高一物理必修1学案_牛顿运动定律(师)

1 牛顿运动定律学案牛顿运动定律学案 1 1 牛顿第一定律牛顿第一定律 力和运动的关系力和运动的关系 先填空 1 人类对运动与力的关系的认识历程 代表人物主要观点 亚里士多德必须有力作用在物体上 物体才能运动 没有力的作用 物体就要停止 伽利略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 笛卡儿 如果运动中的物体没有受到力的作用 它将继续以同一速度沿同一直线运动 既不停下来也不偏离原来的方向 2 理想实验的魅力 1 伽利略理想实验 小球沿斜面由静止滚下 再滚上另一斜面 如不计摩擦小球将滚到原高度处 减小第二个斜面的倾角 小球在这个斜面上仍达到同一高度 但要滚得更远 若将斜面放平后 球将永 远滚动下去 2 伽利略通过 理想实验 和科学推理 得出的结论是 力不是维持物体运动的原因 再思考 1 伽利略在理想实验中 将斜面放平后 真正观察到小球以恒定的速度运动下去了吗 提示 在当时伽利略的实验中不可能真正观察到 无摩擦力作用时小球以恒定的速度运动下去 因为摩擦力不可能完全消除 水平面也不可能造得无限长 2 有人认为伽利略斜面实验为理想实验 无法在实验中验证 故不能揭示自然规律 该说法是否正 确 提示 该说法是错误的 伽利略的理想斜面实验反映了一种物理思想 它是建立在可靠的事实 基础上的 抓住主要因素 忽略次要因素 从而深刻地揭示了自然规律 后判断 1 必须有力作用在物体上 物体才会运动 2 力不是使物体运动的原因 而是使物体运动状态改变的原因 3 物体的运动状态改变指的是速度的改变 牛顿第一定律牛顿第一定律 先填空 1 牛顿第一定律 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态 除非作用在它上面的力迫使它改 变这种状态 它又叫惯性定律 2 运动状态 如果物体速度的大小或方向改变了 它的运动状态就发生了改变 如果物体做匀速直 线运动或静止 它的运动状态就没发生改变 2 再思考 1 高速行驶的动车组关闭发动机后为什么会停下来 图 4 1 1 提示 由于动车受到阻力作用 因此会慢慢停下来 2 只要有力作用在物体上 物体的运动状态就会改变吗 提示 只有当作用在物体上的合力不为零时 物体的运动状态才会发生改变 后判断 1 任何物体只要运动状态不变 它一定不受外力作用 2 如果物体的运动状态发生了改变 物体必受到了不为零的合外力 3 牛顿第一定律是理论推导出来的 惯性与质量惯性与质量 先填空 1 惯性 物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质 2 物体惯性大小的唯一量度是物体的质量 再思考 1 球A质量为 2 kg 以 10 m s 的速度做匀速直线运动 球B质量为 5 kg 以 2 m s 的速度做匀速 直线运动 球A和球B中哪个球的惯性大 为什么 提示 B中铁球的惯性大 物体惯性的大小是由物体的质量大小决定的 质量越大 惯性越大 而物体惯性的大小与速度的大小无关 2 试从惯性的角度分析国家交通管理部门严禁客车超员的原因 提示 客车超员时 质量增大 当遇到意外情况时 由于惯性大 很难较快地停下来 易造成 交通事故 后判断 1 惯性是物体的固有属性 一切物体都具有惯性 2 物体运动的速度越大 惯性越大 3 力无法改变物体的惯性 3 探究一探究一 牛顿第一定律牛顿第一定律 深化理解深化理解 1 探究 1 在现实环境中 能找到不受外力作用的物体吗 牛顿第一定律能够通过实际实验验证吗 提示 在自然界中 不受外力作用的物体是不存在的 但是当物体所受的合外力为零时相当于 不受外力 由于自然界中不受外力作用的物体是不存在的 所以牛顿第一定律无法通过实际实验验证 2 牛顿第一定律并非实验定律 但它具有重要的意义 它的意义体现在哪些方面 提示 牛顿第一定律揭示了惯性的概念 指出一切物体在任何情况下都具有惯性 牛顿第一定 律揭示了力与运动的关系 指出力是改变物体运动状态的原因 而不是维持物体运动状态的原因 2 结论 1 牛顿第一定律的得出 牛顿第一定律不是从实验中直接得出的 它是在大量实验基础上通过进一 步的科学推理得到的 由于这个通过进一步科学推理得出的科学推论经受住了实践的检验 虽然无法直 接验证 但仍具有科学意义 2 牛顿第一定律的意义 1 牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质 惯性 2 牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系 纠正了力是维持物体运动的原因的错误观点 明确指 出了力是改变物体运动状态的原因 3 运动状态变化的三种情况 1 速度的方向不变 只有大小改变 物体做直线运动 2 速度的大小不变 只有方向改变 物体做匀速圆周运动 3 速度的大小和方向同时发生改变 物体做曲线运动 3 例证 多选 关于牛顿第一定律 下面说法中正确的是 A 牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律 B 牛顿第一定律就是惯性 C 不受外力作用时 物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性 D 运动的物体状态发生变化时 物体必定受到外力的作用 思路点拨 解答该题时应把握牛顿第一定律的三层含义 1 不受外力时物体的运动状态 2 受外力时物体的运动状态 3 一切物体都有惯性 解析 牛顿第一定律又叫惯性定律 但不能说惯性定律就是惯性 惯性是指一切物体都具有保 持匀速直线运动状态或静止状态的性质 它是物体的固有性质 