2011年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第3章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律教案 新人教版

用心 愛(ài)心 專心 1 第第 9 9 講講 牛頓運(yùn)動(dòng)定律牛頓運(yùn)動(dòng)定律 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 知道并理解牛頓三大定律 能夠用牛頓三大定律解釋相關(guān)現(xiàn)象和處理有伏案問(wèn)題 知道國(guó)際單位制中的力 學(xué)單位 重點(diǎn) 1 正確理解牛頓第一定律及慣性 2 正確理解 熟練掌握牛頓第二定律及應(yīng)用 理解質(zhì)量與重力的區(qū)別 掌握國(guó)際單位制 3 正確理解牛頓第三定律 分清作用力和反作用力與平衡力的區(qū)別 難點(diǎn) 1 正確理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 明確力是產(chǎn)生加速度的原因 2 通過(guò)運(yùn)動(dòng)情況判斷物體受力 3 明確牛頓第二定律的含義 熟練掌握和應(yīng)用這一定律 知識(shí)梳理知識(shí)梳理 一 牛頓第一定律一 牛頓第一定律 1 牛頓第一定律 慣性定律 一切物體總是保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài) 直到有外力迫使 它改變這種狀態(tài)為止 這個(gè)定律有兩層含義 1 保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)是物體的固有屬性 物體的運(yùn)動(dòng)不需要用力來(lái)維持 2 要使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 即速度包括大小和方向 改變 必須施加力的作用 力是改變物體運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)的原因 理解 牛頓第一定律導(dǎo)出了力的概念 力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)指物體的速度 又根據(jù)加速度定義 t v a 有速度變化 就一定有加速度 所以可以說(shuō) 力是使物體產(chǎn)生加速度的原因 不能說(shuō) 力是產(chǎn)生速度的原因 力是 維持速度的原因 也不能說(shuō) 力是改變加速度的原因 牛頓第一定律導(dǎo)出了慣性的概念 一切物體都有保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì) 這就是慣性 慣性反映了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度 慣 性大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不容易改變 質(zhì)量是物體慣性大小的量度 牛頓第一定律描述的是理想化狀態(tài) 牛頓第一定律描述的是物體在不受任何外力時(shí)的狀態(tài) 而不受外力的物體是不存在的 物體不受外力 和物體所受合外力為零是有區(qū)別的 所以不能把牛頓第一定律當(dāng)成牛頓第二定律在F 0 時(shí)的特例 2 慣性 物體保持原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì) 對(duì)于慣性理解應(yīng)注意以下三點(diǎn) 1 慣性是物體本身固有的屬性 跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān) 跟物體的受力無(wú)關(guān) 跟物體所處的地理 位置無(wú)關(guān) 2 質(zhì)量是物體慣性大小的量度 質(zhì)量大則慣性大 其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以改變 3 外力作用于物體上能使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變 但不能認(rèn)為克服了物體的慣性 二 牛頓第二定律二 牛頓第二定律 1 牛頓第二定律的表述 物體的加速度跟所受的外力的合力成正比 跟物體的質(zhì)量成反比 加速度 的方向跟合力的方向相同 即F ma 其中的F和m a必須相對(duì)應(yīng) 1 F ma 中的 F 為物體所受到的合外力 2 F ma 中的 m 當(dāng)對(duì)哪個(gè)物體受力分析 就是哪個(gè)物體的質(zhì)量 當(dāng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng) 幾個(gè)物體組成 一個(gè)系統(tǒng) 做受力分析時(shí) 