第四章 运动和力的关系-【新教材】人教版高中物理必修第一册教案

必修一第四章运动和力的关系知识点4.1牛顿第一定律在力学中只研究物体怎样运动而不涉及运动和力的关系叫作运动学，研究运动和力的关系，叫作动力学。一、理想实验想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质。二、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。①力是改变物体运动状态的原因.②也可以说力是改变物体速度的原因。③力是产生加速度的原因.附1：“状态”即速度，速度变化就是状态就变化。附2：不受力的物体不存在或者光滑的物体也不存在。附3：牛顿第一定律所描述的物体的状态是一种理想化状态。三、惯性与质量惯性：物体总有保持原来匀速直线运动或静止状态的性质。①惯性是物体的固有属性，不是力的作用.②一切物体都具有惯性.③惯性只与质量有关，质量越大惯性越大，质量越小惯性越小.总的来说：惯性是一切物体的固有属性，与物体是否受到外力、物体是否运动均没有关系，质量才是惯性大小的唯一量度。4.2实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验思路用控制变量法探究加速度a与力F的关系和加速度a与质量m的关系。二、物理量的测量1、质量的测量，可以用天平测量质量。为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。2、加速度的测量方法1、小车做初速度为0的匀加速直线运动。方法2、利用打点计时器。方法3、让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动。3、力的测量：孤力物体是不存在的，所以实验中的F是合力，合成法测量。三、实验注意：①把木板的一侧垫高②小车能拖动纸带沿木板匀速运动③小车的质量要远大于钩码的质量4.3牛顿第二定律物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。F指的是物体所受的合力F合＝mam为物体的质量a是物体的加速度，注意方向单位：N①矢量关系：加速度的方向与合力的方向相同②同体关系：F、m、a各量必须对应同一个物体③瞬时关系:a与F同时产生、同时变化、同时消失。作用力突变，a的大小方向随着改变，是瞬时的对应关系；有力即有加速度；合外力消失，加速度立刻消失；所以加速度与力一样，可以突变，而速度是无法突变的。附：解题的一般步骤（1）确定研究对象，构建模型：（2）对这个物体进行受力分析：顺序是：重力（mg）→支持力（弹力FN）→其它→摩擦力（Ff）（3）正交分解：建立直角坐标系转化为四力的模式运动分析：判断物体的运动方向，求合力F合水平或竖直方向：F合=运动方向的力-反向的力建立坐标系：x、y轴：F合=运动方向的力-反向的力（5）根据牛顿第二定律列方程F合=ma（6）画运动草图，应用运动学公式速度公式：vt=vo+at位移公式：求未知导出公式：vt2－v02=2ax4.4力学单位制一、基本单位1、基本量：被选定的物理量，如力学的时间t、长度l、质量m。2、基本单位：基本量的单位，如力学的秒s，米m、千克kg。3、作用：利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位。4、导出量：由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量。5、导出单位：导出物理量的单位。二、国际单位制4.5牛顿运动定律的应用一、从受力确定运动情况如果已知物体的受力情况，可以由牛顿第二定律求出物体的加速度，再通过运动学的规律确定物体的运动情况。处理这类问题的基本思路是：先分析物体受力情况求合力，据牛顿第二定律求加速度，再用运动学公式求所求量。二、从运动情况确定受力如果已知物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的加速度，再根据牛顿第二定律确定就可以确定物体所受的力。处理这类问题的基本思路是：先分析物体的运动情况，据运动学公式求加速度，再在分析物体受力情况的基础上，用牛顿第二定律列方程求所求量(力)。4.6超重和失重一、重力的测量重力(体重）：由于地球的吸引而受到的力。①第一种方法：公式法，G=mg②第二种方法：平衡法，F拉=mg二、超重和失重①视重：体重计的示数即：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力的大小。②失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象。③超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象。