作用做自由落體運動,加速度不變,速度不斷增大;從a到b的過程中,人受到重力和向上的逐漸增大的彈力,但是重力大于彈力,合力向下且變小,則人做做加速度變小的加速運動;從b到c的過程中人受到的彈力大于重力,合力向上,則人做加速度變大速度變小的變減速運動,在b點速度最大,加速度為零
31、;到c點速度為零,加速度向上最大.【答案】A、C.【歸納】研究物體的運動要從兩個方面去分析,一是分析物體的受力情況,二是物體運動的初始狀態(tài).本題中在a點以后出現(xiàn)了彈力,加速度減小,就誤認為速度也減小,沒有分析合外力的方向.要注意加速度決定于合外力,而不是由一個力決定,且要區(qū)分加速度與速度的概念.知識梳理1、理解牛頓第二定律的確切含義(1)矢量性:F=ma是一個矢量方程,加速度a的方向與合外力F的方向相同,應用時應規(guī)定正方向,凡是和正方向相同的力或加速度取正值,反之取負值.在一般情況下取加速度的方向為正方向.(2)瞬時性:加速度a和合外力F是每一瞬間的對應關系,同時產(chǎn)生,同時變化,同時消失.(3
32、)同一性:F、m、a必須對應同一個物體.(4)相對性:加速度a是相對于地面的(或慣性參照系)。(5)獨立性:F合產(chǎn)生的加速度a是物體的合加速度.x方向的合外力產(chǎn)生x方向的加速度,y方向的合外力產(chǎn)生y方向的加速度.牛頓第二定律的分量式為Fx=max,Fy=may.2、國際單位制中力的單位“牛頓”(N)的定義根據(jù)牛頓第二定律定義:使質(zhì)量1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力,叫做1N.3、國際單位制在國際單位制中力學的三個基本單位是:長度單位米(m),質(zhì)量單位千克(kg),時間單位秒(s).由此導出其他的力學單位,如:速度米/秒(m/s),力牛頓(N),加速度米/秒2(m/s2),密度千克/米3(k
33、g/m3)等,由此組成了國際單位的力學單位.國際單位制中基本單位共有七個,除了上述三個,還有物質(zhì)的量單位摩爾(mol),電流單位安培(A),熱力學溫度單位開爾文(K),光強單位坎德拉(cd).這七個基本單位和由此導出的單位共同組成了國際單位制.4、牛頓第二定律的適用范圍(1)適用于慣性參照物(相對于地面的加速度為零的參照系)(2)牛頓第二定律只適用于低速(遠小于光速)運動的宏觀物體,不適用于高速運動的微觀粒子.重、難、疑點剖析1、牛頓第二定律反映了力的瞬時效果加速度,而物體的運動情況,運動速度的大小和方向還要與物體的初速度的大小、方向和力的作用時間等有關.本節(jié)重點是理解牛頓第二定律的矢量性、瞬
34、時性和同一性.2、掌握運用牛頓第二定律分析與解決實際問題的一般方法和解題步驟.難點是根據(jù)實際問題靈活地選取研究對象,并對研究對象進行正確的受力分析,學會巧選直角坐標系,用正交分解法求解牛頓力學問題.例1 有一個恒力能使質(zhì)量為m1的物體獲得3m/s2的加速度.如將其作用在m2的物體上產(chǎn)生1.5m/s2的加速度,若將m1和m2合為一體,該力能使它們產(chǎn)生多大的加速度?【分析】這里三次對不同的研究對象運用牛頓第二定律,列出方程求解.【解答】以m1為研究對象 F=m13,則m1=. 以m2為研究對象F=m21.5,則m1=.以m1、m2整體為研究對象 F=(m1+m2)a.,解得a=1m/s2.【答案】
35、1m/s2.【歸納】運用牛頓第二定律解題,當研究對象變換時,要注意物理量F、m、a的同一性,即對同一個研究對象而言,切勿張冠李戴.例2 一條輕彈簧和一根細線共同拉住一個質(zhì)量為m的小球,平衡時細線是水平的,彈簧和豎直方向的夾角為,如圖3-9-4所示.若突然剪斷細線,則在剛剪斷細線的瞬間,小球的加速度的大小和方向如何?【分析】由于剪斷細線的瞬間,小球的位置沒有發(fā)生變化,彈簧的彈力與剪斷前是相同的,且重力不變,這時小球不再處于力的平衡狀態(tài).細線剪斷前,小球處于平衡狀態(tài),有彈簧的彈力F與小球重力mg的合力大小等于細線的拉力T,方向是水平向右的.【解答】Fsin=T,Fcos=mg,T=mgtan.細線