如果 F 是系統(tǒng)受到的合外力 則 m 是系統(tǒng)的合質(zhì)量 3 F ma 中的 F 與 a 有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系 F 變 a 則變 F 大小變 a 則大小變 F 方向變 a 也方向 變 4 F ma 中的 F 與 a 有矢量對(duì)應(yīng)關(guān)系 a 的方向一定與 F 的方向相同 5 F ma 中 可根據(jù)力的獨(dú)立性原理求某個(gè)力產(chǎn)生的加速度 也可以求某一個(gè)方向合外力的加速 用心 愛(ài)心 專心 2 度 6 F ma 中 F 的單位是牛頓 m 的單位是千克 a 的單位是米 秒 2 7 F ma 的適用范圍 宏觀 低速 2 對(duì)定律的理解 1 矢量性 牛頓第二定律公式是矢量式 公式 m F a 只表示加速度與合外力的大小關(guān)系 矢量 式的含義在于加速度的方向與合外力的方向始終一致 2 瞬時(shí)性 加速度與合外力在每個(gè)瞬時(shí)都有大小 方向上的對(duì)應(yīng)關(guān)系 這種對(duì)應(yīng)關(guān)系表現(xiàn)為 合 外力恒定不變時(shí) 加速度也保持不變 合外力變化時(shí)加速度也隨之變化 合外力為零時(shí) 加速度也為零 3 獨(dú)立性 當(dāng)物體受到幾個(gè)力的作用時(shí) 各力將獨(dú)立的產(chǎn)生與其對(duì)應(yīng)的加速度 而物體表現(xiàn)出來(lái) 的實(shí)際加速度是各力產(chǎn)生的加速度的矢量和 三 牛頓第三定律三 牛頓第三定律 1 內(nèi)容 兩物體之間的作用力與反作用力總是大小相等 方向相反 而且在一條直線上 2 對(duì)牛頓第三定律理解應(yīng)注意 1 兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等 方向相反 作用在一條上 2 作用力與反作用力總是成對(duì)出現(xiàn) 同時(shí)產(chǎn)生 同時(shí)變化 同時(shí)消失 3 作用力和反作用力在兩個(gè)不同的物體上 各產(chǎn)生其效果 永遠(yuǎn)不會(huì)抵消 4 作用力和反作用力是同一性質(zhì)的力 5 物體間的相互作用力既可以是接觸力 也可以不接觸 3 區(qū)分一對(duì)作用力反作用力和一對(duì)平衡力 一對(duì)作用力反作用力和一對(duì)平衡力的共同點(diǎn)有 大小相等 方向相反 作用在同一條直線上 不同點(diǎn)有 作用力反作用力作用在兩個(gè)不同物體上 而平衡力作用在同一個(gè)物體上 作用力反作用 力一定是同種性質(zhì)的力 而平衡力可能是不同性質(zhì)的力 作用力反作用力一定是同時(shí)產(chǎn)生同時(shí)消失 的 而平衡力中的一個(gè)消失后 另一個(gè)可能仍然存在 一對(duì)作用力和反作用力一對(duì)平衡力 作用對(duì)象兩個(gè)物體同一個(gè)物體 作用時(shí)間同時(shí)產(chǎn)生 同時(shí)消失不一定同時(shí)產(chǎn)生或消失 力的性質(zhì)一定是同性質(zhì)的力不一定是同性質(zhì)的力 力的大小關(guān)系大小相等大小相等 力的方向關(guān)系方向相反且共線方向相反且共線 四 力學(xué)單位制四 力學(xué)單位制 1 物理量 物理量有很多 但可以將所有的物理量分成兩類 一類為基本物理量 一類是導(dǎo)出物理 量 1 基本物理量 在物理學(xué)中基本物理量有 質(zhì)量 時(shí)間 長(zhǎng)度 物質(zhì)的量 溫度 電流強(qiáng)度 光 強(qiáng)七個(gè) 2 導(dǎo)出物理量 是由基本物理量通過(guò)一定的公式推導(dǎo)出的物理量 如速度 加速度 動(dòng)能 力 電量 電場(chǎng)強(qiáng)度 電勢(shì) 磁感應(yīng)強(qiáng)度等等 2 單位 1 基本單位 基本物理量的單位叫基本單位 如米 秒 千克等 2 復(fù)合單位 由基本單位組合而成的單位為復(fù)合單位 或叫導(dǎo)出單位 如牛頓 米 秒 2 焦耳等 用心 愛(ài)心 專心 3 3 單位制 我們?nèi)』締挝环謩e為千克 秒 米 摩爾 開(kāi)爾文 安培 再由這些基本單位組合而 成復(fù)合單位米 秒 米 秒 2 牛頓 焦耳等 由這些基本單位與導(dǎo)出單位組合而成的一個(gè)體系為國(guó)際單位 制 說(shuō)明如果基本單位取不同的單位 也能組成一個(gè)不同的單位制 4 單位制的應(yīng)用與作用 1 應(yīng)用 為了度量的統(tǒng)一 一般國(guó)際統(tǒng)一使用國(guó)際單位制 在解題過(guò)程中 一般統(tǒng)一使用國(guó)際單 位制 2 作用 用單位可以判斷公式的推導(dǎo)是否可能正確 從單位可以猜測(cè)量與量的關(guān)系 知識(shí)梳理知識(shí)梳理 