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文档简介

1、牛顿第一定律1历史上对力和运动关系的认识过程:亚里士多德的观点:力是维持物体运动的原因。伽利略的想实验:否定了亚里士多德的观点,他指出:如果没有摩擦,一旦物体具有某一速度,物体将保持这个速度继续运动下去。笛卡儿的结论:如果没有加速或减速的原因,运动物体将保持原来的速度一直运动下去。牛顿的总结:牛顿第一定律2伽利略的“理想斜面实验”程序内容: (事实) 两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面 (推论) 如果没有摩擦,小球将上升到释放的高度。 (推论) 减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。 (推论) 继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平,小球沿

2、水平面做持续的匀速直线运动。 (推断) 物体在水平面上做匀速运动时并不需要外力来维持。此实验揭示了力与运动的关系:力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因,物体的运动并不需要力来维持。同时说出了一切物体都有一种属性(运动状态保持不变的属性)只有受力时运动状态才改变。这种运动状态保持不变的属性就称作惯性。即:一切物体具都有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,这就是惯性。3对惯性的理解要点: 惯性是物体的固有属性,即:保持原来运动状态不变的属性,不能克服,只能利用。与物体的受力情况及运动状态无关。任何物体,无论处于什么状态,不论任何时候,任何情况下都具有惯性。 惯性不是力,惯性是

3、物体的一属性(即保持原来运动不变的属性)。不能说“受到惯性”和“惯性作用”。力是物体对物体的作用,惯性和力是两个绝然不同的概念。 物体的运动状态并不需要力来维持,因此惯性不是维持运动状态的力. 惯性的大小:体现在运动状态改变的难易程度,(即是保持原来运动状态的体领强弱),,其大小由质量来决定。质量是惯性大小的唯一量度。质量大,运动状态较难改变,即惯性大。 惯性与惯性定律的区别:惯性:是保持原来运动状态不变的属性惯性定律:(牛顿第一定律)反映物体在一定条件下(即不受外力或合外力为零)的运动规律牛顿在自然哲学的数学原理中提出了三条运动定律(称为牛顿三大定律)奠定了力学基础4牛顿第一定律内容:一切物

4、体总保持匀速直线运动或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。揭示了力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动的原因.(即是产生a)两层含义:(1) 物体总有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质,这种性质是物体的一种固有属性,(惯性)物体的运动并不需要力来维持。(2) 要使物体的运动状态改变,必须施加力的作用,即力是改变运动状态的原因。说明:不是由实验直接总结出来的规律,牛顿以伽利略的理想实验为基础,总结前人的研究成果而推理得出的理想条件下的规律。成立条件是物体不受任何外力,是理想条件下所遵循的规律,实际生活中,不受外力作用的物体是没有的理解:(1) 运动是物体的一种属性,物体的运动并不需

5、要力来维持。(2) 它定性地揭示了力与运动的关系:力是改变物体运动状态的原因,是使物体产生加速度的原因。(3) 定律说明任何物体都具有的一种性质- 惯性(4) 不受力的物体是不存在的,牛顿第一定律不能用实验直接验证。但是建立在大量实验现象的基础上,通过思维的逻辑推理而发现的。它告诉人们研究物理问题的另一种方法:通过观察大量的实验现象,利用人的逻辑思维,从大量的实验现象中寻找规律。(5)牛一定律是牛二定律的基础,不能简单地认为它是牛二定律不受外力时的特例。牛顿第一定律定性地给出了力与运动的关系。牛顿第二定律定量地给出力与运动的关系。(6) 运动状态改变的理解: (是速度的改变)速度是描述物体运动

6、状态的物理量,物体的速度变化了,即是物体的运动状态发生了改变。运动状态改变的类形:速度大小的变化,速度方向的变化,速度的大小和方向同时改变。知识简析 一、牛顿第一定律1、内容:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止说明:(1)物体不受外力是该定律的条件 (2)物体总保持匀速直线运动或静止状态是结果 (3)直至外力迫使它改变这种状态为止,说明力是产生加速度的原因(4)物体保持原来运动状态的性质叫惯性,惯性大小的量度是物体的质量(5)应注意:牛顿第一定律不是实脸直接总结出来的牛顿以伽利略的理想斜面实脸为基拙,加之高度的抽象思维,概括总结出来的不可能由实际的实验来

7、验证;牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例,而是不受外力时的理想化状态定律揭示了力和运动的关系:力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因2、惯性:物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质说明:惯性是物体的固有属性,与物体是否受力及运动状态无关质量是惯性大小的量度质量大的物体惯性大,质量小的物体惯性小有的同学总认为“惯性与物体的运动速度有关,速度大,惯性大,速度小,惯性就小”,理由是物体的运动速度大,不容易停下来,产生这种错误的原因是把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度”理解成“惯性大小表示把物体从运动变为静止的难易程度”,实际上,在受到相同阻力的情况下,速度大小不同的质量相同的物体

