学业水平考试之《牛顿运动定律》.doc

必修一 第四章：牛顿运动定律一、牛顿第一定律1历史上关于力和运动关系的两种不同认识（1）古希腊哲学家亚里斯多德根据人们的直觉经验提出：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要停下来认为力是维持物体运动所不可缺少的（2）伽俐略通过实验指出，没有使物体改变速度的力，物体就会保持自己的速度不变（3）伽俐略以实验为基础，经过抽象思维，把可靠的事实和严密的推理结合起来的科学方法，是物理研究的正确方向2牛顿第一定律的内容及其物理意义（1）定律的内容: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（2）物理意义:定律反映了物体不受外力（合外力为零）作用时的运动规律，指出了力不是维持运动的原因，是迫使物体改变运动状态的原因，说明了一切物体都具有保持匀速直线运动或静止状态的性质，即惯性牛顿第一定律即惯性定律3牛顿第一定律的应用 应用牛顿第一定律，把握力与运动的关系：力是物体运动状态改变的原因，物体的运动不需要力来维持二、惯性1惯性的概念及物理意义 (1)物体有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫做惯性(2)一切物体都具有惯性,物体不论在什么情况下是否受力，运动状态如何，处于什么环境总是具有惯性，惯性是物体固有的属性，是不能被克服的。（3）惯性在解题中的应用：车转弯、刹车、加速，人的感觉是人的惯性的缘故。2惯性和质量的关系(1)惯性的大小：质量是物体惯性大小的量度 （也称惯性质量）,质量不同的物体运动状态改变的难易程度不同，亦即惯性大小不同。同样的外力作用下，质量大的物体，运动状态难改变，惯性大；质量小的物体，运动状态容易改变，惯性小质量是物体惯性大小的量度（2）惯性只与质量有关，与其他无关（如温度、物态、位置、速度）；惯性不是力，不能说物体受惯性。 第二节 牛顿第二定律一、运动状态的改变1、运动状态改变的含义（1）一个物体的速度不变，就说物体的运动状态没有改变，而如果一个物体的速度改变了，就说物体的运动状态改变了（2）速度是矢量，故无论是速度的大小改变，或速度的方向改变，或两者同时都改变，都说物体的运动状态改变了（3）物体的运动状态改变了，也就是物体有了加速度二、牛顿第二定律 1牛顿第二定律的内容、表达式及其物理意义（1）牛顿第二定律的内容物体的加速度跟所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟引起这个加速度的合外力的方向相同（2）牛顿第二定律的表达式矢量式： 标量式：Fxmax Fymay （正交分解式）注意：F合为物所受（不是所施的）、外力（不是内力）、的合力（不是分力）；Fx是合外力在x轴上的分量，Fy是合外力在y轴上的分量；ax是a在x轴上的分量，ay是a在y轴上的分量；（3）牛顿第二定律公式的物理意义公式给出了力与加速度的因果关系：什么样的力产生什么样的加速度合外力恒定时，加速度恒定；合外力改变时，加速度也改变；合外力为零时，加速度为零加速度与产生它的力大小成正比，方向恒一致公式同时给出了加速度与质量的关系；在同样的外力下，质量大的物体加速度小，质量小的物体加速度大、力与质量是决定物体运动状态变化的外因与内因2牛顿第二定律的应用（1）应用牛顿第二定律解答问题有两类情况：已知物体的受力情况，要求确定物体的运动状态；已知物体的运动情况，要求确定物体的受力情况（2）应用牛顿第二定律解题需要：做好两项分析受力分析与运动分析正确选取研究对象灵活地运用整体法与局部隔离法运用数学。具体步骤： 明确研究对象。可以以某一个物体为对象，也可以以几个物体组成的质点组为对象。设每个质点的质量为mi，对应的加速度为ai，则有：F合=m1a1+m2a2+m3a3+mnan对这个结论可以这样理解：先分别以质点组中的每个物体为研究对象用牛顿第二定律：F1=m1a1，F2=m2a2，Fn=mnan，将以上各式等号左、右分别相加，其中左边所有力中，凡属于系统内力的，总是成对出现并且大小相等方向相反的，其矢量和必为零，所以最后得到的是该质点组所受的所有外力之和，即合外力F。 对研究对象进行受力分析。同时还应该分析研究对象的运动情况（包括速度、加速度），并把速度、加速度的方向在受力图旁边画出来。 若研究对象在不共线的两个力作用下做加速运动，一般用平行四边形定则（或三角形定则）解题；若研究对象在不共线的三个以上的力作用下做加速运动，一般用正交分解法解题（注意灵活选取坐标轴的方向，既可以分解力，也可以分解加速度）。 当研究对象在研究过程的不同阶段受力情况有变化时，那就必须分阶段进行受力分析，分阶段列方程求解。