惯性大小仅由物体的质量决定 与物体 是否受力及物体的运动状态无关 而惯性定律指物体在不受外力作用 合外力为零 的条件下所遵守的运 动规律 它指出了力是改变物体运动状态的原因 而不是产生或维持物体运动的原因 总之 惯性和惯 性定律是两个不同的概念 但惯性定律揭示出物体具有惯性 故选 A C D 4 答案 ACD 牛顿第一定律巧应用 1 由 因 索 果 在判断力与运动之间的关系时 一定要把握准牛顿第一定律的含义 即力是 改变物体运动状态的原因 而不是维持物体运动状态的原因 2 由 果 索 因 如果物体的运动状态发生改变 则物体必然受到不为零的合外力的作用 所 以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变 应分析物体的受力情况 3 应用步骤 应用牛顿第一定律解释有关现象时 一要看物体原来的运动状态 二要看物体现在的 受力情况及所受合力是否为零 最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象 4 练 1 在物理学史上 正确认识运动和力的关系且推翻 力是维持物体运动的原因 这个观点的物理学 家和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 笛卡儿 D 亚里士多德 笛卡儿 解析 由物理学史可知 伽利略通过 理想斜面 实验推翻了 力是维持物体运动的原因 的 观点 而牛顿在大量实验的基础上 通过逻辑推理 归纳总结出了牛顿第一定律 即惯性定律 故选项 B 对 A C D 错 答案 B 2 多选 由牛顿第一定律可知 A 物体的运动是依靠惯性来维持的 B 力停止作用后 物体的运动就不能维持 C 物体做变速运动时 一定有外力作用 D 力是改变物体惯性的原因 解析 物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性 由于惯性的存在物体 才保持原来的运动状态 A 对 力是改变物体运动状态的原因 而不是维持物体运动状态的原因 B 错 当物体做变速运动时 运动状态发生了改变 一定有外力作用 C 对 惯性是物体的固有属性 不因为力 而发生改变 D 错 答案 AC 探究二探究二 惯性的四种关系惯性的四种关系 拓展延伸拓展延伸 1 1 探究探究 沪杭高铁的列车最高速度可以达到 400 多千米每小时 是世界上跑得最快的火车 火车速度快了 5 惯性大了 刹车也困难了 你认为这种说法正确吗 提示 这种说法是错误的 惯性是物体的固有属性 火车提速后 其质量不变 惯性也不变 2 2 结论结论 1 惯性与质量 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惟一量度 质量越大 惯性越大 2 惯性与力 1 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 2 力是改变物体运动状态的原因 惯性是维持物体运动状态的原因 力越大 运动状态越易改变 惯性越大 运动状态越难改变 3 惯性与物体的受力情况无关 3 3 惯性与速度 惯性与速度 1 速度是表示物体运动快慢的物理量 惯性是物体本身固有的性质 2 一切物体都有惯性 和物体是否有速度及速度的大小均无关 4 4 惯性与惯性定律 惯性与惯性定律 1 惯性不是惯性定律 惯性没有条件限制 是物体的一种固有属性 2 惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵守的一条规律 3 3 例证例证 如图 4 1 2 所示是一种汽车安全带控制装置示意图 当汽车处于静止或匀速直线 运动时 刹车摆锤竖直悬挂 锁棒水平 棘轮可以自由转动 安全带能被拉动 当汽车突然刹车时 摆 锤由于惯性绕轴摆动 使得锁棒锁定棘轮的转动 安全带不能被拉动 若摆锤从图中实线位置摆到虚线 位置 汽车的可能运动方向和运动状态是 A 向右行驶 匀速直线运动 B 向左行驶 匀速直线运动 C 向右行驶 突然刹车 D 向左行驶 突然刹车 图 4 1 2 思路点拨 6 解析 若汽车做匀速直线运动 则摆锤不会从实线位置摆到虚线位置 故 A B 均错误 由图可 知摆锤向右摆动 可知摆锤具有水平向左的加速度 故汽车加速度向左 汽车可能向左加速或向右减速 故 C 正确 D 错误 答案 C 利用惯性解释现象的方法利用惯性解释现象的方法 1 明确研究的物体原来处于怎样的运动状态 2 当外力作用在该物体的某一部分 或外力作用在与该物体有关联的其他物体上 时 这一部分的运 动状态的变化情况 3 该物体由于惯性保持怎样的运动状态 判断最后会出现什么现象 4 4 巧练巧练 3 下列关于惯性的说法中 正确的是 A 人走路时没有惯性 被绊倒时有惯性 B 百米赛跑到终点时不能立即停下来是由于惯性 停下来时就没有惯性了 C 物体没有受外力作用时有惯性 受外力作用后惯性被克服了 D 物体的惯性只由其质量的大小决定 解析 惯性是物体的固有属性 物体在任何情况下都有惯性 且惯性的大小与物体的运动状态 及受力情况均无关 它仅取决于物体的质量大小 因此 A B C 错误 D 正确 答案 D 图 4 1 3 4 如图 4 1 3 所示 在一辆表面光滑足够长的小车上 有质量为m1和m2的两个小球 m1 m2 两 小球原来随车一起运动 当车突然停止时 如不考虑其他阻力 则两个小球 A 一定相碰 B 一定不相碰 C 不一定相碰 D 无法确定 7 解析 因小车表面光滑 因此球在水平方向上没有受到外力作用 原来两球与小车有相同速度 当车突然停止时 由于惯性 两小球的速度不变 所以不会相碰 答案 B 牛顿第一定律的应用技巧牛顿第一定律的应用技巧 牛顿第一定律揭示了力与运动的关系 