8、,在相等的时间内速度的减小量是相同的,这说明它们的惯性是相同的,与速度无关。牛顿第二定律实验:用控制变量法研究:a与F的关系,a与m的关系知识简析 一、牛顿第二定律1.内容:物体的加速度跟物体所受合外力成正比,跟物体的质量成反比;a的方向与F合的方向总是相同。2.表达式:F=ma 或 用动量表述:揭示了: 力与a的因果关系,力是产生a的原因和改变物体运动状态的原因; 力与a的定量关系3、对牛顿第二定律理解:(1)F=ma中的F为物体所受到的合外力(2)Fma中的m,当对哪个物体受力分析,就是哪个物体的质量,当对一个系统(几个物体组成一个系统)做受力分析时,如果F是系统受到的合外力,则m是系统的

9、合质量(3)Fma中的 F与a有瞬时对应关系, F变a则变,F大小变,a则大小变,F方向变a也方向变(4)Fma中的 F与a有矢量对应关系, a的方向一定与F的方向相同。(5)Fma中,可根据力的独立性原理求某个力产生的加速度,也可以求某一个方向合外力的加速度(6)Fma中,F的单位是牛顿,m的单位是kg,a的单位是米秒2(7)Fma的适用范围:宏观、低速4. 理解时应应掌握以下几个特性。(1) 矢量性 F=ma是一个矢量方程,公式不但表示了大小关系,还表示了方向关系。(2) 瞬时性a与F同时产生、同时变化、同时消失。作用力突变,a大小方向随着改变,是瞬时对应关系(3) 独立性 (力的独立作用

10、原理) F合产生a合;Fx合产生ax合 ; Fy合产生ay合当物体受到几个力作用时,每个力各自独立地使物体产生一个加速度,就象其它力不存在一样,这个性质叫力的独立作用原理。 因此物体受到几个力作用,就产生几个加速度,物体实际的加速度就是这几个加速度的矢量和。(4) 同体性 F=ma中 F、m、a各量必须对应同一个物体(5)局限性 适用于惯性参考系(即所选参照物必须是静止或匀速直线运动的,一般取地面为参考系);只适用于宏观、低速运动情况,不适用于微观、高速情况。牛顿运动定律的应用1应用牛顿运动定律解题的一般步骤:(1) 选取研究对象(2) 分析所选对象在某状态(或某过程中)的受力情况、运动情况(

11、3) 建立直角坐标:其中之一坐标轴沿的方向 然后各力沿两轴方向正交分解(4) 列出运动学方程或第二定律方程 F合=ma合;Fx合=max合 ; Fy合=may合用a这个物理量把运动特点和受力特点联系起来(5) 在求解的过程中,注意解题过程和最后结果的检验,必要时对结果进行讨论.2物理解题的一般步骤:(1) 审题:解题的关键,明确己知和侍求,特别是语言文字中隐着的条件(如:光滑、匀速、恰好追上、距离最大、共同速度等),看懂文句、及题述的物理现象、状态、过程。(2) 选取研究对象:可以是单个物体,也可以是几个物体组成的系统。(用整体法或隔离法);寻找所研究物理状态和过程。(3) 分析所选对象在某状

12、态(或某过程中)的受力情况、运动情况、做功情况及能量的转化情况,画出受力或运动草图。(4) 依对象所处状态或过程中的运动、受力、做功等特点;选择适当的物理规律。(牛二、及运动学公式;动量定理及动量守恒定律;动能定理及机械能守恒定律)在运用规律前:设出题中没有的物理量,建立坐标系,规定正方向等。(5) 确定所选规律运动用何种形式建立方程(有时要运用到几何关系式)(6) 确定不同状态、过程下所选的规律,及它们之间的联系,统一写出方程,并给予序号标明。(7) 统一单位制,求解方程(组)代入数据求解结果。(8) 检验结果,必要时要进行分析讨论,最后结果是矢量的还要说明其方向。3力、加速度、速度的关系(

13、1) F合的方向决定了a的方向。F合与a 的大小关系是F=ma,不论速度是大、还是小、或为零,都有a 。只有F合=0加速度才能为零, 一般情况下,合力与速度无必然的联系。(2) 合力与加速度同向时,物体加速。反向时,减速。(3) 力与运动的关系:力是改变物体运动状态的原因,产生a的原因。即:力加速度速度变化(运动状态变化)(4) 某时刻的受力决定了某时刻的a,加速度大小决定了单位时间内速度变化量的大小,与速度大小无必然联系。(5) a的定义式和决定式的区别定义式a=定义为速度的变化量与所用时间的比值; 决定式说明了a与所受的F合和m有关。4动力学的两大基本问题求解: 受力情况运动情况 联系力和

14、运动的桥梁是a关键:分析清楚受力情况和运动情况。弄清题给物理情境,a是动力学和运动学公式的桥梁受力情况 牛顿第二定律 a 运动学公式 运动情况5连接体处理方法:连接体:由两个或几个物体组成的物体系统,称连接体。特点:各个物体具有共同的加速度。隔离体:把其中某个物体隔离出来,称为隔离体。整体法:连接体各物体具有共同的加速度,求整体的加速度可把连接体视为一个整体。隔离法:求连接体间的相互作用力,必须隔离出其中一个物体,对其用牛顿第二定律,此法称为隔离法。注意辩明:每个隔离体运动方向及加速度方向。两方法一般都以地面作为参考系,单用隔离法一般都能解决问题,但有时交叉使用,可使解题简捷方便。力学单位制:

15、物理公式:不但确定了物理量的数量关系和方向关系,而且还确定了物理量的单位关系。因此我们选定几个物理量的单位作为基本单位,称为国际单位(SI)根据物理公式推导出来的单位叫做导出单位, 基本单位和导出单位一起组成了单位制。在力学中,由长度、质量、时间三个物理量的单位组成了力学单位制。称为千克、米、秒制国际单位制(SI)基本单位 (七个)物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度L米m质量m千克(公斤)kg时间t秒s物质的量N摩尔(摩)mol电流I安培(安)A热力学温度T开尔文(开)K发光强度Iv坎德拉(德拉)cd单位制在物理计算中的作用:首先把题中所有己知的量都用同一种单位制的单位来表示(如:SI制

16、),只要正确运用公式,则计算的结果总是用这种单位制中的单位来表示的解题时没有必要在式子中一一写出各个物理量的单位,只要在式子的末尾写出所求量的单位就可以了.题中的己知量有几位有效数字,结果也应该保留几位有效数字。超重和失重从运动学和力学角度分析判断:1.物体存在向上的加速度时,它对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体的重力的现象,叫超重现象。系统的重心在竖直方向上有向上的加速度(或向上和加速度分量)称超重.2.物体存在向下的加速度时,它对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体的重力的现象,叫失重现象3.物体存在向下的加速度时,且a=g,它对支持物压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象,叫完

17、全失重现象4.处于完全失重状态下,平常由重力产生的一切现象消失。(自由落体时,正常运转的人造卫星上)视重:物体放在台称上(或吊挂在弹簧称下)台称(或弹簧称)的示数,称为视重。难点:一个物体的运动导致系统重心的变化情况。特别指出:1所谓的“超重”“失重”并非指物体的重力变大或减小,而指“好象”增大(或减小),实际上物体所受的重力根本没变。2超重和失重与物体所在系统的运动方向无关,只与系统的加速度方向有关。超重失重并不是重力的增减,完全失重不是重力消失,受的重力仍然存在而且是不变的。物体处于超重或失重状态时,地球作用于物体的重力始终存,大小也没有发生变化,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)

18、发生了变化,看起来“好象”物体的重量有所增大或减小。突变类问题(力的瞬时性)(1)物体运动的加速度a与其所受的合外力F有瞬时对应关系,每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力,而与这一瞬时之前或之后的力无关,不等于零的合外力作用的物体上,物体立即产生加速度;若合外力的大小或方向改变,加速度的大小或方向也立即(同时)改变;若合外力变为零,加速度也立即变为零(物体运动的加速度可以突变)。(2)中学物理中的“绳”和“线”,是理想化模型,具有如下几个特性:A轻:即绳(或线)的质量和重力均可视为等于零,同一根绳(或线)的两端及其中间各点的张为大小相等。B软:即绳(或线)只能受拉力,不能承受压力(因绳能变

19、曲),绳与其物体相互间作用力的方向总是沿着绳子且朝绳收缩的方向。C不可伸长:即无论绳所受拉力多大,绳子的长度不变,即绳子中的张力可以突变。(3)中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”,也是理想化模型,具有如下几个特性:A轻:即弹簧(或橡皮绳)的质量和重力均可视为等于零,同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等。B弹簧既能承受拉力,也能承受压力(沿着弹簧的轴线),橡皮绳只能承受拉力。不能承受压力。C、由于弹簧和橡皮绳受力时,要发生形变需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能发生突变。(4)做变加速度运动的物体,加速度时刻在变化(大小变化或方向变化或大小、方向都变化度叫瞬时加速度,由牛顿第二定律知,加

20、速度是由合外力决定的,即有什么样的合外力就有什么样的加速度相对应,当合外力恒定时,加速度也恒定,合外力随时间变化时,加速度也随时间改变,且瞬时力决定瞬时加速度,可见,确定瞬时加速度的关键是正确确定瞬时作用力。动力学的两类基本问题1、已知物体的受力情况求物体运动中的某一物理量:应先对物体受力分析,然后找出物体所受到的合外力,根据牛顿第二定律求加速度a,再根据运动学公式求运动中的某一物理量2、已知物体的运动情况求物体所受到的某一个力:应先根据运动学公式求得加速度a,再根据牛顿第二定律求物体所受到的合外力,从而就可以求出某一分力综上所述,解决问题的关键是先根据题目中的已知条件求加速度a,然后再去求所

21、要求的物理量,加速度象纽带一样将运动学与动力学连为一体说明:(1)解答“运动和力”问题的关键是要分析清楚物体的受力情况和运动情况,弄清所给问题的物理情景(2)审题时应注意由题给条件作必要的定性分析或半定量分析(3)通过此题可进一步体会到,滑动摩擦力的方向并不总是阻碍物体的运动而是阻碍物体间的相对运动,它可能是阻力,也可能是动力牛顿第三定律(1)内容:两物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,而且在一条直线上(2)表达式:F=F/ 物体间力的作用是相互的,这样一对相互的作用力称为作用力与反作用力,若把其中一个叫做作用力,另一个叫做反作用力。是一个独立的物理规律,解题时容易勿视这一规律:

22、从一个物体的受力分析过渡到另一个物体的受力分析 (3)作用力和反作用力与一对平衡力的联系和区别联系:都是大小相等、方向相反、作用在同一直线上。 区别见下表:内容作用力和反作用力二力平衡受力物体作用在两个相互作用的物体上作用在同一物体上依赖关系相互依存,不可单独存在无依赖关系,撤除一个,另一个可依然存在,只是不再平衡叠加性两个作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力两力的作用效果可相互抵消,可叠加,可求合力,合力为零力的作用一定是同性质的力可以是同性质的力,也可以是不同性质的力作用力和反作用力的理解要点: 相互依赖,相互依存,互以对方作为自己存在的前提。同时性:相互依赖,相互依存,它们同时产生、同

23、时变化、同时消失,不是先有作用后才有反作用属于同种性质的力。可借助牛顿第三定律可以变换研究对象,从一个物体的受力分析过渡到另一个物体的受力分析分别作用在不同的物体上,各自产生其效果,它们产生的效果不能相互抵消,所以这两个力不会平衡.做功问题:可不做功;一个做正功,一个做负功;一个做功,另一个不做功。在同一个过程中(同一段时间或同一段位移)的总冲量一定为零,因为作用时间一定是相同;但作的总功可能为零、可能为正、也可能为负。三、作用力和反作用力与平衡力的区别 注意:判断两个力是不是一对作用力与反作用力时,应分析这两个力是否具有“甲对乙”和“乙对甲”的关系,即受力物体与施力物体是否具有互易关系否则,

24、一对作用力和反作用力很容易与一对平衡力相混淆,因为它们都具有大小相等、方向相反、作用在同一条直线上的特点第三章翰林汇翰林汇翰林汇翰林汇牛顿运动定律第一单元牛顿第一、第三定律【例1】科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段在研究和解决问题过程中,不仅需要相应的知识,还要注意运用科学方法 理想实验有时更能深刻地反映自然规律,伽利略设想了一个理想实验,其中有一个是实验事实,其余是推论减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度;两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面;如果没有摩擦,小球将上升到原来释放的高度;继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球要沿

25、水平面做持续的匀速运动请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列 只要填写序号即可)在上述的设想步骤中,有的属于可靠的事实,有的则是理想化的推论下列关于事实和推论的分类正确的是( B )A、是事实,是推论B、是事实,是推论C、是事实,是推论D、是事实,是推论2、惯性:物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质说明:惯性是物体的固有属性,与物体是否受力及运动状态无关质量是惯性大小的量度质量大的物体惯性大,质量小的物体惯性小有的同学总认为“惯性与物体的运动速度有关,速度大,惯性大,速度小,惯性就小”,理由是物体的运动速度大,不容易停下来,产生这种错误的原因是把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度”

26、理解成“惯性大小表示把物体从运动变为静止的难易程度”,实际上,在受到相同阻力的情况下,速度大小不同的质量相同的物体,在相等的时间内速度的减小量是相同的,这说明它们的惯性是相同的,与速度无关。【例2】下列说法正确的是(D)A、运动得越快的汽车越不容易停下来,是因为汽车运动得越快,惯性越大B、小球在做自由落体运动时,惯性不存在了C、把一个物体竖直向上抛出后,能继续上升,是因为物体仍受到一个向上的推力D、物体的惯性仅与质量有关,质量大的惯性大,质量小的惯性小解析:惯性是物体保持原来运动状态的性质,仅由质量决定,与它的受力状况与运动状况均无关。一切物体都有惯性。【例3】火车在长直水平轨道上匀速行驶,车

27、厢内有一个人向上跳起,发现仍落回到车上原处,这是因为( )A人跳起后,车厢内的空气给人一个向前的力,这力使他向前运动B人跳起时,车厢对人一个向前的摩擦力,这力使人向前运动C人跳起后,车继续向前运动,所以人下落后必定向后偏一些,只是由于时间很短,距离太小,不明显而已D人跳起后,在水平方向人和车水平速度始终相同 解析:人向上跳起,竖直方向做竖直上抛运动,水平方向不受外力作用(空气阻力不计),由于惯性,所以水平方向与车速度相同,因而人落回原处 答案:D二、牛顿第三定律(1)内容:两物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,而且在一条直线上(2)表达式:F=F/说明:作用力和反作用力同时产生,

28、同时消失,同种性质,作用在不同的物体上,各产生其效果,不能抵消,所以这两个力不会平衡作用力和反作用力的关系与物体的运动状态无关不管两物体处于什么状态,牛顿第三定律都适用。借助牛顿第三定律可以变换研究对象,从一个物体的受力分析过渡到另一个物体的受力分析一对作用力和反作用力在同一个过程中(同一段时间或同一段位移)的总冲量一定为零,但作的总功可能为零、可能为正、也可能为负。这是因为作用力和反作用力的作用时间一定是相同的,而位移大小、方向都可能是不同的。三、作用力和反作用力与平衡力的区别内容作用力和反作用力二力平衡受力物体作用在两个相互作用的物体大作用在同一物体上依赖关系相互依存,不可单独存在无依赖关

