高一物理第四章第一节 第二节人教实验版知识精讲VIP

1、高一物理第四章 第一节 第二节人教实验版 【本讲教育信息】 一. 本周教学内容： 第四章 第一节 第二节 二. 知识要点： 掌握牛顿第一定律的内容 理解力和运动的关系 掌握惯性的概念能够运用惯 性解释自然现象 理解加速度与力和质量的关系 通过试验探究加速度与质量和力 的关系即用控制变量法研究物理规律。 三. 重点、难点解析： 1. 伽利略的理想斜面实验理想实验： 图 1 如图 1 甲所示，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个斜面。如果 没有摩擦，小球将上升到原来的高度。如果第二个斜面倾斜角度小如图 1 乙，小球 在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程，继续减小第二个斜面的倾斜角

2、度，如图 1 丙，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而沿水平面 以恒定的速度持续运动下去。 伽利略的思想方法 伽利略用“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。 伽利略的观点：在水平面上的物体，设想没有摩擦，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。 笛卡儿的观点：除非物体受到外力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永 远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。笛卡儿补充和完善了伽利略的 观点。 2. 牛顿物理学的基石惯性定律 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。 （2）如何正确理解

3、牛顿第一定律? 明确了惯性的概念 确定了力的含义 定性揭示了力和运动的关系 牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律，它描述的只是一种理想状 态，而实际中不受外力作用的物体是不存在的，当物体所受合外力为零时，其效果 跟不受外力的作用相同。但是，我们不能把“不受外力作用”理解为“合外力为零” 。 3. 惯性与质量 图 2 图 3 （2）惯性：物体的这种保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做 惯性。 说明： 惯性是物体的固有属性：一切物体都具有惯性。 惯性与运动状态无关；不论物体是处于怎样的运动状态，惯性总是存在的。 当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体运动时，它一直

4、“想” 以那一时刻的速度做匀速直线运动。 惯性与是否受力无关，与速度大小无关。 （3）惯性与质量 质量是物体惯性大小的量度，而一个物体惯性的大小，则意味着改变物体运动 坟态的难易程度。 4. 理解惯性和惯性定律 （1）对惯性定律的理解 牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持原来运动状态不变的性质，即一切物 体都具有惯性。同时，牛顿第一定律还定性地指出了力的动力学意义：力是改变物 体运动状态的原因，即改变速度的原因。物体在速度发生改变时，就有加速度。因 此也可以说：力是使物体产生加速度的原因，不能认为力是维持物体运动（匀速直 线运动）的原因，也不能认为有力就有运动，没有力就没有运动，更不能认为物体

5、 向哪个方向运动一定受到那个方向的力的作用。 （2）对惯性的理解 惯性是物体的固有属性：一切物体都具有惯性。 惯性与运动状态无关：不论物体是处于怎样的运动状态，惯性总是存在的， 当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体运动时，它一直“想” 以那一时刻的速度做匀速直线运动。 惯性与物体是否受力无关，与物体速度大小无关，仅由物体的质量决定。 5. 理解物体运动状态改变的表现形式 “速度”是描述物体运动快慢程度的物理量，即是描述物体“运动状态”的物 理量。因此， “物体运动状态改变”即是“物体速度改变” ，有以下几种表现形式： （1）速度 v 的大小改变而方向不变； （2）速度 v 的

6、大小不变而方向改变； （3）速度 v 的大小和方向都发生改变； （4）物体运动的位移非均匀地增加(或减少)； （5）物体运动的轨迹发生弯曲。 6. 实验 （1）采用控制变量法：（2）要测量的物理量（3）实验器材（4）实验步骤 （8 步） （5）注意事项 （6）实验误差来源与分析（7）本实验实验数据的处理技 巧。 由于 a= 2 2 t x ，如果测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移 x1、x2，位移之比就是加速度之比，即 2 1 2 1 x x a a 。 【典型例题】 例 1 下列说法正确的是（ ） 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

7、物体不受外力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 解析：惯性是物体的固有属性，与运动状态无关，故 A 错；有外力作用时，物 体运动状态发生改变，但运动状态的改变不等于物体惯性的改变。 “克服惯性” 、 “惯性消失”等说法均是错误的，不管物体是否受外力作用，其惯性是不能被改变 的，故 B、C 错，物体惯性由物体本身决定，与运动状态和受力无关，故 D 正确。 答案：D 点评：生活中的错误直觉印象与亚里士多德关于