1 牛顿第一定律揭示的是物体不受力时所处的运动状态 静止或匀速直线运动 2 分析实际运动时 若物体在某个方向上可能受多个力 但在垂直方向上不受力 则物体在垂直方 向上要保持原来的运动状态 3 物体的合外力不等于零 它的运动状态一定发生变化 图 4 1 4 如图 4 1 4 所示 水平的传送带向右以速度v 2 m s 正常运行 其左右两端 A B间的距离为 8 m 一质量为 1 kg 的物体也向右以 2 m s 的速度滑到传送带的A端 若物体与传送带 之间的动摩擦因数 0 5 不计空气阻力 则物体从A端传送到B端所需的时间为 A 4 s B 大于 4 s C 小于 4 s D 因不能判断摩擦力的方向 所以无法确定 解析 因为物体滑到传送带上时的速度与传送带的速度相同 物体与传送带之间既无相对滑动 也无相对滑动趋势 物体既不受到滑动摩擦力的作用 也不受到静摩擦力的作用 即物体在水平方向上 不受任何外力的作用 由牛顿第一定律知 物体将保持原来的速度做匀速直线运动 因为A B间的距离 是 8 m 所以物体从A运动到B的时间应为 4 s 答案 A 小结小结 1 应用牛顿第一定律分析实际问题时 要把生活感受和理论联系起来深刻认识力和运动的关系 正 确理解力不是维持物体运动的原因 克服生活中一些错误的直观印象 建立正确的思维习惯 2 如果物体的运动状态发生改变 则物体必然受到不为零的合外力作用 因此判断物体的运动状态 是否改变 以及如何改变 应分析物体的受力情况 练手练手 8 在足球场上 为了不使足球停下来 运动员带球前进必须不断用脚轻轻地踢拨足球 如图 4 1 5 甲 又如为了不使自行车减速 总要不断地用力蹬脚踏板 如图 4 1 5 乙 这些现象不正说明了运动需 要力来维持吗 那为什么又说 力不是维持物体运动的原因 甲 乙 图 4 1 5 解析 对于这一问题 我们可以这样思考 如果足球不是在草地上滚动 而是以相同的初速度 在水平的水泥地板上滚动 它将会滚出比草地上远得多的距离 这说明了由于阻力的存在才导致足球的 运动状态发生了改变 足球在草地上滚动时所受阻力大 运动状态很快发生改变 足球在水泥地面上滚 动时所受阻力小 运动状态改变得慢 但终究还是要停下来 在盘带足球时 人对足球施加力的作用 是克服摩擦阻力对足球产生的效果 自行车的例子也是同样的 课时作业 十七 9 基础练 1 伽利略理想实验揭示了 A 若物体运动 那么它一定受力 B 力不是维持物体运动的原因 C 只有受力才能使物体处于静止状态 D 只有受力才能使物体运动 解析 伽利略理想实验指出 如果水平面没有摩擦 那么在水平面上的物体一旦获得某一速度 物体将保持这一速度一直运动下去 而不需要外力来维持 故 A D 错误 运动和静止都不需要力来维持 故 B 正确 C 错误 答案 B 2 关于力和运动的关系 下列说法正确的是 A 物体受力才会运动 B 力使物体的运动状态发生改变 C 停止用力 运动的物体就会停止 D 力是使物体保持静止或匀速直线运动状态的原因 解析 由牛顿第一定律可知 力的作用不是使物体产生运动 而是使物体改变运动状态 如果 物体原来是运动的 不受力将永远运动下去 即物体的运动不需要力来维持 因此 A C 是错误的 物体 保持静止或匀速直线运动状态 是物体不受力时的运动规律 并不是力作用的结果 因此 D 是错误 的 正确选项是 B 答案 B 3 图 4 1 6 如图 4 1 6 冰壶在冰面运动时受到的阻力很小 可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不 变 我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的 本领 这里所指的 本领 是冰壶的惯性 则惯性 的大小取决于 A 冰壶的速度 B 冰壶的质量 C 冰壶受到的推力 D 冰壶受到的阻力 解析 质量是物体惯性大小的唯一量度 故冰壶的惯性大小取决于冰壶的质量 B 正确 答案 B 4 2013 年 1 月 1 日起实施的新交通法规中规定 坐在小汽车前排的司机和乘客都应在胸前系上安全 带 这主要是为了减轻在下列哪种情况出现时可能对人造成的伤害 10 图 4 1 7 A 车速太快 B 车速太慢 C 紧急刹车 D 突然启动 解析 小汽车缓慢加速或缓慢减速 人的速度也会缓慢增大或减小 所以不会使人受伤 故 A B 选项不合题意 当紧急刹车时 车停止而人由于惯性向前冲 安全带可以防止人冲向前而受伤 故 C 选项符合题意 突然启动时 人会向后仰 有靠背支撑 安全带不起作用 故 D 不合题意 答案 C 5 对下列现象解释正确的是 A 在一定拉力作用下 车沿水平方向前进 所以力是物体运动的原因 B 向上抛出的物体由于惯性向上运动 以后惯性变小 速度越来越小 C 高速行驶的汽车由于速度大 所以惯性大 很难停下来 D 质量大的物体运动状态不容易改变是由于物体的质量大 惯性也就大的缘故 解析 力不是物体运动的原因 是物体运动状态改变的原因 选项 A 错误 惯性的大小与物体 的质量有关 质量大 惯性大 质量小 惯性小 惯性的大小与物体运动的速度大小无关 故选项 B C 错误 选项 D 正确 答案 D 6 在物理课上 老师在讲解 惯性 概念时 做了一个小实验 用两根细绳分别悬挂一个乒乓球和 一个同体积的实心小铁球 用力对着乒乓球吹气 乒乓球偏离了竖直方向 用几乎同样大的力对着小铁 球吹气 小铁球几乎没有动 这个实验主要说明的物理问题是 A 只有运动的物体才具有惯性 B 只有静止的物体才具有惯性 C 物体的质量越大 其具有的惯性也越大 D 一切物体都具有惯性 解析 物体在任何情况下都有惯性 物体惯性的大小仅由质量大小决定 质量越大 惯性越 大 答案 C 7 