高一物理力学单位制；牛顿第二定律的应用人教实验版知识精讲

用心 爱心 专心 高一高一物理力学单位制 牛顿第二定律的应用物理力学单位制 牛顿第二定律的应用人教实验版人教实验版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 力学单位制 牛顿第二定律的应用 知识要点 1 知道单位制的意义 了解什么是单位制 知道力学中的三个基本单位 2 认识单位制在物理计算中的作用 3 应用牛顿第二定律解决超重失重问题 4 进一步解决牛顿第二定律问题 重点 难点解析 一 力学单位制一 力学单位制 1 基本单位和导出单位 我们选定几个物理量的单位作为基本单位 基本单位是人为规定的 利用物理公式由 基本单位推导出来的其他物理量的单位 叫做导出单位 注 物理公式在确定物理量的数量关系的同时 也确定了物理量的单位关系 2 单位制 基本单位和导出单位一起组成单位制 例如国际单位制 3 力学单位制 在力学中选定长度 质量和时间这三个物理量的单位作为基本单位 根据力学公式就 可以推导出其余物体量 如速度 加速度 力等 的单位 它们一起组成了力学单位制 注 在国际单位制 S1 中 力学的三个基本单位分别长度单位是米 质量单位是千 克 时间单位是秒 另外 国际单位制在热学 电学 光学中还有四个基本单位 以后将 进一步学习 4 单位制在物理计算中的作用 在物理计算中 如果所有已知量都用同一单位制中的单位表示 计算结果就一定是用 该单位制中的单位表示的 所以 在计算过程中就不必一一写出各个量的单位 直接在结 果中写出所求物理量的单位即可 计算前注意先要把各已知量的单位统一为同一单位制中 的单位 在物理计算中 一般采用国际单位制 单位制的意义是什么单位制的意义是什么 对一个物理量进行定量描述 仅仅用一个数是不够的 一定得在数后带有单位 同一 个物理量 选用不同单位其数不同 在研究物理问题中 用物理概念 物理规律研究物理 与物理量的关系时 物理单位要跟随物理量参与运算 物理单位进入物理关系的数学表达 式 对准确理解物理概念 物理关系很有帮助 但表达式繁杂 选用了统一的单位制后 每一个物理量在这一单位制中有确定的单位 进行物理运算时 可以只计算数据 不必带 单位 从而使物理运算简化 kg m s 在力学中有最基本的地位 用这些物理量的单 位做基本单位后 可使基本单位的数目最少 所以在力学中规定 m kg s 为国际单位制 的基本单位 二 超重和失重二 超重和失重 1 弹簧秤是测量力的仪器 用弹簧秤来测量物体的重力 只有在物体处于平衡时 弹簧 的弹力才等于物体重力的大小 用心 爱心 专心 2 超重 当物体具有向上的加速度时 物体对支持物的压力 或对悬线的拉力 大于物 体所受的重力的现象称为超重 overweigh 现象 由此可知 产生超重现象的条件是物体具有向上的加速度 它与物体运动速度的大小 和方向无关 超重包括加速上升和减速下降两种情况 3 失重 当物体具有向下的加速度时 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 小于 物体所受的重力的现象 称为失重 weightlessness 现象 由此可知 产生失重现象的条件是物体具有向下的加速度 它与物体运动速度的大小 和方向无关 失重现象包括加速下降和减速上升两种情况 4 完全失重 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 等于 0 的状态 叫做完全失重 状态 产生完全失重现象的条件 当物体竖直向下的加速度等于 g 时 就产生完全失重现象 如何正确理解如何正确理解 超重超重 失重失重 的本质的本质 超重不是重力增加 失重不是重力减小 完全失重不是重力消失 在超 失重现象中 重力不变 仅是 视重 的变化 在完全失重状态下 平常重力产生的一切物理现象都不 存在 三 关于轻绳 轻弹簧的问题三 关于轻绳 轻弹簧的问题 