8、力的观点在人们头脑中有很深 的潜意识，形成定势性错误，认为力是运动的原因；看到物体在运动，就认为它一 定受到力的作用；物体向哪个方向运动，就认为受向哪个方向的力；物体有较大的 速度就认为受较大的力；物体受力为零时，认为速度也应为零；只有深刻认识 力的概念，反复练习，从中比较与判断，才能从根本上澄清是非，建立正确的概念。 例 2 如图 1 所示，一个劈形物体 A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水 平，在上表面上放一光滑的小球 B，劈形物体从静止开始释放，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. 无规则曲线 D. 抛物线 图 1 解析：本题考

9、查力和物体运动状态变化的关系。力是改变物体运动状态的原因， 物体不受力将保持原来的静止或匀速直线运动状态。由于劈形物体 A 各面均光滑， 所以小球 B 在水平方向上不受力作用，故小球 B 在水平方向上将保持“静止”状态， 小球由于在竖直方向上受到重力和物体 A 的支持力作用，运动状态改变做竖直方向 的运动。 答案：B 例 3 理想实验有时能更深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验，如 图 2 所示的斜面实验，其中有一个是经验事实，其余是推论。 图 2 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

10、擦，小球将上升到原来释放时的高度。 继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作持续的匀 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（ ） 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 解析：体会伽利略的理想实验，可知顺序排列为，分类正确的是 B。 答案：；B 例 4 若测得某一物体受力 F 一定时，a 与 M 的关系数据如下表所示。 a(ms2 ) 204266323398 M(kg)2001501

11、25100 （1）根据表中所列数据，画出 a M 1 图象。 （2）由 a M 1 关系可知，当 F 一定时，a 与 M 成 关系。 解析：要画 a 与 M 1 的图象，需先求出对应的 M 1 ，其数据分别为 M 1 /kg- 1、0.50、0.67、0.80 和 1.00，然后描点、连线，得到图象如图 3 所示。由图象可 得 a 与 M 1 正比，即 a 与 M 成反比。 图 3 答案：（1）如图 3；（2）反比 例 5 “探究加速度与力、质量的关系”的实验中，在研究小车的加速度 a 和小 车的质量 M 的关系时，由于没有始终满足 Mm（m 为砂桶及砂桶中砂的质量）的条 件，结果得到的图象应

12、是图 4 中的哪一个（ ） 图 4 解析：在本实验中 a=mg（M+m） 。在研究加速度和质量的关系时。保持 m 不 变。由上式可知加速度 a 与系统的质量（M+m）成反比。如果横轴表示 1（M+m） ， a1（M+m）图象应是过坐标系原点的直线。现将前面的式子改写成 a=mg（1+mM）M，由此式可知，1M 前面的系数 mg（1+mM）和 1M 有关，在改变 1M 时会发生变化，它并不是常数，因此；a 和 1M 不是正比关系。 随着 1M 的增大，式中 1M 前面的系数会减小，因此图象向下弯曲偏离直线，但 在 Mm 时，amgM，a 正比于 1M，所以在 M 较大（1M 较小）时图象近似为

13、直线。 由以上讨论可知 D 选项正确。 答案：D 点评：在有关实验误差的讨论问题中，经常采取把准确的（经常是理论的）计 算方法同实验中采用的计算方法进行比较讨论。在上面几题中就是把 a=mg（M+m）和 a=mgM 两式进行比较，说明由此引起的图象的误差。 例 6 设计一个实验来比较物体的加速度。 解析：课本上参考案例中实验虽然比较简单，但通、停时间比较难以控制，有 时需要演示几次才能成功。为了提高实验的成功率和准确度，设计如下实验： 如图 5 所示。两个高 1.2m 左右的支架上，放着两条平行光滑铝合金导轨，且 已调成水平状态，在光滑的导轨上放着两辆质量相等、性能一样的小车。1 号车放 在左

14、边，系有一根通过木板右端的小定滑轮的细线，绳端有一小桶，桶中可放砝码。 2 号车在右端，系有一根通过木板左端的小定滑轮的细线，绳端有一相同的小桶。 两辆车一开始被左、右两端的电磁铁吸住，电磁铁串联后接在 6V 的学生电源上 （闭合） ，断开电源，电磁铁同时失去磁性。小车在拉力作用下从两端向中间运动， 在某位置相碰，记下相碰位置，可以通过木板上的刻度知道两车通过的位移。根据 位移公式 2 2 1 ats ，由于两车的运动时间 t 相等。因此比较两车的位移 s，就可以 比较两车的加速度 a。 图 5 【模拟试题】 （答题时间：30 分钟） 1. 一位同学说，被向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定

15、受到了向上的作 用力，否则它不可能向上运动。你认为他的说法对吗?为什么? 2. 关于惯性有以下叙述，正确的是（ ） A. 惯性是物体保持原来运动状态的力 B. 速度越大物体的惯性也越大 C. 不论在什么地方，质量越大惯性也越大 D. 同一物体在地球上的惯性比月球上大 3. 下列情况下，物体运动状态不发生变化的是（ ） A. 火车进站时 B. 汽车转弯时 C. 匀速上升的电梯 D. 将物体沿水平方向抛出，物体在空中飞行时 4. 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在空中的排列情况是图 1 中的哪一个（ ） 图 1 5.