36、剪斷瞬時,拉力T撤去,F(xiàn)和G的合力為F,由牛頓第二定律得 Fx=ma,a=小球的加速度方向是水平向右的.由上述的分析列出方程解得a=gtan.小球的加速度方向是水平向右的.【答案】gtan;水平向右.【歸納】本題是充分體現(xiàn)牛頓第二定律的瞬時性的典型例題.剪斷細繩的瞬間,彈簧的彈力不會瞬間發(fā)生變化,其合力大小即為細繩拉力的大小,方向與拉力相反.若鈄彈簧換成鋼性絲線,則剪斷細線的瞬間,由于細線是剛體模型,所以,細線的彈力馬上發(fā)生變化,此時,小球沿細線方向的加速度變?yōu)榱?,細線的拉力為mgcos,重力沿切線方向的分力為mgsin=ma,此時小球的加速度a=gsin.合理建立物理模型的是解決實際問題的關
37、鍵.考題回放例1 一慣性制導系統(tǒng)已廣泛應用于彈道式導彈工程中,這個系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計.加速度計的構造原理的示意圖如圖3-9-6所示.沿導彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊,滑塊兩側分別與勁度系數(shù)為k的彈簧相連;兩彈簧的另一端與固定壁相連.滑塊原來靜止,彈簧處于自然長度.滑塊上有指針,可通過標尺測出滑塊的位移,然后通過控制系統(tǒng)進行制導.設某段時間內(nèi)導彈沿水平方向運動;指針向左偏離0點的距離為s,則這段時間內(nèi)導彈的加速度( ).A方向向左,大小為ks/mB方向向右,大小為ks/mC方向向左,大小為2ks/mD方向向右,大小為2ks/m【分析】這是一道聯(lián)系實際問題的高考題,當導
38、彈沿水平方向向右做勻加速運動時滑塊卻要保持靜止,所以兩根彈簧發(fā)生形變產(chǎn)生向右的彈力,使滑塊做向右的加速度逐漸增大的加速運動.當滑塊與導彈加速度、速度均相同時,彈簧形變量不再改變,滑塊與導彈保持相對靜止,兩者的加速度和速度相同,一起做加速運動.【解答】選滑塊為研究對象,兩根彈簧發(fā)生形變的形變量均為s,由牛頓第二定律得2ks=ma.所以這段時間內(nèi)導彈的加速度方向向右,大小為.【答案】D.【反思】學會將實際問題轉(zhuǎn)化為物理的問題進行分析研究,構件物理模型,提高解決實際問題的能力是十分重要的.例2 蹦床是運動員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動作的運動項目.下個質(zhì)量為60kg的運動員,從離水平
39、網(wǎng)面3.2m高處自由下落,著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0m高處.已知運動員與網(wǎng)接觸的時間為1.2s.若在這段時間內(nèi)網(wǎng)對運動員的作用力當作恒力處理,求此力的大小.(g取10m/s2)【分析】本題是由運動學的方程先求加速度,再用牛頓第二定律求力,加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁.應用牛頓第二定律解題時:要對研究對象進行正確的受力分析,在確定正方向后(一般以加速度的方向為正方向),注意各力的正、負.【解答】設下落高度h1,彈起高度h2,分別求得速度v1=,v2=(向上).則v=v2+v1(以向上方向為正方向).a=.再設運動員受到向上的彈力F和向下的重力mg,以向上為正方向,有F-mg=ma,F=
40、mg+ma=mg+m,代入數(shù)值得F=1.5103N.【答案】1.5103N.【反思】這是由運動求得加速度,再由加速度求得合外力,由合外力求得彈力. 要注意速度和力都是矢量,一定要注意方向.運動員受到彈力和重力的合力產(chǎn)生向上的加速度如圖3-9-7所示.是否能忽略重力?如果作用的時間t很短,mamg,則可忽略重力.例3 物體B放在物體A上,A、B的上下表面均與斜面平行(如圖3-9-8所示).當兩者以相同的初速度靠慣性沿光滑固定斜面C向上做勻減速運動時( )AA受到B的摩擦力沿斜面方向向上BA受到B的摩擦力沿斜面方向向下CA、B之間的摩擦力為零DA、B之間是否存在摩擦力取決于A、B表面的性質(zhì)【分析】