1 牛頓第一定律的理解和應(yīng)用 下列關(guān)于慣性的說(shuō)法中正確的是 A 物體只有靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)才有慣性 B 物體只有受外力作用時(shí)才有慣性 C 物體的運(yùn)動(dòng)速度大時(shí)慣性大 D 物體在任何情況下都有慣性 解析解析 慣性是物體的固有屬性 一切物體都具有慣性 與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及受力情況無(wú)關(guān) 故只有 D 項(xiàng) 正確 答案答案 D 2 牛頓第二定律 1 如圖所示 彈簧左端固定 右端自由伸長(zhǎng)到O點(diǎn)并系住物體m 現(xiàn)將彈簧壓縮到A點(diǎn) 然后釋放 物體一直可以運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 如果物體受到的阻力恒定 則 A 物體從A到O先加速后減速 B 物體從A到O加速運(yùn)動(dòng) 從O到B減速運(yùn)動(dòng) C 物體運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)所受合力為零 D 物體從A到O的過(guò)程加速度逐漸減小 解析解析 物體從A到O的運(yùn)動(dòng)過(guò)程 彈力方向向右 初始階段彈力大 于阻力 合力方向向右 隨著物體向右運(yùn)動(dòng) 彈力逐漸減小 合力逐漸減小 由牛頓第二定律可知 此階 段物體的加速度向右且逐漸減小 由于加速度與速度同向 物體的速度逐漸增大 所以初始階段物體向右 做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)物體向右運(yùn)動(dòng)至AO間某點(diǎn) 設(shè)為O 時(shí) 彈力減小到等于阻力 物體所受合力為零 加速度為 零 速度達(dá)到最大 此后 隨著物體繼續(xù)向右移動(dòng) 彈力繼續(xù)減小 阻力大于彈力 合力方向變?yōu)橄蜃?至O點(diǎn)時(shí)彈力減 為零 此后彈力向左且逐漸增大 所以物體從O 點(diǎn)后的合力方向均向左且合力逐漸增大 由牛頓第二定 律可知 此階段物體的加速度向左且逐漸增大 由于加速度與速度反向 物體做加速度逐漸增大的減速運(yùn) 動(dòng) 答案答案 AC 2 臺(tái)階式電梯與地面的夾角為 一質(zhì)量為m的人站在電梯的一臺(tái)階上相對(duì)電梯靜止 如圖所示 則當(dāng)電梯以加速度a勻加速上升時(shí) 求 1 人受到的摩擦力是多大 2 人對(duì)電梯的壓力是多大 解析解析 取相對(duì)于電梯靜止的人為研究對(duì)象 則其受力為重 力mg 方向豎直向下 支持力FN 方向豎起向上 摩擦力 F1 方向水平向右 如圖所示 在水平方向 由牛頓第二定律得 F1 macos F1 FN G a a 用心 愛(ài)心 專心 4 在豎起方向 由牛頓第二定律得 FN mg masin 解得 F1 macos FN m g asin 由牛頓第三定律可得 人對(duì)電梯的壓力是FN FN m g asin 3 牛頓運(yùn)動(dòng)第三定律 汽車?yán)宪囋谒降缆飞涎刂本€加速行駛 根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律可知 A 汽車?yán)宪嚨牧Υ笥谕宪嚴(yán)嚨牧?B 汽車?yán)宪嚨牧Φ扔谕宪嚴(yán)嚨牧?C 汽車?yán)宪嚨牧Υ笥谕宪囀艿降淖枇?D 汽車?yán)宪嚨牧Φ扔谕宪囀艿降淖枇?解析解析 汽車?yán)宪嚨牧εc拖車?yán)嚨牧κ且粚?duì)作用力和反作用力 根據(jù)牛頓第三定律得知 汽車?yán)?車的力與拖車?yán)嚨牧Ρ囟ㄊ谴笮∠嗟确较蛳喾吹?因而 B 正確 A 錯(cuò)誤 由于題干中說(shuō)明汽車?yán)宪?在水平道路上沿直線加速行駛 故沿水平方向拖車只受到兩個(gè)外力作用 汽車對(duì)它的拉力和地面對(duì)它的阻 力 因而由牛頓第二定律得知 汽車對(duì)它的拉力必大于地面對(duì)它的阻力 所以 C 對(duì) D 錯(cuò) 答案答案 BC 第第 1010 講講 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 超重與失重超重與失重 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 會(huì)應(yīng)用牛頓定律物理問(wèn)題進(jìn)行分析 求解 理解超重與失重 并會(huì)求解相應(yīng)情況向加速度 重點(diǎn) 牛頓定律的應(yīng)用 難點(diǎn) 牛頓定律的應(yīng)用 知識(shí)梳理知識(shí)梳理 一 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用一 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 1 運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題常?？