1 轻绳 1 拉力的方向一定沿绳 2 同一根绳上各处的拉力大小都相等 3 认为受力形变极微 看作不可伸长 4 弹力可作瞬间变化 2 轻弹簧 1 各处的弹力大小相等 方向与弹簧形变的方向相反 2 弹力的大小遵循 F kx 的关系 3 弹簧的弹力不能发生突变 四 关于临界问题处理的基本方法是四 关于临界问题处理的基本方法是 1 要详细分析物理过程 根据条件变化或过程的发展分析引起的受力情况的变化和状态 的变化 找到临界点或临界条件 2 常用极限分析法分析临界点或临界条件 即利用放大或缩小的思想使问题暴露得更明 显 更突出 典型例题典型例题 例例 1 一物体在 2N 的外力作用下 产生 10cm s2的加速度 求该物体的质量 下面有 几种不同的求法 其中单位运用正确 简洁而又规范的是 A 2 0 2 10 mF akgkg B 2 22 2 2020 0 1 Nkg m s mF akg m sm s C 2 20 0 1 mF akgkg D 2 20 0 1 mF akg 用心 爱心 专心 解析 解析 本题考查了单位制的应用 在进行数量运算的同时 也要把单位带进运算 带 单位运算时 每一个数据均要带上单位 且单位换算要准确 也可以把题中的已知量的单 位都用国际单位表示 计算的结果就用国际单位表示 这样在统一已知量的单位后 就不 必一一写出各个量的单位 只在数字后面写出正确单位即可 在备选的四个选项中 A D 项均错 B 项解题时过程正确 但不简洁 只有 C 项运算正确 且简洁而又规范 答案 答案 C 例例 2 一个人站在体重计的测盘上 在人下蹲的过程中 指针示数变化应是 A 先减小 后还原 B 先增加 后还原 C 始终不变 D 先减小 后增加 再还原 解析 解析 人蹲下的过程经历了加速向下 减速向下和静止这三个过程 在加速向下时 人获得向下的加速度 a 由牛顿第二定律得 mg FN ma FN m g a mg 弹力 FN将大于 mg 当人静止时 FN mg 答案 答案 D 说明说明 在许多现实生活中 只要留心观察 就会看到超重或失重现象 例如竖直上抛 的物体 无论是上升过程还是下降过程 都会出现失重现象 我国用新型运载火箭发射的 神舟号 宇宙飞船 无论是发射过程还是回收过程 都会出现超 失重现象 例例 3 如图所示 一质量为 m 的小球在水平细线和与竖直方向成 角的弹簧作用下处于 静止状态 试分析剪断细线的瞬间 小球加速度的大小和方向 解析 解析 取小球研究 其平衡时的受力示意图所示 细线拉力大小为 tan mgF 用心 爱心 专心 弹簧拉力大小 cosFmg 若剪断细线 则拉力 F 突变为零 但弹簧的伸长量不突变 故弹簧的弹力不突变 此 时小球只受两个力的作用 在竖直方向上 弹簧拉力的竖直分量仍等于重力 故竖直方向 上仍受力平衡 在水平方向上 弹簧弹力的水平分量 sinsincostan x FFmgmg 力 Fx提供加速度 故剪断细线瞬间 小球的加速度大小为 tan x F ag m 加速度的方向为水平向右 答案 答案 tanag 方向水平向右 说明 若物体受多个力的作用而保持平衡 当去掉一个力的瞬间 在剩余的力不突变 的前提下 剩余力的合力大小就等于去掉的那个力的大小 方向与去掉的那个力的方向相 反 利用此结论可以很方便地解决类似问题 拓展应用拓展应用 若将弹簧也换成细线 在剪断水平细线的瞬间 小球的加速度大小和方向 又会怎样 当水平细线剪断时 连结小球的另一细线的弹力会发生突变 小球受到的合外力与绳 垂直 如图所示 合外力mgsinF 合 则小球的加速度agsin 例例 4 如图 a 所示 电梯与水平面夹角为 30 当电梯加速向上运动时 人对梯面 的压力是其重力的 6 5 则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍 解析 解析 对人进行受力分析 重力 mg 支持力 FN 摩擦力 F 摩擦力方向一定与接 触面平行 