41、以整體為研究對象求得加速度,再隔離B物,判定A對B的摩擦力方向.【解答】(mA+mB)gsin=(mA+mB)a,a=gsin.(沿斜面向下)對B物 mBgsin+f=mBa,a=gsin代入,f=0,AB之間摩擦力為零.【答案】C.【反思】運用整體法求a,隔離法求相互作用力是解連接體動力學問題的基本方法之一.例4 放在水平地面上的一物塊,受到方向不變的水平推力F的作用,F(xiàn)的大小與時間t的關系和物塊速度v與時間t的磁系如圖3-9-9所示.取重力加速度g=10m/s2.由此兩圖線可以求得物塊的質(zhì)量m和物塊與地面之間的動摩擦因數(shù)分別為( ).Am=0.15kg,=0.4Bm=0.15kg,=Cm=
42、0.5kg,=0.2Dm=1kg,=0.2【分析】02s靜止,24s加速,46s勻速. F=2N.由“vt”圖中24s時加速度a=2m/s2F合=ma,m=.f=mg,=.【答案】A.【反思】理解“v-t”圖線意義,由a找出對應合力關系.探究延伸例 如圖3-9-10所示,傳送帶與地面傾角=37從A到B長主為16m,傳送帶以10m/s的速度逆時針轉(zhuǎn)動.在傳送帶上端A無初速度地放一質(zhì)量為0.5kg的物體,它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為0.5,求物體從A運動到B所需的時間是多少?(sin37=0.6,cos37=0.8)【分析】物體沿傳送帶下滑的開始階段,物體相對于傳送帶向上運動,物體受到的摩擦力的方
43、向沿傳送帶向下,先做勻加速運動.當速度達到10m/s后,因mgsinmgcos,摩擦力方向沿傳送帶向上,此時加速度方向發(fā)生了改變,再繼續(xù)做勻加速運動直至滑到底端.【解答】物體剛開始受力分析如圖3-9-11甲所示,據(jù)牛頓第二定律有mgsin+mgcos=ma1,則a1=gsin+gcos=10m/s2.物體加速至速度為10m/s時,所用時間t1=運動位移s=當物體速度大于傳送帶速度時,其受力分析如圖3-9-11乙,由牛頓第二定律得 mgsin-mgcos=ma2.即a2=gsin-gcos=2m/s2.此過程中物體運動時間為t2,則L-s=vt2+,得t2=1s,t2=-11s(舍去),物體從A
44、運動到B所用時間t總=t1+t2=2s.【答案】2s.【點評】本題是由已知物體的受力求運動,難點是物體所受的摩擦力的方向是在兩個不同的階段方向發(fā)生了變化,因此兩個階段的加速度大小是不同的,要分兩個物理過程來分析求解.(1)摩擦力可以是阻力,也可以是動力.(2)審題時注意隱含條件的分析:tan.(3)傳送帶是應用較廣泛的一種傳動裝置,以其為素材的物理習題大都具有物理情境模糊、條件隱蔽、過程復雜的特點.特別要注意物體在傳送帶上的速度變化會引起物體受到的摩擦力的變化,只要我們分析清楚物體所受的摩擦的大小和方向的變化情況,用牛頓第二定律確定物體的加速度,分清不同的運動過程,問題就迎刃而解了.隨堂闖關1
45、、力F作用在原靜止的質(zhì)量為m的物體上,經(jīng)過時間t,物體的位移為s,則( A 、B、D、).A.相同的力在相同時間內(nèi)使質(zhì)量為 nm的物體移動的距離B相同的力在nt時間內(nèi)使質(zhì)量為nm的物體移動ns的距離CnF的力在時間nt內(nèi)使質(zhì)量為nm的物體移動ns的距離DnF的力在時間t內(nèi)使質(zhì)量為nm的物體移動s的距離【提示】a=.由上式判斷知本題正確選項為A、B、D.2、正在加速上升的氣球,下面懸掛重物的繩子突然斷開,此時( A、D )A重物的加速度立刻發(fā)生變化B重物的速度立刻發(fā)生變化C氣球的速度立刻變化D氣球的加速度立刻變化【提示】力的瞬時效應是加速度,速度變化需要t時間.3、某物體受互成120的兩個力的作