29、系,撤除一个,另一个可依然存在,只是不再平衡叠加性两力作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力两力作用效果可相互抵消,可叠加,可求合力,合力为零力的性质一定是同性质的力可以是同性质的力,也可以是不同性质的力 注意:判断两个力是不是一对作用力与反作用力时,应分析这两个力是否具有“甲对乙”和“乙对甲”的关系,即受力物体与施力物体是否具有互易关系否则,一对作用力和反作用力很容易与一对平衡力相混淆,因为它们都具有大小相等、方向相反、作用在同一条直线上的特点规律方法 1、正确理解惯性和平衡状态【例4】下面说法正确的是( )A静止或做匀速直线运动的物体一定不受外力的作用B物体的速度为零时一定处于平衡状态C物

30、体的运动状态发生变化时,一定受到外力的作用D物体的位移方向一定与所受合力方向一致解析:A物体不受外力时一定处于静止或匀速运动状态,但处于这些状态时不一定不受外力作用,所以A错,B物体是否处于平衡状态是看其受力是否为零,而不是看它的速度是否为零,如振动物体离平衡位置最远时速度为零,此时恢复力不为零,它就不处于平衡状态,所以B错,D如平抛运动就不是这种情况,力与位移方向不一致,所以D错 答案:C【例5】以下有关惯性的说法中正确的是(BD)A、在水平轨道上滑行的两节车厢质量相同,行驶速度较大的不容易停下来,说明速度较大的物体惯性大B、在水平轨道上滑行的两节车厢速度相同,其中质量较大的车厢不容易停下来

31、,说明质量大的物体惯性大C、推动原来静止在水平轨道上的车厢,比推另一节相同的、正在滑行的车厢需要的力大,说明静止的物体惯性大D、物体的惯性大小与物体的运动情况及受力情况无关解析:惯性的大小由质量决定且与运动状态及受力状态无关。答案BD【例6】公共汽车在平直的公路上行驶时,固定于路旁的照相机每隔两秒连续两次对其拍照,得到清晰照片,如图所示分析照片得到如下结果:(1)在两张照片中,悬挂在公共汽车顶棚上的拉手均向后倾斜且程度相同;(2)对间隔2s所拍的照片进行比较,可知汽车在2s内前进了12 m. 根据这两张照片,下列分析正确的是(ABD)A.在拍第一张照片时公共汽车正加速B.可求出汽车在t1s时的

32、运动速度C.若后来发现车顶棚上的拉手自然下垂,则汽车一定停止前进D.若后来发现车顶棚上的拉手自然下垂,则汽车可能做匀速运动解析:由于车顶棚上的拉手向后倾斜且两次程度相同,可知车匀加速前进;根据匀变速直线的平均速度等于这段时间的中间时刻的即时速度,可求得t=1s时的速度;当拉手自然下垂时,汽车处于平衡态,可能静止,也可能是匀速度运动2、正确区分平衡力与作用力、反作用力【例7】物体静止于一斜面上如图所示则下述说法正确的是( B ) (A)物体对斜面的压力和斜面对物体的持力是一对平衡力(B)物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力(C)物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对作用力

33、和反作用力(D)物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力 解析:作用力和反作用力是两个物体间相互产生的,必是同性质的力,而一对平衡力是作用于同一物体两个等大、反向、共线之力,性质上无任何必然的联系上述各对力中,物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力及物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力同属物体和斜面问的相互作用力,分别作用在斜面和物体上,因此它们为两对作用力和反作用力所以(A)错(B)对;物体所受重力是地球施加的,其反作用力为物体对地球的吸收力,应作用在地球上,因此可知(C)错;至于物体所受重力,无论如何分解,各分力都应作用在物体上,而不能作用在斜面上而形成对斜面的压力,故答案(D)

34、亦错【例8】有下列说法中说法正确的是( D ) 一质点受两个力作用且处于平衡状态(静止或匀速运动),这两个力在同一段时间内的冲量一定相同。一质点受两个力作用且处于平衡状态(静止或匀速运动),这两个力在同一段时间内做的功或者都为零,或者大小相等符号相反。在同样时间内,作用力和反作用力的功大小不一定相等,但正负号一定相反。在同样时间内,作用力和反作用力的功大小不一定相等,正负号也不一定相反 A、 B、 C、 D、解析:满足的两个力是平衡力,故冲量大小相等,方向相反,做功或者都为零(物体静止时),或者数值相等,一正功一负功(匀速运动时),故错对。作用力和反作用力可以都做正功,也可以都做负功,数值也不

35、确定,只要设想两块磁铁放在小车上的各种运动情况便可判断,故错对 答案:D3、用牛顿第一、第三定律解释物理现象【例9】请用自己所学习的物理知识解释“船大调头难”这句俗语的道理 解析:“船大”,指船的质量大,“调头难”指改变速度方向难,“船大调头难”说明质量大的物体惯性大,要改变其运动状态需要的力大【例10】下列说法正确的是( C )A、人走路时,地对脚的力大于脚蹬地的力,所以人才往前走B、只有你站在地上不动,你对地面的压力和地面对你的支持力,才是大小相等、方向相反的C、物体A静止在物体B上,A的质量是B的质量的100倍,则A作用于B的力大小等于B作用于A的力的大小D、以卵击石,石头没损伤而鸡蛋破