当FN'>mg：超重FN'与mg当FN'<mg：失重特别：当a=g,FN'=0时：完全失重第四章单元检测卷一、选择题(本题共10小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1~7题只有一项符合题目要求,第8~10题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)1.(湖北高一期末)春秋战国时期齐国的著作《考工记》中有“马力既竭,辀犹能一取焉”,意思是:(马拉车时)即使马力已经用尽(马不对车施加拉力),车还能促使马前进好几步。下列相关说法正确的是()A.该现象说明力是使物体运动的原因B.马对车不施加拉力时,车将做匀速直线运动C.马对车不施加拉力时,车由于惯性并未立即停止运动D.该现象表明马的惯性比车的惯性小解析由题意可知,即使马力已经用尽(马不对车施加拉力),车还能促使马前进好几步,说明没有力物体还能运动,故A错误;由题意可知,马对车不施加拉力时,车将做减速运动,最后停止,故B错误;即使马不对车施加拉力,车还能促使马前进好几步,说明车由于惯性并未立即停止运动,故C正确;此现象不能说明马的惯性与车的惯性的大小关系,故D错误。答案C2.(安徽合肥高一期末)如图所示,一轻质弹簧竖直固定在水平面上,一物块自弹簧正上方自由下落,当物块与弹簧接触并将弹簧压至最短(在弹性限度内)的过程中,下列说法正确的是()A.物块接触弹簧后立即做减速运动B.物块接触弹簧后先加速后减速C.当物块的速度最大时,它所受的合力不为零D.当弹簧被压缩至最短时,物块的加速度等于零解析物块刚接触弹簧时,弹簧形变较小,此时弹力小于重力,物体仍然做加速运动,故A错误;物体接触弹簧后,到弹簧压至最短这一过程中,弹簧弹力先小于重力,后等于重力,最后大于重力,故物块先加速后减速,B正确;当物块速度最大时,加速度为零,此时必有合力为零,即弹力等于重力,故C错误;弹簧压缩到最短时,弹力大于重力,此时加速度向上,故D错误。答案B3.(云南昆明高一期末)如图所示,在电梯的地板上放置一台电子秤,电子秤上放了一个质量为100g的砝码,在某次电梯运行过程中小明在电梯内按时间顺序依次拍了三张照片,电子秤的读数分别为87.9g、100.0g、122.7g,则关于电梯的运动下列判断正确的是()A.拍第1张照片时小明处于失重状态B.拍第2张照片时电梯在匀速运动C.从第3张照片分析可知电梯在向下运动D.从3张照片分析可知,砝码受的重力在发生变化解析拍第1张照片时砝码所受的支持力小于砝码重力,砝码处于失重状态,所以小明处于失重状态,A正确;拍第2张照片时砝码所受支持力等于砝码重力,砝码加速度为0,所以电梯匀速运动或者处于静止状态,B错误;从第3张照片分析可知砝码所受支持力大于砝码重力,砝码加速度向上,电梯可能加速向上运动,也可能减速向下运动,C错误;砝码的重力为mg,与电梯的运动状态无关,D错误。答案A4.(吉林省实验中学高一期末)如图所示,在水平向右做匀加速直线运动的平板车上有一圆柱体,其质量为m且与竖直挡板及斜面间均无摩擦,斜面倾角为θ。当车的加速度a突然增大时,斜面对圆柱体的弹力F1和挡板对圆柱体的弹力F2的变化情况是()A.F1增大,F2不变 B.F1不变,F2增大C.F1减小,F2增大 D.F1增大,F2减小解析平板车的加速度沿水平方向,则圆柱体的加速度沿水平方向,对圆柱体受力分析如图所示,因为圆柱体在竖直方向上合力为零,则F1cosθ=mg,当平板车的加速度增大时,斜面对圆柱体的弹力F1不变;水平方向上F2-F1sinθ=ma,加速度增大时,挡板对圆柱体的弹力F2增大。故选B。答案B5.假设撑竿跳高运动员从最高处到垫子的高度差为A=5.0m,从接触海绵垫子到速度为0的整个过程用时约为0.2s,该过程可视为匀减速直线运动,整个过程忽略空气阻力,g取10m/s2。则下列说法正确的是()A.运动员接触海绵垫子时的速度大小为2m/sB.运动员自由下落时间约为2.0sC.从接触海绵垫子到速度为0,运动员的加速度大小为50m/s2D.海绵垫子受到的平均作用力是运动员体重的4倍解析由运动规律可得,运动员接触海绵垫子时的速度大小由v2=2gh,解得v=10m/s,运动员自由下落时间t1=vg=1.0s,故A、B错误;从接触海绵垫子到速度为0,运动员的加速度大小a=vt2=50m/s2,根据牛顿第二定律F-mg=ma,可得F=6mg,所以根据牛顿第三定律可知海绵垫子受到的平均作用力为6mg,故C答案C6.如图所示,质量为2m的物体A静止在竖直的轻弹簧上,质量为3m的物体B由细线悬挂在天花板上,B与A刚好接触但不挤压。现突然将细线剪断,则剪断后瞬间A、B间的作用力大小为()A.125mg B.65C.25mg 解析剪断细线前,只有A对弹簧有作用力,所以剪断细线前弹簧的弹力F弹=mAg=2mg,将细线剪断的瞬间,弹簧弹力不变,根据牛顿第二定律可得(2m+3m)g-F弹=(2m+3m)a,解得a=35g,隔离B,则有3mg-FN=3ma,解得剪断后瞬间A、B间的作用力FN=65mg,故B正确,A、C、答案B7.