46、用,這兩個力的大小都是8N,物體產(chǎn)生的加速度為2m/s2.求物體的質(zhì)量.【提示】先求合力F=8N.【答案】4kg.4、物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.1,物體的質(zhì)量為4kg,受到水平方向6N的拉力作用,求:(1)物體運動的加速度;(2)在運動一段時間后將拉力撤去,物體在繼續(xù)向前滑行過程中的加速度.(g取10m/s2)【提示】注意力發(fā)生變化,加速度立即隨之變化.【答案】(1)0.5m/s2;(2)-1m/s25、質(zhì)量為100t的機車從停車場由靜止出發(fā),經(jīng)255m后,速度達到54km/h,此時,司機關閉發(fā)動機,讓機車進站,機車又行駛了125m才停在站上.設機車運動過程所受到的阻力大小不變,求阻力的
47、大小和機車關閉發(fā)動機前所受到的牽引力的大小.【提示】先由運動學求出加速度,再由牛頓第二定律求出阻力和牽引力.【答案】9104N,1.4105N.課后測試一、選擇題1、使物體的加速度加倍,下列方法可行的是( B、D )A合外力增加2倍,質(zhì)量不變B質(zhì)量減半,合外力不變C合外力增加到原來的2倍,質(zhì)量減半D合外力增加到原來的2倍,質(zhì)量不變【提示】由F=ma來判定.2、在牛頓第二定律公式F=ma中,關于比例系數(shù)k的數(shù)值,下列說法正確的是( C、D )A在任何情況下k都等于1Bk的數(shù)值是質(zhì)量、加速度和力的大小所決定的Ck的數(shù)值是質(zhì)量、加速度和力的單位所決定的D只有質(zhì)量、加速度和力分別用kg、m/s2和N做
48、單位,k的數(shù)值才等于1【提示】由比例式寫成等式,k取1是有條件的.其中有單位沒確定時,不可選k=1.3、靜止的物體在一個方向不變、大小逐漸變小的力的作用下,將做( D )A勻減速直線運動B勻加速直線運動C加速度逐漸變大的變加速直線運動D加速度逐漸變小的變加速直線運動【提示】力變小,加速度變小,速度增加得慢.4、力F作用在物體甲上,產(chǎn)生加速度a1,此力作用在乙上產(chǎn)生的加速度為a2,則此力作用在甲、乙兩物體的組合體上,加速度為( D ).A B. C. D.【提示】F=m1a1,F=m2a2,F=(m1+m2)a,求a可得.5、放在粗糙水平面上的物體,在水平拉力F的作用下產(chǎn)生的加速度為a1,當水平
49、拉力變?yōu)?F時,物體的加速度為a2,則( B )Aa2=2a1 B.a22a1 C.a1a22a1 D.上述三種可能性都存在【提示】注意拉力變?yōu)?F,但合外力為2F-f2(F-f).6、設灑水車的牽引力不變,所受阻力與車重成正比,灑水車在水平路面上行駛,原來是勻速的,開始灑水后,下列關于灑水車的運動情況說法正確的是( D ).A灑水車做勻加速運動B灑水車做勻減速運動C灑水車做加速度越來越小的加速運動D灑水車做加速越來越大的加速運動【提示】F-mg=ma,a=g.二、填空題7、質(zhì)量為2kg的物體,受到兩個互相垂直的外力作用,F(xiàn)1=3.0N,F(xiàn)2=4.0N,由F1和F2單獨作用下各自產(chǎn)生的加速度a
50、1=,a2=2m/s2;這兩個力同時作用,物體受到的合力F=5N,合加速度a=.【提示】根據(jù)力的獨立作用原理,分別用F=ma求出a1,a2;先求F合(矢量合成)再由F合=ma合求a合.8、在靜止的小車內(nèi),用細繩a和b系住一個小球,繩a與豎直方向成角,拉力為Ta,繩b成水平狀態(tài),拉力為Tb.現(xiàn)讓小車從靜止開始向右做勻加速直線運動,如圖3-9-12所示,此時小球在車內(nèi)的位置仍保持不變(角不變).則細繩a的拉力Ta 不變 ,細繩b拉力Tb變 小 .要使小球在車內(nèi)的位置仍保持不變,則小車的加速度小于 gtan .【提示】以小球為研究對象進行受力分析,建立坐標列方程由上式可知Ta=,不變.a,Tb.當T
