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卢彦妮5--力与运动


第六章

力与运动(第 5 次课) 牛顿第一定律

第一节

一.力与运动状态 1.亚里士多德的观点:物体的运动需要力来维持,有外力的作用才有速度。 2.伽利略的观点:物体的运动不需要力来维持,力的作用可以改变物体的运动状态 3.力与运动状态的关系:力的作用可以改变物体的运动状态。 [关键一点] 速度是描述物体运动状态的

物理量,运动状态的改变是指速度的改变。 二.牛顿第一运动定律 1. 内容: 一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态, 直到有外力迫使它改变这种状态为止。 2.理解: (1)一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。 (2)物体不受外力作用时, 物体保持匀速直线运动或静止状态, 即力不是维持物体运动的原因。 (3)一切物体受外力(合外力不为零)时,都会改变原来的运动状态,即外力是使物体改变运动 状态的原因。 3.物理意义 (1)澄清了力的概念:力是改变物体运动状态的原因,力并不是维持物体运动的原因。 (2)指出了力和运动的定性关系: 不受外力作用的物体, 将保持匀速直线运动状态或静止状态。 (3)揭示了一切物体固有的属性——惯性,因此牛顿第一定律又叫做惯性定律。 [关键一点] 牛顿第一定律不是实验定律,它是在理想实验的基础上总结得出的。 三、惯性 1.概念:物体具有的保持原来静止或匀速直线运动状态的性质称为惯性。 2.理解:(1)惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。 (2)质量是物体惯性大小的唯一量度,质量越大,惯性越大。 (3)惯性不是力,而是物体本身固有的一种性质,因此说“物体受到了惯性作用” “产 生了惯性” “受到惯性力”等都是错误的。 [关键一点] 物体的惯性大小仅取决于质量大小,与其他因素一概无关。 [名师点睛] (1)在不受力(或合外力为零)的条件下,惯性表现为保持原来的运动状态。 (2)在受力条件下,惯性表现为运动状态改变的难易程度。 练一练: 1.(对应要点一)下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是( d ) A.牛顿第一定律是通过实验导出的定律 B.牛顿第一定律只是提出了惯性的概念 C.牛顿第一定律出了物体不受外力作用时的运动规律,又提出了力是改变物体运动状态的 原因提出了当物体受到的合外力为零时,物体将处于静止状态 D.牛顿第一定律既提 2.根据牛顿第一定律,下列说法中正确的是(c ) A.静止或匀速直线运动的物体,一定不受任何外力作用 B.物体运动不停止是因为受到力的作用 C.要改变物体运动状态,必须有外力作用 D.外力停止作用后,运动的物体由于惯性会很快停下来 3.关于物体运动状态与力的关系,下列说法正确的是( b ) A.物体受到恒力作用时,它的运动状态一定不变 B.物体加速度为零时,运动状态一定不变 C.物体受力的方向,就是物体的运动方向 D.物体运动的位移不断增大,表示物体必受力的作用

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第六章

力与运动(第 5 次课)

4.下列说法正确的是(d ) A.惯性是只有物体在匀速运动或静止时才表现出来的性质 B.物体的惯性是指物体不受外力的作用时仍保持原来直线运动状态或静止状态的性质 C.物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态,有惯性;受外力作用时,不能保 持匀速直线运动状态或静止状态,因而就无惯性 D.惯性是物体的属性,与运动状态和是否受力无关 5.伽利略的理想实验是将可靠的事实和理论思维结合起来,能更深刻地反映自然规律,伽利 略的斜面实验程序如下: (1)减小第二斜面的倾角,小球在斜面上仍然要达到原来的高度。 (2)两个对接的斜面, 让静止的小球沿一个斜面滚下, 小球将滚上另一斜面。 (3)如果没有摩擦,小球将上升到释放时的高度。 (4)继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球沿水平面做持续的匀速运动。 请按程序先后次序排列, 并指出它究竟属于可靠的事实还是通过思维过程得到的推论, 下列 选项正确的是(数字表示上述程序号码)( c ) A.事实(2)→事实(1)→推论(3)→推论(4) B.事实(2)→推论(1)→推论(3)→推论(4) C.事实(2)→推论(3)→推论(1)→推论(4) D.事实(2)→事实(3)→推论(1)→推论(4) 6.下列说法中正确的是( ) A.掷出的铅球速度不大,所以其惯性很小,可用手去接 B.用力打出的乒乓球速度很大,因此其惯性很大,不能用手去接 C.相同的两辆车,速度大的比速度小的难停下,是因为速度大的车惯性大 D.相同的两辆车,速度大的比速度小的难停下,是因为速度大的车运动状态变化大 7. (2014 秋?原平市期末)在物理学史上,正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持运动的 原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是( ) A.亚里士多德、伽利略 B.伽利略、牛顿 C.伽利略、爱因斯坦 D.亚里士多德、牛顿