（3）在理解与运用牛顿第二定律时。应注意以下四点： 瞬时性 从时间效应上说，加速度与力是瞬时对应的，有力时才有加速度，外力一旦改变，加速度也立即改变，力与加速度的因果对应具有同时性 矢量性 力与加速度都是矢量，牛顿第二定律表述的是它们的矢量关系式F合ma中的“”不仅确定了加速度与产生它的力在量值上的因果关系，也确定了加速度的方向与产生它的力的方向总是一致的，什么方向的力产生什么方向的加速度的因果关系，而物体运动的方向与合外力方向并没有必然的联系。独立性 当物体受到几个力的作用时，每个力各自会产生一个加速度，物体在某个方向受到什么样的力，就会在这个方向产生什么样的加速度，牛顿运动定律支配着每一个力与它所产生的加速度的关系、不会因为有其他的力的存在而使这种因果关系有所改变 适用性 牛顿定律只适用于解决物体的低速运动问题、不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子；必须选取相对于地球保持静止或匀速直线运动的物体为参照系，即惯性参照系，不能取非惯性参照系3、牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系：（1）牛顿第二定律和牛顿第一定律各自独立。牛顿第一定律告诉人们物体不受外力或受外力时物体运动情况：总保持静止或作匀速直线运动。牛顿第二定律则告诉人们物体受到外力以后物体的状态变化规律。（2）牛顿第二动律的动量表达式： 合外力等于物体动量的变化率4、超重与失重：1、视重：若物体放在水平面上或用一根绳子吊起，他所受得到支持力或拉力称为视重：若物体在这些情况下相对于地球静止，则N（T）mg，不超重也不失重。2、超重与失重：例如右图，物在拉力T作用下沿竖直方向作加速运动，取加速度方向为正，则有：物向上加速：Tmgma Tm（ga） mg 超重物向上减速：mgTma Tm（ga） mg 失重物向下加速：mgTma Tm（ga） mg 超重注意：解此类问题的关键是取加速度的方向为正）超中失重现象与物体运动方向无关只取决于物体加速度的大小和方向）常见的超重与失重现象：过桥、飞船上升、下降 （超重），在轨道上运行（完全失重）等问题 第三节 牛顿第三定律1牛顿第三定律的内容两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上这就是牛顿第三定律2牛顿第三定律的应用，作用力与反作用力总是成对同时出现的，只要有力，这个力一定有反作用力，根据牛顿第三定律，就可以知道它的反作用力的大小和方向；找到这个力的施力者，就可以知道反作用力的受力者作用力与反作用力相同的是大小和性质，而不是作用效果3作用力和反作用力与平衡力的区别 一对作用力和反作用力与一对平衡力都有“大小相等、方向相反，作用在一直线”的特点，极易混淆可从以下四个方面将它们加以区别：一对作用力和反作用力一对平衡力作用对象分别作用在两个不同的相互作用的物体上作用在同一物体上力的性质一定是同性质的力可以是不同性质的力力的效果分别对两个物体产生作用，对各物体的作用效果不可抵消，不可求合力对同一物体产生的作用，效果可以互相抵消，合力为零力的变化同时产生，同时消失、，同时变化可以独立地发生变化第四节 力学单位制1、基本单位和导出单位（1）基本单位：被选定的几个基本物理量的单位叫基本单位 （2）导出单位：利用物理公式所确定的物理量的单位关系推导出来的单位叫做导出单位2、国际单位制中力学的基本单位（1）在力学中，选定长度、质量和时间的单位作基本单位在国际单位制中，取米、千克、秒作基本单位另外，若使用厘米克秒制，则取厘米、克、秒作为基本单位高中物理中，还有电流、温度、物质的量等的单位安、开尔文、摩尔也是基本单位（2）在力学中，如速度单位（米/秒）、加速度单位（米/秒2）、力的单位（牛）等均为导出单位（3）在物理计算时，将所有的已知量都用同一种单位制的单位来表示，通过正确应用物理公式，所求量的单位就一定是这个单位制中的相应单位一切物理量的单位，都可以通过公式由基本单位组合而成，我们也可以通过单位与物理量是否相符，来检查所求结论是否有误。第五节 牛顿运动定律的适用范围1、 牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律是经典力学的基本规律，在处理宏观物体的低速运动问题时完全适用，当速度接近光速时就不适用了；经典力学的规律一般也不适用于微观粒子。2、 物体质量和速度的关系根据爱因斯坦狭义相对论的观点，物体的质量是随着速度的增大而增大的，在低速运动中，质量的增大十分微小，而当速度接近于光速时，质量将明显增大要点解读一、牛顿第一定律与惯性1牛顿第一定律的含义：一切物体都具有惯性，惯性是物体的固有属性；力是改变物体 的原因；物体运动不需要力来维持。