从水平匀速向右飞行的飞机上按相等的时间间隔依次放出a b c三个球 不考虑空气阻力 站 在地面上的人看到它们在空中的排列情况是 解析 从飞机上释放的球在水平方向上没有受到外力的作用 由牛顿第一定律可知 在水平方 11 向上 a b c三个球的运动状态保持不变 即都以与飞机相同的水平速度做匀速直线运动 故三个球始 终在飞机的正下方 三球的连线是一条竖直线 答案 B 8 做自由落体运动的物体 如果下落过程中某时刻重力突然消失 物体的运动情况将是 A 悬浮在空中不动 B 速度逐渐减小 C 保持一定速度向下做匀速直线运动 D 无法判断 解析 物体自由下落时 仅受重力作用 重力消失以后 物体将不受力 根据牛顿第一定律的 描述 物体将以重力消失瞬间的速度做匀速直线运动 故应选 C 答案 C 超越自我 提升练 图 4 1 8 9 如图 4 1 8 所示 一个劈形物体M 各面均光滑 放在固定的斜面上 上表面水平 在上表面 放一个光滑小球m 劈形物体由静止开始释放 则小球在碰到斜面前的运动轨迹是 A 沿斜面向下的直线 B 竖直向下的直线 C 无规则的曲线 D 抛物线 解析 由于小球处在物体M上 接触面光滑 在M滑下过程中 由于小球水平方向上不受外力 作用 该方向上运动状态不会改变 原来静止 则下滑过程中 小球在水平方向上没有位移 故 B 正 确 答案 B 10 根据牛顿第一定律 以下选项中正确的是 A 人只有在静止的车厢内 竖直向上高高跳起后 才会落在车厢的原来位置 B 人在沿直线匀速前进的车厢内 竖直向上高高跳起后 将落在起跳点的后方 C 人在沿直线加速前进的车厢内 竖直向上高高跳起后 将落在起跳点的后方 D 人在沿直线减速前进的车厢内 竖直向上高高跳起后 将落在起跳点的后方 解析 由于物体具有惯性 人在静止或沿直线匀速前进的车厢内 竖直向上高高跳起后都会落 在车厢的原来位置 A B 错 人在沿直线加速前进的车厢内 竖直向上高高跳起后将落在起跳点的后方 C 对 人在沿直线减速前进的车厢内 竖直向上高高跳起后 将落在起跳点的前方 D 错 答案 C 11 如图 4 1 9 甲所示 当用力向前拉静止在地面上的小车时 车上的木块将会向后倾倒 如图 12 乙所示 当运动中的小车遇到障碍物时 车上的木块将会向前倾倒 试分别解释其中的道理 图 4 1 9 解析 甲图中静止的小车和木块突然受到拉力时 小车和木块的底部一起向前运动 木块上部 由于惯性仍保持静止状态 所以会向后倾倒 乙图中运动的小车和木块遇到障碍物 小车和木块底部突 然停止 木块上部由于惯性仍然保持运动 所以小木块会向前倾倒 答案 见解析 12 找两个相同的瓶子 内盛清水 用细绳分别系一铁球 一泡沫塑料球置于水中 使铁球悬挂 塑料球悬浮 如图 4 1 10 甲所示 甲 乙 图 4 1 10 当瓶子突然向右运动时 有向右的加速度 观察比较两个球的运动状态 你看到的现象也许会让你 惊讶 小铁球的情况正如你所想的一样 相对瓶子向左运动 但塑料球却相对瓶子向右运动 如图 4 1 10 乙所示 为什么会这样呢 解析 因为相同体积的水的质量与球的质量不相同 质量越大 运动状态越难以改变 故铁球 运动状态的改变比瓶子 及瓶子中的水 慢 所以铁球会相对瓶子向左偏 而塑料球运动状态的改变比瓶 子 及瓶子中的水 快 所以塑料球会相对瓶子向右偏 答案 见解析 2 2 实验 探究加速度与力 质量的关系实验 探究加速度与力 质量的关系 一 实验目的 学会用控制变量法探究物理规律 全面正确地认识加速度与力 质量的关系 二 实验原理 1 加速度是表示物体运动速度变化快慢的物理量 根据事实经验 加速度与物体的质量有关 物体 受力一定时 质量越小 加速度就越大 加速度还与物体受力的大小有关 物体质量一定时 受力越大 其加速度越大 2 控制变量法 加速度a和质量m 受力F都有关系 研究它们之间的关系时 先保持质量不变 测量物体在不同力的作用下的加速度 分析加速度与力的关系 再保持物体所受的力相同 测量不同质 量的物体在该力作用下的加速度 分析加速度与质量的关系 这种先控制一个参量不变 研究其余参量 13 之间变化关系 再控制另一个参量不变 研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法 三 实验器材 砝码 一端有定滑轮的长木板 细线 纸带 导线 夹子 小盘 天平 小车 打点计时器 交流 电源 复写纸 刻度尺 一 实验步骤 1 用天平测出小车和重物的质量分别为M0 m0 并把数值记录下来 2 按图 4 2 1 将实验器材安装好 小车上不系绳 图 4 2 1 3 平衡摩擦力 在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板 反复移动其位置 直到打点计时器正常工作 后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止 纸带上相邻点间距相等 4 将重物通过细绳系在小车上 接通电源放开小车 用纸带记录小车的运动情况 取下纸带并在纸 带上标上号码及此时所挂重物的重力m0g 5 保持小车的质量不变 改变所挂重物的重力 重复步骤 4 多做几次实验 每次小车从同一位置 释放 并记录好重物的重力m1g m2g 以及计算出相应纸带的加速度填入表格 1 表格 1 物体的质量一定 加速度与受力的关系 实验次数加速度a m s 2 小车受力F N 1 2 3 4 14 5 6 保持托盘中所放重物的质量不变 在小车上加放砝码 并测出小车与所放砝码的总质量M 接通电 源 放开小车 用纸带记录小车的运动情况 取下纸带并在纸带上标上号码 7 继续在小车上加放砝码 重复步骤 6 多做几次实验 在每次得到的纸带上标上号码 8 