36、了,这是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力解析:以上四种情形中的相互作用力等值、反向、共线,这个关系与运动状态无关。答案:C【例11】由同种材料制成的物体A和B放在长木板上,随长木板一起以速度v向右做匀速直线运动,如图所示,已知MA MB,某时刻木板停止运动,下列说法正确的是D)A、若木块光滑,由于A的惯性较大,A、B间的距离将增大B、若木板光滑,由于B的惯性较小,A、B间距离将减小C、若木板粗糙,A、B一定会相撞D、不论木板是否光滑,A、B间的相对距离保持不变解析:开始A、B随木板一起匀速运动,说明A、B所受的合外力为零。当木板停止运动后:若木块光滑,A、B大水平方向上不受外力的作

37、用,仍以原来的速度做匀速运动,则相互间距离保持不变。若木板粗糙,由于A、B的材料相同,它们与木板的动摩擦因数相同,其加速度相同,即A、B以相同的初速度和加速度做匀减速运动,所以它们之间的距离仍保持不变。答案D思考:若A、B的动摩擦因数不等,则A、B间的距离可能怎样变? 为什么本题的结论与A、B的质量无关?【例12】蛙泳时,双脚向后蹬水,水受到向后的作用力,则人体受到向前的反作用力,这就是人体获得的推进力。但是,在自由泳时,下肢是上下打水,为什么却获得向前的推进力呢?【解析】图表示人体作自由泳时,下肢在某一时刻的动作:右脚向下打水,左脚向上打水。由图可见,由于双脚与水的作用面是倾斜的,故双脚所施

38、的作用力P和Q是斜面面的(水所受的作用力是斜向后的)。P的分力为P1和P2,而Q的分力为Ql和Q2,Pl和Q1都是向前的分力,也就是下肢获得的推进力。同样道理,鱼类在水中左右摆尾,却获得向前的椎讲大也具由于向前的分力所致【例13】如图所示,水平放置的小瓶内装有水,其中有气泡,当瓶子从静止状态突然向右加速运动时,小气泡在瓶内将向何方运动?当瓶子从向右匀速运动状态突然停止时,小气泡在瓶内又将如何运动? 【解】在许多学生的答卷中这样写道:当瓶子从防止状态突然向右运动时,小气泡在瓶内由于惯性将向左运动;当瓶子从向右匀速运动状态突然停止时,小气泡在瓶内由于惯性将向右运动。 而正确答案刚好与之相反。因为当

39、瓶子从静止状态突然向右加速运动时,瓶中的水由于惯性要保持原有的静止状态,相对瓶来说是向左运动,气泡也有惯性,但相比水来说质量很小,惯性小可忽略不计,所以气泡相对水向右移动。同理,当瓶子从向右匀速运动状态突然停止时,小气泡在瓶内将向左运动。 另外,该题也用转换研究对象的方法予以定量解决。设想有一块水,其体积、形状和气泡相同,当玻璃营向右加速运动时,这块水就和周围的水一起向右加速运动,相对于玻璃管不会有相对运动,这块水所受的外力F由周围的水对它产生,设这块水的体积为 V,水的密度为水,玻璃管的加速度为a,则Fm水a水Va。现在将这块水换成气泡,显然,在其他条件不变的情况下,周围水对气泡的作用力仍为

40、F,气泡将在该力作用于做加速运动。则 a气=F/m气=水Va/水V,水水,a气a,即气泡相对于玻璃管向右运动。 试题展示1.下列说法正确的是( )A一同学看见某人用手推静止的小车,却没有推动,于是说是因为这辆车惯性太大的缘故B运动得越快的汽车越不容易停下来,是因为汽车运动得越快,惯性越大C把一个物体竖直向上抛出后,能继续上升,是因为物体仍受到一个向上的推力D放在光滑水平桌面上的两个物体,受到相同大小的水平推力,加速度大的物体惯性小【解析】“力是改变物体运动状态的原因”。这里所说的“力”是指物体所受的合力,而不是某一个力,该同学推不动物体,是由于物体还受到摩擦力作用,其合力仍为零的缘故,故A选项

41、错误。惯性大小的唯一量度是质量,惯性大小与运动速度大小、运动时间长短无关,故B选项也错,力是改变运动状态的原因,而不是维持运动的原因,物体的运动不需要力来维持,一个物体竖直向上抛出能继续上升是由于物体具有惯性的缘故,而不是抛出后物体还受到竖直向上的作用力,故C选项错误。惯性是物体保持运动状态不变的性质,惯性大小反映了改变物体运动状态的难易程度,同样大小的力作用在不同物体上,产生的加速度越大,其质量m=F/a越小,惯性越小,因此,D选项正确。2.甲乙两队拔河比赛,甲队胜,如不计绳子的质量,下列说法正确的是DA甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力B甲队对地面的摩擦力大于乙队对地面的摩擦力C甲乙两队与地

42、面间的最大静摩擦力大小相等、方向相反D甲乙两队拉绳的力相等3.16世纪纪末,伽利略用实验和推理,推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论,开启了物理学发展的新纪元。在以下说法中,与亚里士多德观点相反的是DA四匹马拉拉车比两匹马拉的车跑得快:这说明,物体受的力越大,速度就越大B一个运动的物体,如果不再受力了,它总会逐渐停下来,这说明,静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”C两物体从同一高度自由下落,较重的物体下落较快 D一个物体维持匀速直线运动,不需要受力4.一汽车在路面情况相同的公路上直线行驶,下面关于车速、惯性、质量和滑行路程的讨论,正确的是 AC车速越大,它的惯性越