由加速度的方向推知 F 水平向右 建立直角坐标系 取水平向右 即 F 的方向 为 x 轴正方向 竖直向上为 y 轴正方 向 此时只需分解加速度 其中 ax acos30 ay asin30 如图 b 根据牛顿第二定律有 x 方向 F max macos30 y 方向 FN mg may masin30 又 FN 6 5 mg 用心 爱心 专心 联立 得 F 3 5 mg 例例 5 如图所示 质量为 m 的物体通过绳子连接放在倾角为 的光滑斜面上 让斜面以 加速度 a 沿图示方向运动时 稳定后 绳子的拉力是多大 解析 解析 本题中由于加速度 a 是一个没有确定的量 这就隐含着加速度发生变化的过程 中 物体所受的合外力一定发生变化 可以利用极限分析法 当斜面的加速度增大到某一 数值时 物体可能离开斜面发生突变 设物体刚要离开斜面 即当斜面对物体支持力 FN 0 时 其加速度的大小为 a0 此时物体受力如图甲所示 在水平方向由牛顿第二定律 可得 00 cot cotmgmaag 因此当 aa0时 物体已离开斜面 此时物体受力图如图丙所示 设此时绳子与水平方向之 间的夹角 a aa0 gcot 时 物体将离开斜面 飘 起来 其受力分析图如图丙所示 设此时绳子和水平方向的夹角为 a 则牛顿第二定律得 FT 2sin mg FT 2cos ma 解得 FT 2 m 22 ga 即当 a gcot 时 斜面对物体没有支持力 物体离开了斜面 用心 爱心 专心 飘 了起来 此时绳子的拉力为 m 22 ga 模拟试题模拟试题 1 下列哪组单位都是国际单位制中的基本单位 A 千克 秒 牛顿 B 千克 米 秒 C 克 千米 秒 D 牛顿 克 米 2 质量 m 200g 的物体 测得它的加速度 a 20cm s2 则关于它所受的合力的大小及 单位 下列运算既正确又符合一般运算要求的是 A F 200 20 4000N B F 0 2 0 2N 0 04N C F 0 2 0 2 0 04N D F 0 2kg 0 2m s2 0 04N 3 关于超重和失重 下列说法正确的是 A 超重就是物体受到的重力增加了 B 失重就是物体受到的重力减少了 C 完全失重就是物体一点重力都没有了 D 不论超重 失重或完全失重 物体所受的重力是不变的 4 原来做匀速运动的升降机内 有一被伸长的弹簧拉住的具有一定质量的物体 A 静止在 地板上 如图所示 现发现 A 突然被弹簧拉向右方 由此可判断 此时升降机的运动情况 可能是 A 加速上升 B 减速上升 C 加速下降 D 减速下降 5 某电梯中用细绳静止悬挂一重物 当电梯在竖直方向运动时 突然发现绳子断了 由 此判断此时电梯的情况是 A 电梯一定是加速上升B 电梯可能是减速上升 C 电梯可能匀速向上运动D 电梯的加速度方向一定向上 6 用手提着一根下端固定一重物的轻弹簧 竖直向上做加速运动 当手突然停止运动的 瞬间 重物会 A 立即停止运动B 开始向上减速运动 C 开始向下加速运动D 继续向上加速运动 7 物理公式在确定了物理量的 关系的同时 也确定了物理量的 关系 8 现有下列物理量或单位 按下面的要求填空 只填代号 A 力 B 米 秒 C 牛顿 D 加速度 E 质量 F 秒 G 厘米 H 长度 I 时间 J 千克 K 米 1 属于物理量的是 2 在国际单位制中 其单位作为基本单位的物理量有 3 在国际单位制中属于基本单位的是 属于导出单位的是 用心 爱心 专心 9 重 2kg 的物体用弹簧秤挂在可竖直升降的电梯里 读数为 26N 由此可知 该物体处 于 状态 电梯做 运动 其加速度大小等于 m s2 g 取 10m s2 10 某人在以 a 2m s2匀加速下降的升降机中最多能举起 m1 75kg 的物体 则此人在 地面上最多可举起多大质量的物体 若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起 m2 50kg 的物体 则此升降机