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第六章 第二节

力与运动(第 5 次课)

牛顿第二定律

一、牛顿第二定律 1.内容:物体的加速度跟合外力成正比,跟物体的质量成反比,加速度方向与合外力方向相同。 2.数学表达式:F=ma 3.理解: (1) “力是产生加速度的原因” ,即物体的受力方向决定物体的加速度方向。故力 F 的 方向和加速度 a 的方向是一致的。 (2)因果关系:只要物体所受合外力不为零(无论合外力多么 的小),物体就获得加速度,即力是产生加速度的原因,力决定加速度,力与速度、速度的变化 没有直接关系。 (3)三性:a.同体性:公式中 F、m、a 必须是同一研究对象 b.矢量性:加速度 a 的方向与合外力 F 合方向相同。c.瞬时性:a 与 F 合同时产生,同时消失,同时变化 二.深入剖析 牛顿运动定律反映的是力和运动的关系,所以,应用牛顿运动定律解决的动力学问题主要有两 类: (1)已知物体受力情况求运动情况; (2)已知物体运动情况求受力情况. 在这两类问题中,加速度是联系物体受力情况和运动情况的桥梁. 解决牛顿第二定律求加速度的问题,可以归结为“万能的四步” : 1.确定研究对象。在确定研究对象中,连接体问题是一个难点。应学会使用整体法求加速度及 系统外力,隔离法确定加速度及系统内部相互作用力。 2.对物体进行受力分析。按照先重力、再弹力、最后摩擦力的顺序,不要多力漏力。 3.建立直角坐标系。一般以速度方向为一条轴,把不在坐标轴上的力正交分解。 4.列方程组,解答。

例题 1.如图所示,小车内固定着硬杆, 杆的端点固定着一个质量为 m 的小球.当小车水平向右的加 速度逐渐增大时,杆对小球的作用力的变化(用 F1 至 F4 变化表示)可能是下图中的(OO′沿 杆方向)( c )

例题 2.在倾角为α 的斜面上有一辆小车沿斜面向上做匀减速直线运动,小车上悬挂一个质量为 m 的小球,如图所示,悬挂小球的悬线与斜面垂直且小球与小车相对静止.求:小车的加速度及悬绳 的拉力

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第六章

力与运动(第 5 次课)

例题 3.如图所示,质量为 M 的木箱放在水平面上,木箱中的立杆上套着一个质量为 m 的小球,开 始时小球在杆的顶端, 由静止释放后, 小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的一半, 即 a=0.5g, 则小球在下滑的过程中,木箱对地面的压力为多少?

练一练: 1.下列说法中正确的是( ) A.物体所受合外力越大,加速度越大 B.物体所受合外力越大,速度越大 C.物体在外力作用下做匀加速直线运动,当合外力逐渐减小时,物体的速度逐渐减小 D.物体的加速度大小不变,一定受恒力作用 2.一个质量为 2kg 的物体同时受到两个力的作用,这两个力的大小分别为 2N 和 6N,当两个力的 方向发生变化时,物体的加速度大小可能为( BCD ) 2 2 A.1m/s B.2m/s 2 2 C.3m/s D.4m/s 3.如图所示,一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧,其左端固定在小车上,右端与一小 球相连.设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧 处于压缩状态, 若忽略小球与小车间的摩擦力, 则在此 段时间内小车可能是( AD ) A.向右做匀加速直线运动 B.向右做匀速直线运动 C.向左做匀加速直线运动 D.向左做匀减速直线运动 4.(2013·遂宁高一检测)如图所示的凹形槽正沿斜面匀速下滑,现将一砝码轻轻放入槽中,则 ( D ) A.有可能使凹形槽静止 B.有可能使凹形槽加速下滑 C.若砝码较轻则匀速下滑,若砝码较重则减速下滑 D.不管砝码轻重,凹形槽仍能匀速下滑 5.(2013·长春高一检测)两个物体 A 和 B,质量分别为 m1 和 m2,互相接触放在光滑水平面上,如 图所示,对物体 A 施以水平向右的推力 F,则物体 B 所受的作用力等于 ( B ) A.错误!未找到引用源。F B. 错误!未找到引用源。F C.F D.错误!未找到引用 源。F