16、火车在平直轨道上匀速直线前进，在密封的没有空气流动的车厢内点燃了一 支卫生香，则车里乘客看到卫生香所冒的烟的运动情况应是（ ） A. 一边上升一边向前飘 B. 一边上升一边向后飘 C. 只是上升不向任何一边飘 D. 无法确定 6. 在车厢的顶板上用细绳挂着一个小球，如图 2 所示，在下列情况下可对车厢 的运动情况得出怎样的判断： 图 2 （1）细线竖直， ；（2）细线向图中左方偏斜 7. 对“落体运动快慢” 、 “力与物体运动关系”等问题，亚里士多德和伽利略存 在着不同的观点。请完成下表： 亚里士多德的观点伽利略的观点 落体运动快慢 重的物体下落快，轻的物体下落 慢 力与物体运动关 系 维持物

17、体运动不需要力 8. 在探究加速度与质量和力的关系实验中，下列说法正确的是（ ） A. 平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂 B. 实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量 C. 实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量， 描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比 D. 平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到 阻力 9. 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，用改变砂的质量的办法来改 变对小车的作用力 F 用打点计时器测出小车的加速度 a，得出若干组 F 和 a 的数据， 然后根据测得的

18、数据作出如图 3 所示的 aF 图线，发现图线既不过原点，又不是 直线，原因是（ ） A. 没有平衡摩擦力，且小车质量较大 B. 平衡摩擦力时，所垫木板太高，且砂和小桶的质量较大 C. 平衡摩擦力时，所垫木板太低，且砂和小桶的质量较大 D. 平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大 图 3 10. 用铁架台将长木板倾斜支在水平桌面上，组成如图 4（1）所示装置（示意 图） ，测量木块沿斜面下滑的加速度。 图 4 所提供的仪器有长木板、木块、打点计时器（含纸带） 、学生电源，米尺、铁 架台及导线、开关等。图（2）是打点计时器打出的一条纸带，纸带上标注了 O 点 和几个计数点 A、B、C、D 等

19、，相邻两个计数点间还有 4 个点没有标出，纸带旁还 给出了最小刻度为 1mm 的刻度尺，刻度尺的零点与 O 点对齐。已知打点计时器所用 交流电源的频率是 50Hz。 （1）计数点 C 到 O 点的距离是 m。 （2）由纸带可以计算出木块滑动的加速度 a 的大小是 ms2（保留三位 有效数字） 。 （3）为了测定木块与长木板间的动摩擦因数，利用上述器材还需要测量的物 理量有（指出物理量的名称并用符号表示出来） 。 （4）用（3）中测量出的物理量及加速度 a、重力加速度 g，计算动摩擦因数 的计算式是 。 试题答案 1. 该同学的说法不对，物体向上运动是因为物体具有惯性，物体“想”保持它 的运动状

20、态不变，并没有受到向上的作用力。物体受到向下的重力作用，因而物体 向上做减速运动， 2.C 解析：物体总想保持速度不变的性质叫惯性，惯性大小与物体运动状态无关， 与地理位置无关，质量是物体惯性大小的惟一量度，所以只有 C 选项叙述正确。 3. C 4. B 解析：飞机上释放（非抛出）的球都具有与飞机相同的水平速度，在水平方向 上，a、b、c 三个球以相同的速度做匀速直线运动，故三个球一定在飞机的正下方， 三球连线是一条竖直线。 5. C 解析：我们看到的烟是由一些极小的颗粒组成的，由于上、下空气温度的不同， 烟上升。而刚冒出的烟在离开卫生香时已具有和车同样的速度，故烟竖直上升。 6.（1）车厢静止或做匀速直线运动。 （2）车厢水平向右加速运动或向左减速运 动。 解析：作用在小球上只能有两个力：小球所受的重力 mg、细线对它的拉力 F， 根据这两个力是否处于平衡状态，可判断小球所处的状态，从而可得出车厢的运动 情况， （1）当细线竖直悬挂时，小球所受重力 mg 和拉力 F 在一直线上，如上左图 所示，且小车在上、下方向不可能运动，所以小球水平方向不受外力，小球处于平 衡状态，车厢静止或做匀