43、大 质量越大,它的惯性越大车速越大,刹车后滑行的路程越长 车速越大,刹车后滑行的路程越长,所以惯性越大5.火车在长直水平轨道上匀速行驶,门窗紧闭的车厢内有一个人向上跳起,发现仍落回到车上原处,这是因为DA人跳起后,厢内空气给他向前的力,带着他随同火车一起向前运动B人跳起的瞬间,车厢的地板给他一个向前的力,推动他随同火车一起向前运动C人跳起后,火车继续向前运动,所以人落下后必定偏后一些,只是由于时间很短,偏后距离太小,不明显而已D人跳起后直接落地,在水平方向上人和车具有相同的速度6. 如图所示,一个劈形物体M,各面均光滑,放在固定斜面上,上面成水平,水平面上放一光滑小球m,劈形物体从静止开始释放

44、,则小球碰到斜面前的运动轨迹是BA沿斜面向下的直线 B竖直向下的直线C无规则曲线 D抛物线【例1】如图所示,轻绳跨过定滑轮(与滑轮问摩擦不计)一端系一质量为m的物体,一端用PN的拉力,结果物体上升的加速度为a1,后来将PN的力改为重力为PN的物体,m向上的加速度为a2则( ) Aa1a2 ;Ba1a2 ;C、a1a2 ;D无法判断简析:a1P/m,a2=p/(m)所以a1a2注意: Fma关系中的m为系统的合质量二、突变类问题(力的瞬时性)(1)物体运动的加速度a与其所受的合外力F有瞬时对应关系,每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力,而与这一瞬时之前或之后的力无关,不等于零的合外力作用的物

45、体上,物体立即产生加速度;若合外力的大小或方向改变,加速度的大小或方向也立即(同时)改变;若合外力变为零,加速度也立即变为零(物体运动的加速度可以突变)。(2)中学物理中的“绳”和“线”,是理想化模型,具有如下几个特性: A轻:即绳(或线)的质量和重力均可视为等于零,同一根绳(或线)的两端及其中间各点的张为大小相等。B软:即绳(或线)只能受拉力,不能承受压力(因绳能变曲),绳与其物体相互间作用力的方向总是沿着绳子且朝绳收缩的方向。C不可伸长:即无论绳所受拉力多大,绳子的长度不变,即绳子中的张力可以突变。(3)中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”,也是理想化模型,具有如下几个特性:A轻:即弹簧(或橡

46、皮绳)的质量和重力均可视为等于零,同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等。B弹簧既能承受拉力,也能承受压力(沿着弹簧的轴线),橡皮绳只能承受拉力。不能承受压力。C、由于弹簧和橡皮绳受力时,要发生形变需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能发生突变。(4)做变加速度运动的物体,加速度时刻在变化(大小变化或方向变化或大小、方向都变化度叫瞬时加速度,由牛顿第二定律知,加速度是由合外力决定的,即有什么样的合外力就有什么样的加速度相对应,当合外力恒定时,加速度也恒定,合外力随时间变化时,加速度也随时间改变,且瞬时力决定瞬时加速度,可见,确定瞬时加速度的关键是正确确定瞬时作用力。【例2】如图(a)所示

47、,一质量为m的物体系于长度分别为l1、12的两根细绳上,l1的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为,l2水平拉直,物体处于平衡状态,现将l2线剪断,求剪断瞬间物体的加速度。(1)下面是某同学对该题的一种解法: 设l1线上拉力为FT1,l2 线上拉力为FT2,重力为mg,物体在三力作用下保持平衡:FT 1 cosmg,FT 1sinFT2,FT2mgtan剪断线的瞬间,FT2突然消失,物体即在FT2,反方向获得加速度因为mgtan=ma,所以加速度agtan,方向在FT2反方向。你认为这个结果正确吗?请对该解法作出评价并说明(2)若将图a中的细线11改为长度相同、质量不计的轻弹簧,如图b所示,其

48、他条件不变,求解的步骤与(1)完全相同,即a=gtan,你认为这个结果正确吗?请说明理由 解析:(1)结果不正确因为12被剪断的瞬间,11上张力的大小发生了突变,此瞬间FT1=mgcos,它与重力沿绳方向的分力抵消,重力垂直于绳方向的分力产生加速度:a=gsin。(2)结果正确,因为l2被剪断的瞬间,弹簧11的长度不能发生突变,FT 1的大小方向都不变,它与重力的合力大小与FT2方向相反,所以物体的加速度大小为:a=gtan。三 、翰林汇翰林汇翰林汇翰林汇动力学的两类基本问题 1、已知物体的受力情况求物体运动中的某一物理量:应先对物体受力分析,然后找出物体所受到的合外力,根据牛顿第二定律求加速