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第六章

力与运动(第 5 次课)

6.(2013· 长沙高一检测)如图所示,质量为 m 的球与弹簧Ⅰ和水平细线Ⅱ相连,Ⅰ、 Ⅱ的另一端 分别固定于 P、Q。球静止时,Ⅰ中拉力大小为 T1,Ⅱ中拉力大小为 T2。当仅剪断Ⅰ、Ⅱ中的 一根的瞬间,球的加速度 a 应是 ( A ) A.若剪断Ⅰ,则 a=g,方向竖直向下 B.若剪断Ⅱ,则 a=错误!未找到引用源。,方向水平向左 C.若剪断Ⅰ,则 a=错误!未找到引用源。,方向沿Ⅰ的延长线 D.若剪断Ⅱ,则 a=g,方向竖直向上 7. ( (2013 厦门期末)如图所示,A、B 两球的质量均为 m,轻质弹簧一 端固定在斜面顶端、另一端与 A 球相连,A、B 间由一轻质细线连接.倾角为θ 的光滑斜面 固定在地面上,弹簧、细线均平行于斜面,初始系统处于静止状态,细线被烧断的瞬间,下 列说法正确的是( ) A.B 球的加速度沿斜面向上,大小为 gsinθ B.B 球的加速度沿斜面向下,大小为 g C.A 球的加速度沿斜面向上,大小为 gsinθ D.A 球的受力情况未变,加速度为零 8.(2013·密云高一检测)竖直起飞的火箭在推动力 F 的作用下产生 10m/s 的加速度,若推动力 2 增大到 2F,忽略空气阻力影响,则火箭的加速度将达到(g 取 10m/s ) ( C ) 2 2 A.20 m/s B.25 m/s 2 2 C.30 m/s D.40 m/s 9.原来静止的物体受到外力 F 的作用,图甲所示为力 F 随时间变化的图像,则与 F-t 图像对应的 v-t 图像是图乙中的 ( B )
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10. (厦门期末)以 15m/s 的速度行驶的汽车,关闭发动机后 10s 汽车停下来,若汽车的质量 3 2 为 4×10 kg;则汽车在滑行中加速度大小为 m/s ,受到的阻力大小是 N.

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第六章

力与运动(第 5 次课)

11.(8 分)(2013·鞍山高一检测)如图甲所示,质量为 m=1kg 的物体置于倾角为θ =37°的固定 斜面上,对物体施以平行于斜面向上的拉力 F,当作用时间为 t1=1s 时撤去拉力,物体运动的 2 部分 v-t 图像如图乙所示,g=10 m/s ,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求: (1)拉力 F 的大小; (2)物体与斜面间的动摩擦因数。

12. (厦门期末)如图所示,一车厢以 12m/s 速度水平向左行驶,某时刻开始做匀减速运动, 经过 36m 速度减为 0;在车厢内站立着(只与车厢地板接触)一质量为 30kg 的人,相对车 厢静止.求在车厢匀减速运动时,车厢地板对人的摩擦力大小与方向?

13.(12 分)(2013· 济宁高一检测)民航客机都有紧急出口,发生意外情况时打开紧急出口,狭长 的气囊会自动充气生成一条通向地面的斜面,乘客可沿斜面滑行到地面 上。如图所示,某客机紧急出口离地面高度 AB=3.0m,斜面气囊长度 AC=5.0m,要求紧急疏散时乘客从气囊上由静止下滑到地面的时间不超 2 过 2s,g 取 10m/s ,求: (1)乘客在气囊上滑下的加速度至少为多大? (2)乘客和气囊间的动摩擦因数不得超过多大?(忽略空气阻力)

14. (11 分) (厦门期末) “敦煌载竿图”是敦煌晚唐壁画,各种载竿表演为我们今天研究古代 杂技技巧,提供了形象史料.如图甲所示,表现一个人头顶着长竿 AB,竿的顶端有一圆盘,

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力与运动(第 5 次课)

叫做山木,它们总质量为 M=10kg,旁边站有一保护者举着竿子.长竿上面共有四人,质量 均为 m=40kg,其中有的双脚倒挂,有的单臂悬体,有的在拿顶,他们三人均处于静止状态; 还有一人(可看做质点)沿竿从 A 点下滑到 B 点,运动的速度﹣时间图象如图乙所示,而底 2 下顶竿的人张开双臂纹丝不动. (g 取 10m/s )问: (1)长竿上 A 点到 B 点的距离? (2)人沿竿加速下滑过程,长竿对“下滑人”的作用力大小? (3)人沿竿加速下滑过程,长竿对“顶竿人”的压力大小?