2惯性： ，叫做惯性。 是物体惯性大小的量度。【例1】关于物体的惯性，下列说法中正确的是A运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性也越大B静止的火车起动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大的缘故C乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小D在宇宙飞船中的物体不存在惯性练习1伽利略的斜面实验说明了什么 （ ） A 要物体运动必须有力作用，没有力的作用物体将静止 B 要物体静止必须有力作用，没有力作用的物体就运动 C 物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态 D 物体不受外力作用时，一定处于静止状态二、牛顿第二定律1牛顿第二定律揭示了物体的加速度与物体的合力和质量之间的定量关系。 是产生加速度的原因，加速度的方向与 的方向相同，加速度随合力同时变化。牛顿第二定律数学表达式： 【例2】下列对牛顿第二定律表达式F=ma及其变形公式的理解，正确的是（ ）A由F=ma可知，物体所受的合外力与物体的质量成正比，与物体的加速度成正比B由m=F/a可知，物体的质量与其所受合外力成正比，与其运动加速度成反比C由a=F/m可知，物体的加速度与其所受合外力成正比，与其质量成反比D由m=F/a可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它受到的合外力而求得2控制变量法“探究加速度与力、质量的关系”实验的关键点（1）平衡摩擦力时不要挂重物，平衡摩擦力以后，不需要重新平衡摩擦力。（2）当小车和砝码的质量远大于沙桶和砝码盘和砝码的总质量时，沙桶和砝码盘和砝码的总重力才可视为与小车受到的拉力相等，即为小车的合力。（3）保持砝码盘和砝码的总重力一定，改变小车的质量（增减砝码），探究小车的 与小车 之间的关系；保持小车的质量一定，改变沙桶和砝码盘和砝码的总重力，探究小车的 与小车 之间的关系。（4）利用图象法处理实验数据，通过描点连线画出aF和a图线，最后通过图线作出结论。3超重和失重无论物体处在失重或超重状态，物体的重力始终存在，且没有变化。与物体处于平衡状态相比，发生变化的是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力。（1）超重：当物体在竖直方向有向 的加速度时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于重力。（2）失重：当物体在竖直方向有向 的加速度时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于重力。当物体正好以大小等于g的加速度竖直下落时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力为0，这种状态叫 。【例3】.某人站在台秤的底板上，当他向下蹲的过程中A.由于台秤的示数等于人的重力，此人向下蹲的过程中他的重力不变，所以台秤的示数也不变B.此人向下蹲的过程中，台秤底板既受到人的重力，又受到人向下蹲的力，所以台秤的示数将增大C.台秤的示数先增大后减小 D.台秤的示数先减小后增大练习2.在一个封闭装置中，用弹簧秤称一物体的重力，根据读数与实际重力之间的关系，以下说法中正确的是A.读数偏大，表明装置加速上升 B.读数偏小，表明装置减速下降C.读数为零，表明装置运动的加速度等于重力加速度，但无法判断是向上还是向下运动D.读数准确，表明装置匀速上升或下降4共点力作用下物体的平衡共点力作用下物体的平衡状态是指物体处于 状态或 状态。处于共点力平衡状态的物体受到的合力为 。三、牛顿第三定律牛顿第三定律揭示了物体间的一对相互作用力的关系：总是大小相等，方向相反，分别作用两个相互作用的物体上，性质相同。而一对平衡力作用在同一物体上，力的性质不一定相同。【例4】关于站在田径场上静止不动的运动员，下列说法中正确的是A运动员对地面的压力与运动员受到的重力是一对平衡力B地面对运动员的支持力与运动员受到的重力是一对平衡力C地面对运动员的支持力与运动员对地面的压力是一对平衡力D地面对运动员的支持力与运动员对地面的压力是一对作用力与反作用力练习3下列说法中正确的是A以卵击石，蛋破而石头没损伤，是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力B物A静止在物B上，A质量小于B质量，所以A作用于B的力小于B作用于A的力C一本书静止在水平桌面上，书对桌面压力和桌面对书支持力是一对作用力与反作用力D一本书静止在水平桌面上，书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对平衡力解题指导1两种基本动力学问题（1）已知受力情况求运动情况分析对象的受力情况，画出受力示意图，对受到的力进行处理，求出合力，利用牛顿第二定律计算出物体的加速度。