计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格 2 表格 2 物体受到的外力一定 加速度与质量的关系 实验 次数 加速度a m s 2 小车与砝码 总质量M kg 小车与砝码总质 量的倒数 kg 1 1 M 1 2 3 4 5 实验探究一实验探究一 原理原理 步骤步骤 用如图所示的装置研究在作用力F一定时 小车的加速度a与小车质量M的关系 某位同学设计的实验步骤如下 图 4 2 2 A 用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量 B 按图装好实验器材 C 把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶 D 将电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上 接通电源 放开小车 打点计时器在纸带上打下一 系列点 并在纸带上标明小车的质量 E 保持小桶及其中砂子的质量不变 增加小车上的砝码个数 并记录每次增加后的M值 重复上 15 述实验 F 分析每条纸带 测量并计算出加速度的值 G 作a M关系图象 并由图象确定a M关系 1 该同学漏掉的重要实验步骤是 该步骤应排在 步骤之后 2 在上述步骤中 有错误的是 应把 改为 3 在上述步骤中 处理不恰当的是 应把 改为 解析 本题主要考查对实验原理和实验步骤的理解和分析 实验中把小桶及其中砂子的重力看 做与小车所受拉力大小相等 没有考虑摩擦力 故必须平衡摩擦力 电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄 电池上将无法工作 必须接在 6 V 以下交流学生电源上 作a M关系图象 得到的是双曲线 很难作出 正确的判断 必须 化曲为直 改作a 关系图象 1 M 答案 1 平衡摩擦力 B 2 步骤 D 6 V 电压的蓄电池 6 V 以下交流学生电源 3 步骤 G a M a 1 M 实验探究二实验探究二 数据处理数据处理 本实验的数据处理可以采用计算法和图象法两种方法 1 计算法 测得加速度或加速度之比 等于位移之比 后 通过计算看看是否满足 a1 a2 F1 F2 a1 a2 M2 M1 2 图象法 1 分析加速度和力的关系 依据表格 1 以加速度a为纵坐标 以外力F为横坐标 作出a F关系图象 如图 4 2 3 所示 由此得出结论 图 4 2 3 2 分析加速度和质量的关系 依据表格 2 以加速度a为纵坐标 以小车及砝码的总质量M或 为横坐标作出a M或a 关系图 1 M 1 M 16 象 如图 4 2 4 所示 据图象可以得出结论 图 4 2 4 3 实验结论 物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比 与物体的质量成反比 在 探究加速度与力 质量的关系 实验中 某同学使用了如图 4 2 5 所示的装 置 打点计时器的打点频率为 50 Hz 图 4 2 5 1 该同学得到一条纸带 在纸带上取连续的六个计时点 如图所示 相邻两点间的距离分别为 10 0 mm 12 0 mm 14 0 mm 16 0 mm 18 0 mm 则打E点时小车的速度为 m s 打A F两点的过程中 小车的平均速度为 m s 小车的加速度为 m s2 图 4 2 6 2 该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系 应该保持拉力不变 得到多组数据后他应描绘的 图象是 选填a M还是a 1 M 3 该同学通过对数据的处理作出了a F图象如图 4 2 7 所示 则 17 图 4 2 7 图中的直线不过原点的原因是 此图中直线发生弯曲的原因是 解析 1 vE m s 0 85 m s xDF 2T 16 0 18 0 10 3 2 0 02 v m s 0 7m s 由 x aT2可得 AF xAF 5T 10 0 12 0 14 0 16 0 18 0 10 3 5 0 02 a m s2 5 m s2 x T2 2 10 3 0 022 2 在拉力一定时 a与M成反比 故得到多组数据后他应描绘的图象是a 1 M 3 由图象可知 当拉力为 0 时小车的加速度大于 0 故直线不过原点的原因是平衡摩擦阻力时角 度过大 要使绳子所挂沙和沙桶的重力的大小作为细绳对小车拉力的大小 必须使m M 否则将会出现较 大误差 当沙和沙桶的质量过大时 沙和沙桶的重力与绳的拉力有较大的差异 从而产生很大的误差 答案 1 0 85 0 7 5 2 a 1 M 3 平衡摩擦阻力时角度过大 沙和沙桶的质量过大 不再满足m M 实验探究三实验探究三 误差分析误差分析 18 实验探究四实验探究四 注意事项注意事项 1 平衡摩擦力时不要挂重物 整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变小盘和重物的质量还是改 变小车及砝码的质量 都不需要重新平衡摩擦力 2 实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和重物的总质量 只有如此 重物和小盘的总重 力才可视为与小车受到的拉力相等 3 小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手 4 作图象时 要使尽可能多的点在所作直线上 不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两 侧 离直线较远的点是错误数据 舍去不予考虑 课时作业 十八 1 多选 如图 4 2 8 所示是某同学根据实验数据画出的图象 