(河北巨鹿中学高一月考)如图所示,ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆,它们与水平面之间的夹角分别为90°、60°、30°,a、b、c、d位于同一圆周上,a点为圆周的最高点,d点为最低点。每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出),三个滑环分别从a、b、c处由静止释放,用t1、t2、t3依次表示各滑环到达d所用的时间,用a1、a2、a3依次表示各滑环沿杆下滑过程的加速度,则下列说法正确的是()A.t1∶t2∶t3=3∶2∶1 B.t1∶t2∶t3=1∶1∶1C.a1∶a2∶a3=3∶2∶1 D.a1∶a2∶a3=1∶1∶1解析设任一细杆与竖直方向的夹角为α,根据牛顿第二定律有mgcosα=ma,解得环的加速度大小a=gcosα,则a1=g,a2=32g,a3=12g,加速度之比为a1∶a2∶a3=2∶3∶1,C、D错误;设所在圆周的半径为R,则环下滑的位移x=2Rcosα,根据x=12at2,得t=4Rg,答案B8.(天津南开区高一期末)如图甲所示,某同学站在体重计上观察超重与失重现象。由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程;由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程。他稳定站立时,体重计的示数为500N,关于实验现象,下列说法正确的是()A.“起立”过程是超重现象,“下蹲”过程是失重现象B.“起立”和“下蹲”过程都有超重和失重现象出现C.图乙记录的是他先“下蹲”稳定后又“起立”的过程D.“下蹲”过程先出现失重现象,“起立”过程先出现超重现象解析从下蹲状态站起来的过程中,人先向上做加速运动,后向上做减速运动,最后回到静止状态,即人先处于超重状态后处于失重状态。从站立状态蹲下去的过程中,人先向下做加速运动,后向下做减速运动,最后回到静止状态,即人先处于失重状态,后处于超重状态。故A错误,B、D正确。物体对支持物的压力大于物体所受重力的现象称为超重现象,即显示重量大于实际重量;物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象称为失重现象,即显示重量小于实际重量。图乙中第一次变化,显示重量先小于重量再大于重量,即先失重后超重,因此为“下蹲”过程;第二次变化,显示重量先大于重量再小于重量,即先超重后失重,因此为“起立”过程,故C正确。答案BCD9.(山东潍坊高一月考)如图甲所示,传送带以速率v顺时针匀速转动,在其水平部分的右端B点正上方有一竖直弹性挡板。一小物块以初速度v0(v0大于v)从左端A点滑上传送带,与挡板相碰后恰好能返回A点,物块运动过程的v-t图像如图乙实线所示,下列说法正确的是()A.v0和v大小关系为v0=2vB.若只增大v0,物块将从传送带左端滑下C.若v0=v,物块将在传送带上往复运动D.若只减小传送带速度v,物块不可能返回A点解析由v-t图像可知,小物块恰好减速到与传送带速度相等时与挡板碰撞,向左减速至A点速度为零,且物块向右运动的加速度和向左运动的加速度大小相等,则v02-v2=2al,v2=2al,可得v0=2v,A错误;若只增大v0,其他条件不变,物块与挡板碰后速度将大于v,物块必从传送带左端滑下;当v0=v时,物块碰后速度为v,恰好能回到A点,后向右加速,出现往复运动,B、C正确;若只减小v,则物块在传送带上的加速度不变,即物块到达挡板处时速度应该恰好为v,故物块一定能返回A点答案BC10.如图甲所示,在光滑水平面上,静止放置一质量为m'的长木板,质量为m的滑块(可视为质点)放在长木板上,长木板受到水平拉力F与加速度a的关系如图乙所示,重力加速度g取10m/s2,下列说法正确的是 ()A.长木板的质量m'=1kgB.滑块与长木板之间的动摩擦因数为0.2C.当F=8N时,滑块的加速度大小为4m/s2D.当F增大时,滑块的加速度一定增大解析由图像知,当F=6N时,加速度为a0=2m/s2,对整体分析由牛顿第二定律有F=(m'+m)a0,代入数据解得m'+m=3kg;当F大于6N时,m和m'发生相对滑动,对长木板根据牛顿第二定律得F-μmg=m'a,则有F=m'a+μmg,F-a图线的斜率k=6-42=1,则m'=1kg,故m=2kg,选项A正确;当F大于6N时,根据图像可得μ=0.2,故选项B正确;当F大于6N后,二者发生相对滑动,小滑块的加速度为a=μg=2m/s2,与F无关,F增大时小滑块的加速度不变,故选项C答案AB二、实验题(本题共2小题,共14分)11.(6分)用图甲所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数,长木板固定在水平桌面上,圆弧轨道与长木板的上表面相切。光电门安装在长木板上,位置可以调节;物块上固定宽d=2.10mm的遮光条,从圆弧轨道上某点由静止释放。(1)某次遮光条通过光电门的时间t=0.84ms,则物块通过光电门的速度v=m/s。(结果保留三位有效数字)