梢苑譃閮煞N類型 1 已知受力情況 要求物體的運(yùn)動(dòng)情況 如物體運(yùn)動(dòng)的位移 速度及時(shí)間等 2 已知運(yùn)動(dòng)情況 要求物體的受力情況 求力的大小和方向 但不管哪種類型 一般總是先根據(jù)已知條件求出物體運(yùn)動(dòng)的加速度 然后再由此得出問(wèn)題的答案 常 用的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式為勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式 2 2 2 2 1 0 2 0 2 2 00t t tt v vv t s vasvvattvsatvv 等 2 應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題的一般步驟 1 認(rèn)真分析題意 明確已知條件和所求量 搞清所求問(wèn)題的類型 2 選取研究對(duì)象 所選取的研究對(duì)象可以是一個(gè)物體 也可以是幾個(gè)物體組成的整體 同一題目 根據(jù)題意和解題需要也可以先后選取不同的研究對(duì)象 3 分析研究對(duì)象的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況 4 當(dāng)研究對(duì)象所受的外力不在一條直線上時(shí) 如果物體只受兩個(gè)力 可以用平行四邊形定則求其 合力 如果物體受力較多 一般把它們正交分解到兩個(gè)方向上去分別求合力 如果物體做直線運(yùn)動(dòng) 一般 把各個(gè)力分解到沿運(yùn)動(dòng)方向和垂直運(yùn)動(dòng)的方向上 5 根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程 物體所受外力 加速度 速度等都可根據(jù)規(guī)定的正方 用心 愛(ài)心 專心 5 向按正 負(fù)值代入公式 按代數(shù)和進(jìn)行運(yùn)算 6 求解方程 檢驗(yàn)結(jié)果 必要時(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論 二 超重和失重二 超重和失重 1 重力的概念 可以理解為是地球?qū)ξ矬w的吸引力 重力的大小是通過(guò)二力平衡進(jìn)行測(cè)量 即物體處 于平衡時(shí) 對(duì)水平支持面的壓力或豎直懸繩的拉力 2 超重與失重 由于物體在豎起方向上有加速度或分加速度 使物體對(duì)水平支持面對(duì)壓力或?qū)ωQ直懸 繩的拉力大于或小于物體的重力 1 超重與失重并不是物體本身重力的變化 2 物體對(duì)水平支持面的壓力大于或小于重力是因?yàn)樵谪Q直方向的加速度而引起的 不是其它原因 而引起的 3 超重與失重只跟加速度方向有關(guān) 與運(yùn)動(dòng)速度的方向無(wú)關(guān) 有豎直向上的加速度物體處于超重 狀態(tài) 有豎直向下的加速度物體處于失重狀態(tài) 4 如果豎起向下的加速度大小為重力加速度 物體處于完全失重狀態(tài) 如所有的拋體運(yùn)動(dòng) 繞地 球運(yùn)行的太空站中的所有物體 3 超重與失重的計(jì)算 1 超重 根據(jù)牛頓第二定律 mamgF 得 agmF 2 失重 根據(jù)牛頓第二定律 maFmg 得 agmF 4 突變類問(wèn)題 力的瞬時(shí)性 1 物體運(yùn)動(dòng)的加速度 a 與其所受的合外力 F 有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系 每一瞬時(shí)的加速度只取決于這一瞬時(shí) 的合外力 而與這一瞬時(shí)之前或之后的力無(wú)關(guān) 不等于零的合外力作用的物體上 物體立即產(chǎn)生加速度 若合外力的大小或方向改變 加速度的大小或方向也立即 同時(shí) 改變 若合外力變?yōu)榱?加速度也立即 變?yōu)榱?