下列说法中正确的是 图 4 2 8 A 形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 B 形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 C 形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 D 形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 解析 a F图象纵轴有截距说明力F为零时加速度不为零 此时倾角过大 A 正确 横轴有截 距说明施加力F后有一过程加速度仍为零 说明倾角太小 平衡摩擦力不足 C 错 a 图象纵轴有截距 1 M 说明倾角太大 平衡摩擦力过大 B 错 而横轴有截距 说明平衡摩擦力不足 倾角太小 故 D 正确 答案 AD 19 图 4 2 9 2 如图 4 2 9 所示 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 若 1 2 两个相同的小车所 受拉力分别为F1 F2 车中所放砝码的质量分别为m1 m2 打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为 x1 x2 则在实验误差允许的范围内 有 A 当m1 m2 F1 2F2时 x1 2x2 B 当m1 m2 F1 2F2时 x2 2x1 C 当F1 F2 m1 2m2时 x1 2x2 D 当F1 F2 m1 2m2时 x2 2x1 解析 题中m1和m2是车中砝码的质量 决不能认为是小车的质量 本题中只说明了两小车是相 同的 并未告诉小车的质量是多少 当m1 m2时 两车加砝码质量仍相等 若F1 2F2 则a1 2a2 由 x at2得x1 2x2 A 对 B 错 若m1 2m2时 无法确定两车加砝码后的质量关系 两小车的加速度关 1 2 系也就不清楚 故无法断定两车的位移关系 C D 错 答案 A 3 在 探究加速度与力 质量的关系 实验中 采用如图 4 2 10 所示的实验装置 图 4 2 10 1 本实验采用的实验方法是 A 控制变量法 B 理想实验法 C 等效替代法 D 实验推理法 2 下列说法中正确的是 A 在探究加速度与质量的关系时 应该改变拉力的大小 B 在探究加速度与外力的关系时 应该改变小车的质量 C 在探究加速度a与质量M的关系时 为了直观判断二者的关系 应作出a 图象 1 M D 当小车的质量远小于砝码盘和砝码的总质量时 才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘 和砝码的总重力大小 解析 1 选 A 该实验是探究加速度与力 质量的关系 研究三者关系必须运用控制变量法 故 A 正确 B C D 错误 2 选 C 该实验采用的是控制变量法 即保持一个量不变 研究其他两个量之间的关系 在探究加速 度与质量的关系时 应保持拉力的大小不变 故 A 错误 在探究加速度与外力的关系时 应保持小车的 20 质量不变 故 B 错误 要直观地反映两个量之间的关系 可以通过作图来解决 但是只有作出一条直线 才可以直观地反映两个变量之间的关系 在探究加速度a与质量M的关系时 为了直观判断二者间的关 系 应作出a 图象 故 C 正确 设小车的质量为M 砝码盘和砝码的质量为m 只有M m时才可以认 1 M 为绳对小车的拉力F大小等于盘和盘中砝码的重力mg 故 D 错误 答案 1 A 2 C 4 1 在探究加速度与力 质量关系的实验中 以下操作正确的是 A 平衡摩擦力时 应将重物用细线通过定滑轮系在小车上 B 平衡摩擦力时 应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器 C 每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力 D 实验时 应先放开小车 后接通电源 2 表中是该实验所记录的部分数据 组别小车质量m kg受力F N加速度a m s 2 10 50 25 20 50 31 00 41 0 51 5 若利用 1 2 3 三组数据探究加速度与受力的关系 则 2 3 组数据中物体的质量分别为 若利用 3 4 5 三组数据探究加速度与物体质量的关系 则 4 5 组数据中物体所 受的力分别为 解析 1 平衡摩擦力时 是使小车所受重力沿斜面向下的分力与小车向前运动过程中受到的阻 力相等 故应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器 但不需要将重物用细线通过定滑轮系在小车上 所以 B 对 A 错 每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力 C 对 实验时 应先接通电源 后放 开小车 D 错 2 若用 1 2 3 三组数据探究加速度与受力的关系 需保持小车的质量一定 即 1 2 3 三组数据 中小车质量相等 都为 0 5 kg 若利用 3 4 5 三组数据探究加速度与物体质量的关系 需保持 3 4 5 三组数据中小车受到的F相等 都为 1 00 N 答案 1 BC 2 0 5 kg 0 5 kg 1 00 N 1 00 N 5 在做 探究加速度和力 质量的关系 的实验中 保持小车和砝码的总质量不变 测得小车的加 速度a和拉力F的数据如表所示 F N0 200 300 400 500 60 a m s 2 0 110 190 290 400 51 1 根据表中的数据在如图 4 2 11 的坐标系上作出a F图象 21 2 