51、b=0時,a=gtan.9、如圖3-9-13所示,一物體以速度v沖上斜面,最后又沿斜面向下滑回原位置,已知物體沖上斜面和滑下到最初位置所用時間之比1:,斜面傾角為45,則物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為 .【提示】s=,解得=三、計算題10、放在水平桌面上的靜止物體,質(zhì)量為2kg,在5N水平力的作用下,經(jīng)過2s,速度變?yōu)?/s,求物體與桌面間的動摩擦因數(shù).(g取10m/s2)【提示】解得=0.05.【答案】0.05.11、如圖3-9-14所示,物體甲、乙的質(zhì)量均為m,彈簧和懸線的質(zhì)量可以忽略不計,當懸線被燒斷的瞬間,甲、乙的加速度各是多少?【提示】懸線燒斷瞬間,彈簧彈力不變.【答案】a甲=g,向上;
52、a乙=g,向下.12、如圖3-9-15所示,物體M、m緊靠,放在動摩擦因數(shù)為的水平面上.現(xiàn)施一水平力F作用于M,M、m共同向右加速運動,求它們之間的相互作用力大小.【提示】可求出F推.【答案】第10課時 牛頓運動定律的應用備課指要教學建議1、用牛頓運動定律解決動力學的兩類基本問題的關鍵是先求出加速度,加速度是聯(lián)系力和運動的橋梁.2、用牛頓定律解題的關鍵是對研究對象進行正確的受力分析,要學會受力分析的一般步驟,教學中要由易到難,養(yǎng)成受力分析的良好習慣.3、求解連接體的加速度或內(nèi)部物體間的相互作用力,是力學中能力考查的重要內(nèi)容,在高考中也經(jīng)常出現(xiàn).解決上述問題的有效方法,是綜合運用整體法與隔離法.
53、4、注意牛頓定律中的臨界問題,如:物體脫離接觸面,繩子拉斷,物體打滑、翻滾等,要求正確掌握各種情況的臨界條件.案例導入例1 如圖3-10-1所示的升降機中,用兩根能承受的最大拉力均為320N的繩子AO、BO吊著一質(zhì)量m=20kg的重物. 兩繩互相垂直,且AO與豎直方向夾角=37.為了使AO、BO兩繩不斷裂,升降機由靜止開始勻加速上升20m的最短時間是多少?【分析】確定研究對象m,進行受力分析.加速度a越大,則拉力TA和TB就越大,但哪根繩子中最先達到最大拉力Tm,還是會同時達到最大拉力,這需要對臨界狀態(tài)進行臨界判斷.也可用假設法,如先假設AO先斷,以TA=320N代入,求出TB320N,說明假
54、設成立,求得的加速度正確.反之,若TB320N,說明BO先斷,以TB=320代入計算,求得加速度,進而求出最短時間.【解答】對m進行受力分析,如圖3-10-2所示.由牛頓第二定律,有在豎直方向TAcos+TBsin-mg=ma 在水平方向TAsin+TBcos=0 由式得TATB,這說明繩子AO中先達到最大拉力,即AO先斷,這是本題的臨界狀態(tài),此時繩子BO中的張力TB是未知的.把TA=320N代入式中,得TB=把TB的值代入式,解得a=10m/s2,此即為允許升降機達到的最大加速度,對應有最小運動時間.升降機做勻加速直線運動,初速為零,有s=【答案】2s.【歸納】判斷哪根繩子中先達最大張力是解
55、題的關鍵所在.當然這需要通過受力分析,建立運動方程進行討論,才能確定臨界狀態(tài)和臨界條件.例2 如圖3-10-3所示,C是水平地面,A、B是兩個長方形物體,F是作用在物塊B上沿水平方向的力,物體A和B以相同的速度做勻速直線運動.由圖可知,A、B之間的的動摩擦因數(shù)1,B、C間的動摩擦因數(shù)2有可能為( )A1=0,2=0B1=0,20C10,2=0D10,20【分析】先取A、B整體為研究對象,A、B整體做勻速直線運動,必然受到地面C施加的水平向左且大小等于F的滑動摩擦力,故必有20.再隔離A,因A做勻速直線運動,在水平方向必不受摩擦力作用.此時A和B以相同的速度做勻速直線運動,兩物體間沒有相對運動或相對運動的趨勢,所以A、B間不產(chǎn)生靜摩擦力,但A、B的接觸面可以是光滑的,也可以是粗糙的,即1=0與20都是可能的.【答案】B、D.【歸納】
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