49、度a,再根据运动学公式求运动中的某一物理量2、已知物体的运动情况求物体所受到的某一个力:应先根据运动学公式求得加速度a,再根据牛顿第二定律求物体所受到的合外力,从而就可以求出某一分力 综上所述,解决问题的关键是先根据题目中的已知条件求加速度a,然后再去求所要求的物理量,加速度象纽带一样将运动学与动力学连为一体【例3】如图所示,水平传送带A、B两端相距S3.5m,工件与传送带间的动摩擦因数=0.1。工件滑上A端瞬时速度VA4 m/s,达到B端的瞬时速度设为vB。(1)若传送带不动,vB多大?(2)若传送带以速度v(匀速)逆时针转动,vB多大?(3)若传送带以速度v(匀速)顺时针转动,vB多大?【

50、解析】(1)传送带不动,工件滑上传送带后,受到向左的滑动摩擦力(Ff=mg)作用,工件向右做减速运动,初速度为VA,加速度大小为aglm/s2,到达B端的速度.(2)传送带逆时针转动时,工件滑上传送带后,受到向左的滑动摩擦力仍为Ff=mg ,工件向右做初速VA,加速度大小为ag1 m/s2减速运动,到达B端的速度vB=3 m/s.(3)传送带顺时针转动时,根据传送带速度v的大小,由下列五种情况:若vVA,工件滑上传送带时,工件与传送带速度相同,均做匀速运动,工件到达B端的速度vB=vA若v,工件由A到B,全程做匀加速运动,到达B端的速度vB=5 m/s.若vVA,工件由A到B,先做匀加速运动,

51、当速度增加到传送带速度v时,工件与传送带一起作匀速运动速度相同,工件到达B端的速度vB=v.若v时,工件由A到B,全程做匀减速运动,到达B端的速度若vAv,工件由A到B,先做匀减速运动,当速度减小到传送带速度v时,工件与传送带一起作匀速运动速度相同,工件到达B端的速度vBv。 说明:(1)解答“运动和力”问题的关键是要分析清楚物体的受力情况和运动情况,弄清所给问题的物理情景(2)审题时应注意由题给条件作必要的定性分析或半定量分析(3)通过此题可进一步体会到,滑动摩擦力的方向并不总是阻碍物体的运动而是阻碍物体间的相对运动,它可能是阻力,也可能是动力【例4】质量为m的物体放在水平地面上,受水平恒力

52、F作用,由静止开始做匀加速直线运动,经过ts后,撤去水平拉力F,物体又经过ts停下,求物体受到的滑动摩擦力f 解析:物体受水平拉力F作用和撤去F后都在水平面上运动,因此,物体在运动时所受滑动磨擦力f大小恒定我们将物体的运动分成加速和减速两个阶段来分析时,两段的加速度均可以用牛顿第二定律得出,然后可由运动学规律求出加速度之间的关系,从而求解滑动摩擦力 分析物体在有水平力F作用和撤去力F以后的受力情况,根据牛顿第二定律F合=ma, 则加速阶段的加速度a1=(Ff)/m经过ts后,物体的速度为v=a1t撤去力F后,物体受阻力做减速运动,其加速度a2=f/m因为经ts后,物体速度由v减为零,即02一a

53、2t依、两式可得a1=a2,依、可得(Ff)/m= f/m可求得滑动摩擦力f=F 答案:F规律方法1、 瞬时加速度的分析【例5】如图(a)所示,木块A、B用轻弹簧相连,放在悬挂的木箱C内,处于静止状态,它们的质量之比是1:2:3。当剪断细绳的瞬间,各物体的加速度大小及其方向?【解析】设A的质量为m,则B、C的质量分别为2m、3m 在未剪断细绳时,A、B、C均受平衡力作用,受力如图(b)所示。剪断绳子的瞬间,弹簧弹力不发生突变,故Fl大小不变。而B与C的弹力怎样变化呢?首先B、C间的作用力肯定要变化,因为系统的平衡被打破,相互作用必然变化。我们没想一下B、C间的弹力瞬间消失。此时C 做自由落体运

54、动,acg;而B受力F1和2mg,则aB=(F1+2mg)/2mg,即B的加速度大于C的加速度,这是不可能的。因此 B、C之间仍然有作用力存在,具有相同的加速度。设弹力为N,共同加速度为a,则有 F12mgN2ma 3mgN 3ma F1=mg 解答 a12, N06 mg 所以剪断细绳的瞬间,A的加速度为零;B。C加速度相同,大小均为12g,方向竖直向下。 【例6】在光滑水平面上有一质量mIkg的小球,小球与水平轻弹簧和与水平方向夹角O为300的轻绳的一端相连,如图所示,此时小球处于静止状态,且水平面对小球的弹力恰好为零,当剪断轻绳的瞬间,小球加速度的大小和方向如何?此时轻弹簧的弹力与水平面对球的弹力比值是多少? 简析:小球在绳末断时受三个力的作用, 绳剪断的瞬间,作用于小球的拉力T立即消失,但弹簧的形变还存在,故弹簧的弹力F存在 (1)绳未断时: Tcos300F,Tsin300mg 解得:T20 N F10 N(2)绳断的瞬间:T=0,在竖直方向支持力N=mg,在水平方向F=ma,所以a=F/m=10m/s2 此时F/N=10/10= 当将弹簧改为轻绳时,斜向上拉绳断的时间,水平绳的拉力立即为零BCA【例7】如图所示,小球质量为m,被三根质量不计的弹

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