分析对象的运动情况，画出运动过程示意图，选择合适的运动学规律，求出目标运动量。（2）已知运动情况求受力情况分析对象的运动情况，画出运动过程示意图，选择合适的运动学规律，求出物体的加速度。利用牛顿第二定律求出合力，分析对象的受力情况，画出受力示意图，对受到的力进行处理，求出目标力。3共点力平衡问题的求解思路（1）选取合适的研究对象。 （2）对研究对象进行受力分析。（3）利用力的合成、分解（受三个共点力作用下的平衡）或力的正交分解（受四个或四个以上共点力作用下的平衡）处理物体受到的力。 （4）利用有关数学方法求解。巩固练习1、原来静止的小车，需要施一推力才能开始运动，运动后只要用较小的推力就可以维持小车做匀速运动，由此可见（ ）A、力是产生运动和维持运动的原因； B、力是改变物体运动状态的原因；C、小车的加速度大小由合外力大小决定；D、小车的运动状态发生变化一定是受到力的作用，小车的运动状态不发生变化一定不受力的作用。2、下列说法正确的是（ ）A、物体运动的方向与合外力的方向总是一致的B、物体的速度越大，它受到的合外力就越大C、物体的速度变化越大，它受到的合外力就越大D、物体运动的加速度方向与合外力方向总是一致的3、物体在合外力F的作用下，产生的加速度为a，下列说法中正确的是（ ）A、只有在匀加速运动中，F才与a相同 B、物体的加速度方向总是跟运动方向相同C、物体的速度为零时，物体的加速度也必定为零D、物体的加速度增大时，物体的速度不一定增大4、物体受到下列几组共点力的作用，其中一定能使物体产生加速度的共点力是（）A、1N 、3N、5N；B、2N、4N、6N；C 、3N、4N、5N；D、4N、6N、8N。5、设洒水车的牵引力不变，所受的阻力跟车重成正比，洒水车在平直路面上原来匀速行驶，开始洒水后，它的运动情况将是（ ）A.续做匀速运动.B.为做匀加速运动C.为做匀减速运动D.为做变加速运动A F6、如图所示，静止在光滑水平面上的物体A ，一端靠着处于自然状态的弹簧，现对物体作用一水平恒力F，在弹簧压缩到最短的这一过程中，物体的速度和加速度的变化情况是( )A、速度增大，加速度减小； B、速度减小，加速度增大；C、速度先增大后减小，加速度先增大后减小；D、速度先增大后减小，加速度先减小后增大。7、某物体在力F1的作用下，产生的加速度是2m/s2, 在力F2的作用下，产生的加速度是3m/s2。如果两力同时作用在物体上，产生的加速度大小可能是（）A、7m/s2 B、6m/s2 C、5m/s2 D、4m/s28、水平恒力能使质量为m1的物体在光滑水平面上产生大小为a1的加速度，也能使质量为m2的物体在光滑水平面上产生大小为a2的加速度。如果此恒力作用在质量为m1+m2的物体上，使其在光滑水平面上产生大小为a的加速度，则a与a1、a2的大小关系是（ ）A、a= a1+a2 B、 C、 D、9、一物体以初速度v0在粗糙斜面的底端沿斜面向上运动，到达某一高度后沿斜面下落回底端。如果它上滑时的加速度为a1，所用时间为t1，下滑时的加速度为a2，所用时间为t2，那么，下列关系正确的是（ ）A、a1a2 B、a1a2 C、t1t210、关于惯性大小的说法正确的是：（ ）A、物体运动速度越大，它具有的惯性越大，所以越不容易停下来。B、无论物体如何运动，只要质量大，则惯性大。C、运动物体受到的摩擦力越小，惯性越大。D、在相同外力作用下获得加速度大的物体惯性大。11、在力学单位制中,选定下面哪一组物理量的单位作为基本单位?（ ）A、速度、质量和时间；B.力、长度和时间；C.度、质量和时间；D.移、质量和速度。翰林汇12、关于作用力和反作用力下列说法错误的是：（ ）A、作用力和反作用力同时产生，同时消失，它们是成对出现。B、作用力和反作用力是同种性质而作用在不同物体上的力。C、一个力的作用力和它的反作用力的合力为零。D、货车运动前进时，车头对车厢的作用力与车厢对车头的作用力大小相等，方向相反。13历史上首先正确认识力和运动的关系，推翻“力是维持物体运动的原因”的物理学家是(A)阿基米德(B)牛顿(C)伽利略(D)以上三个都不是 (). 14动着的物体，若所受的一切力突然同时消失，那么它将(). (A)立即停止 (B)先慢下来，然后停止(C)作变速直线运动 (D)作匀速直线运动15辆汽车分别以6ms和4ms的速度运动时，它的惯性大小(). (A)