二.实验探究:加速度与力、质量的关系
1.实验器材:小车、打点计时器、纸带、砝码、钩码、一端带滑轮的长木板、细线、刻度尺、天 平。 2 指导思想:控制变量法 3.实验步骤: (1).用天平测出小车和小盘的质量 ,并把数据记录下来。要求:M >> m( M 为小车以及小车 上的砝码的总质量,m 为所挂小盘和砝码的质量) (2).按实验设计图将实验器材装好(此时不挂砝码) 。 (3).平衡摩擦力,将木板无滑轮的一端下面垫一薄木板,反复移动其位置,直到小车在斜面上匀 速运动 (4).将钩码通过细绳系到小车上,接通电源,使小车由静止开始运动,由纸带记录数据,计算小 车加速度,小车的合外力等于钩码重力;保持小车的重力不变,改变所挂钩码的个数,重复上 述步骤,每次小车从相同位置释放,记录相应纸带的数据。 (5).保持小车受的合外力不变(所挂钩码数量不变) ,在小车上加放砝码,测出小车与所放砝码的 总质量,接通电源放开小车,用纸带记录下小车运动情况;继续在小车上加放砝码,重复以上 步骤,记录相应纸带的数据。 4.实验注意事项: (1).在实验前,先平衡摩擦力。 (2).在 M>>m 的条件下进行。只有如此,砝码的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 (3).改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离定滑轮的一 端),并应先接通电源,再放开小车,且在小车到达定滑轮前应按住小车。 5.数据处理及图象分析:由实验数据做出 a-F 的关系图像 和 a-1/m 的图像

说明 a 与 F 成正比

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说明 a 与 m 成反 比

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力与运动(第 5 次课)

1. (厦门期末)某同学设计了一个“验证加速度 a 与物体所受合力 F 及质量 m 关系”的实验, 图(a)所示为实验装置简图. (交流电的频率为 50Hz)

(1)图(b)所示为某次实验得到的纸带,在纸带上取连续的五个点,测得相应数据,根据 2 纸带可求出小车的加速度大小为 m/s . (结果保留 2 位小数) (2)保持砂和砂桶质量不变,改变小车质量 m,分别得到小车加速度 a 与质量 m 及对应的 数据,在坐标纸中画出 图线. (选填“A”或“B”)

A.小车加速度 a 与小车质量 m 关系; B.小车加速度 a 与小车质量倒数 之间关系; (3)为了尽量减小实验的误差,以下采取的措施中必要的是 A.适当垫高长木板无滑轮的一端,使挂上砂桶的小车被轻推后恰能拖着纸带匀速下滑; B.应使砂和砂桶总质量远大于小车(加上钩码)的总质量 M; C.定滑轮的轮轴要尽量光滑; D.实验时,先接通打点计时器电源,再放开小车. 2. (6 分) (厦门期末)在“验证加速度与力、质量的关系”实验中,使用了如图 1 所示的装 置,打点计时器打点频率为 50Hz. 说明 a 与 m 成反比

(1)实验中以下做法正确的是 A.平衡摩擦力时,应将钩码用细绳通过定滑轮系在小车上; B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力; C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器电源; D.小车运动的加速度可以用钩码 m 以及小车质量 M,直接用公式 a=mg/M 求出. (2)实验中平衡摩擦力的直接目的是 A.使小车做加速运动时与木板之间摩擦力等于零; B.使小车做加速运动时小车所受的重力与所受到的摩擦阻力相平衡; C.使小车做加速运动时绳对小车的拉力大小等于钩码的重力大小; D.使小车做加速运动时的合外力大小等于绳对小车的拉力大小. (3)该同学得到一条纸带,在纸带上取连续的六个点,如图 2,测得 AB、DE 两点间的距 2 离分别为 1.40cm、1.71cm,则小车的加速度为 m/s (结果保留 2 位小数) .

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力与运动(第 5 次课)

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