图象斜率的物理意义是 3 小车和砝码的总质量为 kg 4 图线 或延长线 与F轴截距的物理意义是 解析 1 根据所给数据在所给坐标系中准确描点 作出的a F图象如图所示 2 根据 1 中图象可以判断图象斜率表示小车和砝码总质量的倒数 3 由 1 中图象可得 解得M 1 kg 1 M a F 4 由a F图象可知 当力F 0 1 N 时 小车开始运动 说明此时小车受到的阻力为 0 1 N 答案 1 图见解析 2 小车和砝码总质量的倒数 3 1 4 小车受到的阻力为 0 1 N 6 在做 探究加速度与力 质量的关系 的实验时 计算出各纸带的加速度后 将测得的反映加速 度a和F关系的有关数据记录在表 1 中 将测得的反映加速度a和质量M关系的有关数据记录在表 2 中 表 1 a m s 2 1 984 065 958 12 F N1 002 003 004 00 表 2 a m s 2 2 042 663 233 98 kg 1 1 M 0 500 670 801 00 1 根据表中所列数据 分别画出a F和a 图象 1 M 2 从图象可以判定 当M一定时 a与F的关系为 当F一定时 与M的关系为 3 由a F图象可知M 22 4 由a 图象可知 F 保留一位有效数字 1 M 解析 1 描点连线 得a F a 图象如图甲和图乙所示 1 M 甲 乙 2 从图象可以看出 当M一定时 a与F成正比例关系 当F一定时 a与M成反比例关系 3 由a F图象可知 M为图线的斜率的倒数 则M 0 5 kg 4 由a 图象可知 F为图线的斜率 则F 4 N 1 M 答案 1 图见解析 2 正比例关系 反比例关系 3 0 5 kg 4 4 N 3 3 牛顿第二定律牛顿第二定律 目标 1 理解牛顿第二定律的内容 及其a 的含义 重点 2 知道力的单位牛顿是怎样定义 F m 的 3 会应用牛顿第二定律的公式进行有关计算和处理有关问题 重点 牛顿第二定律牛顿第二定律 先填空 1 内容 物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比 跟它的质量成反比 加速度的方向跟作用力的方向相 同 2 表达式 23 F kma F为物体所受的合外力 k是比例系数 再思考 如图 4 3 1 所示的赛车 为什么它的质量比一般的小汽车质量小的多 而且还安装一个 功率很大的发动机 图 4 3 1 提示 为了提高赛车的灵活性 由牛顿第二定律可知 要使物体有较大的加速度 需减小其质 量或增大其所受到的作用力 赛车就是通过增加发动机动力 减小车身质量来增大启动 刹车时的加速 度 从而提高赛车的机动灵活性的 这样有益于提高比赛成绩 后判断 1 牛顿第一定律是牛顿第二定律在合外力为零时的特例 2 我们用较小的力推一个很重的箱子 箱子不动 可见牛顿第二定律不适用于较小的力 3 加速度的方向跟作用力的方向没必然联系 力的单位力的单位 先填空 1 国际单位 牛顿 简称牛 符号 N 2 1N 的定义 使质量为 1 kg 的物体产生 1 m s2的加速度的力叫 1 N 即 1 N 1 kg m s2 3 比例系数的意义 1 在F kma中 k的选取有一定的任意性 2 在国际单位制中k 1 牛顿第二定律的表达式为F ma 式中F m a的单位分别为牛顿 千克 米每二次方秒 再思考 在任何情况下 F kma中的k都等于 1 吗 提示 在不同的单位制中k值不同 只有在国际单位制中k 1 后判断 1 只要力的单位取 N F kma的k就等于 1 2 只要加速度的单位为 m s2 F kma中的k就等于 1 24 3 1 N 的力可以使质量为 1 kg 的物体 产生 1 m s2的加速度 探究一探究一 对牛顿第二定律的理解对牛顿第二定律的理解 深化理解深化理解 1 1 探究探究 1 静止在光滑水平面上的重物 受到一个很小的水平推力 在力刚作用在物体上的瞬间 物体是否 立即获得了加速度 是否立即获得了速度 提示 力是产生加速度的原因 力与加速度具有同时性 故在力作用的瞬间 物体立即获得加 速度 但由 v a t可知 要使物体获得速度必须经过一段时间 2 当我们用力去推放在水平地面上的大石头时 却没有推动 是否说明这个推力没有产生加速度 提示 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 但物体表现出来 的加速度却只有一个 即各个力产生加速度的矢量和 石头没被推动说明石头的合加速度为零 并不是 这个力没产生加速度 2 2 结论结论 牛顿第二定律的六个特性 因果性 只要物体所受合力不为 0 无论合力多么小 物体就获得加速度 即力是产生加 速度的原因 矢量性物体加速度的方向与物体所受合力的方向总是相同 瞬时性物体的加速度与物体所受的合力总是同时存在 同时变化 同时消失 同一性F合 m a三者应对应同一物体 独立性 作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度 与物体是否受其他力的作 用无关 合力的加速度为这些加速度的矢量和 相对性 物体的加速度必须是对静止的或匀速直线运动的参考系而言的 对加速运动的参 考系不适用 3 3 例证例证 多选 对牛顿第二定律的理解正确的是 A 由F ma可知 F与a成正比 m与a成反比 B 牛顿第二定律说明当物体有加速度时 物体才受到外力的作用 C 加速度的方向总跟合外力的方向一致 D 当外力停止作用时 加速度随之消失 思路点拨 1 力是使物体产生加速度的原因 2 加速度由合外力和物体质量共同决定 3 物体的质量大小与物体受力运动情况无关 解析 虽然F ma表示牛顿第二定律 但F与a无关 因a是由m和F共同决定的 即a 25 且a与F同时产生 同时消失 同时存在 