(2)调节光电门位置,测每次遮光条通过光电门的时间t及对应的物块在长木板上停止后遮光条与光电门之间的距离x。多次测量,得到1t2-x图像如图乙所示,已知图线斜率为k,重力加速度为g,则物块与长木板间的动摩擦因数μ=(3)本实验中,(选填“需要”或“不需要”)保证物块必须从圆弧轨道上同一点由静止释放。

解析(1)遮光条通过光电门的时间t=0.84ms,则物块通过光电门的速度v=dt=2.10×10-30(2)由牛顿第二定律得μmg=ma,所以a=μg,根据运动学关系可知dt2=2ax,即1t则2μgd2=k,解得μ(3)本实验中,物块在长木板上运动后,由光电门测量通过光电门时的初速度,故不需要保证物块必须从圆弧轨道上同一点由静止释放。答案(1)2.50(2)kd212.(8分)某学习小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系,图中长木板水平放置,其左端固定一轻滑轮,轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小车相连,另一端可悬挂钩码,本实验中可用的钩码共有N个,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,每个钩码的质量为m,小车的质量为m',重力加速度取g,实验要点如下:(1)实验开始时平衡摩擦力:在长木板不带滑轮的一端下方某位置垫上一个小物块后,发现小车拉着通过打点计时器的纸带在木板上做加速运动,则应将小物块向(选填“左”或“右”)移动,才能使小车拉着纸带在板上做匀速运动;

(2)平衡摩擦力后,将n(依次取n=1,2,3,4…)个钩码挂在左端,其余N-n个钩码放在小车内,用手按住小车并使轻绳与木板平行,打开电源,释放小车,获得一条清晰的纸带,经数据处理后可得到相应的加速度a;(3)图乙为某次实验得到的纸带,且每隔4个点取1个计数点,利用图中测得的数据可计算出小车的加速度a=m/s2(保留三位有效数字);

(4)本次实验中(选填“需要”或“不需要”)满足“小车及车上钩码的总质量远大于所挂钩码质量”的条件;

(5)图丙是利用不同n对应不同a作出的a-n图像,如果图丙中图线斜率为k,通过理论分析可知本实验中可用的钩码的总个数为N=。(用题中字母表示)

解析(1)小车做加速运动,说明斜面倾角过大,应减小倾角,因此应将小物块向右移动。(3)根据Δx=aT2并代入数据可得a=2.02m/s2。(4)由于小车和钩码(含车上放置的和细绳末端所挂的)的总质量一定,所以小车的加速度a与细绳末端所挂钩码的重力始终成正比,因此不需要满足“小车及车上钩码的总质量远大于所挂钩码质量”的条件。(5)图像为过坐标原点的直线,由牛顿第二定律和图像可知a=mgNm+m'n=kn,答案(1)右(3)2.02(4)不需要(5)g三、计算题(本题共3小题,共46分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(12分)(浙江高一月考)静止在水平地面上的物体,质量为20kg,在一个水平推力作用下,做匀加速直线运动,物体与地面间的动摩擦因数为μ=0.1,当物体运动9m时,速度达到6m/s。g取10m/s2,求:(1)物体的加速度大小;