同时改变 a与F的方向永远相同 综上所述 可知 A B 错 F m 误 C D 正确 答案 CD 正确理解牛顿第二定律正确理解牛顿第二定律 1 物体的加速度和合外力是同时产生的 不分先后 但有因果性 力是产生加速度的原因 没有力 就没有加速度 2 不能根据m 得出m F m 的结论 物体的质量m是由自身决定的 与物体所受的合外力和 F a 1 a 运动的加速度无关 但物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合外力而求得 3 不能由F ma得出F m F a的结论 物体所受合外力的大小是由物体的受力情况决定的 与 物体的质量和加速度无关 4 4 练练 1 根据牛顿第二定律 下列叙述正确的是 A 物体加速度的大小跟它的质量和速度大小的乘积成反比 B 物体所受合外力必须达到一定值时 才能使物体产生加速度 C 物体加速度的大小跟它所受作用力中的任一个的大小成正比 D 当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时 物体水平加速度大小与其质量成反比 解析 物体加速度的大小与物体受到的合力成正比 与物体的质量成反比 选项 A 错误 力是 产生加速度的原因 只要有合力 物体就有加速度 它们之间有瞬时对应关系 不存在累积效应 选项 B 错误 物体加速度的大小与它受到的合力成正比 选项 C 错误 根据矢量的合成和分解得Fx max 当 Fx一定时 物体水平加速度的大小与其质量成反比 选项 D 正确 答案 D 2 由牛顿第二定律可知 无论怎样小的力都可以使物体产生加速度 可是当我们用一个力推桌子没 有推动时是因为 A 牛顿第二定律不适用于静止的物体 B 桌子的加速度很小 速度增量很小 眼睛不易觉察到 C 推力小于摩擦力 加速度是负值 D 推力 重力 地面的支持力与摩擦力的合力等于零 物体的加速度为零 所以物体仍静止 解析 牛顿第二定律中的力应理解为物体所受的合力 用一个力推桌子没有推动 是由于桌子 所受推力 重力 地面的支持力与摩擦力的合力等于零 物体的加速度为零 所以物体仍静止 故选项 D 正确 选项 A B C 错误 答案 D 26 探究二探究二 合外力 加速度和速度的关系合外力 加速度和速度的关系 深化理解深化理解 1 1 探究探究 1 物体所受合外力越大 其加速度越大吗 提示 不一定 加速度的大小是由合外力和物体的质量共同决定 当物体的质量相同时 合外 力越大 物体的加速度越大 2 物体的加速度越大 速度越大吗 提示 不一定 物体的加速度是描述物体速度变化快慢的物理量 物体的加速度越大 速度变 化越快 速度不一定越大 2 2 结论结论 1 合外力与加速度的关系 2 直线运动中加速度与速度的关系 1 2 3 力与运动的关系 27 4 两个加速度公式的区别 1 a 是加速度的定义式 它给出了测量物体的加速度的方法 这是物理上用比值定义物理量的方 v t 法 2 a 是加速度的决定式 它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素 F m 3 3 例证例证 如图 4 3 2 所示 粗糙水平面上的物体在水平拉力F作用下做匀加速直线运动 现使F不断减小到零 则在滑动过程中 A 物体的加速度不断减小 速度不断增大 B 物体的加速度不断增大 速度不断减小 C 物体的加速度先变大再变小 速度先变小再变大 D 物体的加速度先变小再变大 速度先变大再变小 图 4 3 2 思路点拨 1 根据物体水平方向合外力的变化判断加速度的变化 2 根据物体加速度与速度方向的关系判断速度的变化 解析 合外力决定加速度的大小 滑动中的物体所受合外力是拉力和地面摩擦力的合力 因为 F逐渐减小 所以合外力先减小后反向增大 由a 可知物体的加速度先减小后反向增大 速度是增大 F m 还是减小与加速度的大小无关 而是要看加速度与速度的方向是否相同 前一阶段加速度与速度方向相 同 所以速度增大 后一阶段加速度与速度方向相反 所以速度减小 因此 D 正确 答案 D 关于力和运动类问题的处理思路关于力和运动类问题的处理思路 1 运动状态决定因素 物体的运动状态取决于物体的初速度和物体的受力情况 当物体的受力情况 发生变化时 物体的运动状态也会随之发生变化 2 解题思路 分析物体的受力情况 求合力 由牛顿第二定律求物体的加速度 将初速度与加速度 相结合判断物体速度的变化情况 4 4 练练 28 3 多选 如图 4 3 3 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 A 向右做加速运动 B 向右做减速运动 C 向左做加速运动 D 向左做减速运动 图 4 3 3 解析 小球所受到的合外力等于弹簧对小球的弹力FN 方向水平向右 由牛顿第二定律可知 小球必定具有向右的加速度 由于小球与小车相对静止 所以小车具有向右的加速度 由于小车的速度 方向可能向左 也可能向右 故小车可能向右加速运动或向左减速运动 答案 AD 图 4 3 4 4 物体在与其初速度始终共线的合力F的作用下运动 取v0方向为正 合力F随时间t的变化情况 如图 4 3 4 所示 则在 0 t1这段时间内 29 图 4 3 4 A 物体的加速度先减小后增大 速度也是先减小后增大 B 物体的加速度先增大后减小 速度也是先增大后减小 C 物体的加速度先减小后增大 速度一直在增大 D 物体的加速度先减小后增大 速度一直在减小 解析 由题图可知 物体所受的合力先减小 后增大 故由牛顿第二定律可知 物体的加速度 先减小后增大 由于物体所受合力与其初速度始终共线 且由图可知合力始终大于零 故整个运动过程 中加速度方向始终与物体的初速度方向一