物體運(yùn)動(dòng)的加速度可以突變 2 中學(xué)物理中的 繩 和 線 是理想化模型 具有如下幾個(gè)特性 A 輕 即繩 或線 的質(zhì)量和重力均可視為等于零 同一根繩 或線 的兩端及其中間各點(diǎn)的張為大小 相等 B 軟 即繩 或線 只能受拉力 不能承受壓力 因繩能變曲 繩與其物體相互間作用力的方向總是沿 著繩子且朝繩收縮的方向 C 不可伸長(zhǎng) 即無(wú)論繩所受拉力多大 繩子的長(zhǎng)度不變 即繩子中的張力可以突變 3 中學(xué)物理中的 彈簧 和 橡皮繩 也是理想化模型 具有如下幾個(gè)特性 A 輕 即彈簧 或橡皮繩 的質(zhì)量和重力均可視為等于零 同一彈簧的兩端及其中間各點(diǎn)的彈力大小相 等 B 彈簧既能承受拉力 也能承受壓力 沿著彈簧的軸線 橡皮繩只能承受拉力 不能承受壓力 C 由于彈簧和橡皮繩受力時(shí) 要發(fā)生形變需要一段時(shí)間 所以彈簧和橡皮繩中的彈力不能發(fā)生突變 題型講解題型講解 1 連接體中牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 如圖 1 所示 一輛汽車A拉著裝有集裝箱的拖車B 以速度smv 30 1 進(jìn)入向下傾斜的直軌道 車道每m100下降m2 為了使汽車的速度在mx200 的距離內(nèi)減到smv 10 2 駕駛員必須剎 車 假設(shè)剎車時(shí)地面的摩擦阻力是恒力 且該阻力的 0 0 70作用在拖車B上 0 0 30作用在汽車A上 用心 愛(ài)心 專心 6 已知汽車A的質(zhì)量kgm2000 1 而拖車B的質(zhì)量kgm6000 2 試求汽車和拖車的連接處沿運(yùn) 動(dòng)方向上的相互作用力 解析解析 汽車沿傾斜軌道做勻減速運(yùn)動(dòng) 用a表示加速度大小 則有 axvv2 2 1 2 2 若用F表示剎車時(shí)的阻力 根據(jù)牛頓第二定律得 ammFgmm sin 2121 式中的 2 102 100 2 sin 設(shè)剎車過(guò)程中地面作用于汽車的阻力為f 據(jù)題意得 Ff 100 30 其方向與汽車前進(jìn)方向相反 設(shè)拖車作用于汽車的力為 N f 其方向與汽車前進(jìn)方向相同 以汽車為 研究對(duì)象 由牛頓第二定律得 amffgm N11 sin 解以上幾式 得 sin sin 100 30 121 gamgammfN 代入數(shù)據(jù) 得 NfN880 點(diǎn)評(píng) 點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接體中牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用問(wèn)題 考查了整體法和隔離法的應(yīng)用 考查了運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí) 同時(shí)也考查了運(yùn)用所給信息解決問(wèn)題的能力 求解時(shí)一定要注意運(yùn)動(dòng)過(guò)程與規(guī)律的對(duì)應(yīng)關(guān)系 2 有關(guān)皮帶的傳動(dòng)問(wèn)題 水平傳送帶上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 一水平的淺色傳送帶上放置一煤塊 可視為質(zhì)點(diǎn) 煤塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 初始時(shí) 傳送帶和煤塊都是靜止的 現(xiàn)讓傳送帶以恒定的加速度 0 a開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 當(dāng)其速度達(dá)到 0 v后 便以此速度做 勻速運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間 煤塊在傳送帶上留下了一段黑色痕跡后 煤塊相對(duì)與傳送帶不再滑動(dòng) 試求此 黑色痕跡的長(zhǎng)度 解析解析 根據(jù) 傳送帶上有黑色痕跡 可知 煤塊與傳送帶之間發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng) 煤塊的加速度a小于傳 送帶的加速度 0 a 由牛頓第二定律得煤塊的加速度a為 用心 愛(ài)心 專心 7 ga 設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t傳送帶由靜止開(kāi)始加速到速度等于 0 v 煤塊則由靜止加速到v 則 tav 00 atv 由于a 0 a 故v 0 v 煤塊繼續(xù)受到滑動(dòng)摩擦力的作用 再經(jīng)過(guò)時(shí)間 t 煤塊的速度由v增加到 0 v 則 t a vv 0 此后 煤塊與傳送帶運(yùn)動(dòng)速度相同 相對(duì)與傳送帶不再滑動(dòng) 不再產(chǎn)生新的痕跡 設(shè)煤塊的速度由 0增加到 0 v的整個(gè)過(guò)程中 傳送帶和煤塊移動(dòng)的距離分別為 tvtax 0 2 00 2 1 a v x 2 2 0 所以 傳送帶上留下的黑色痕跡的長(zhǎng)度為 xxl 0 整理以上各式 得 ga vga l 0 2 00 2 點(diǎn)評(píng) 點(diǎn)評(píng) 水平傳送帶上的質(zhì)點(diǎn)是靠傳送帶對(duì)其產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力使其加速的 和以往做過(guò)的傳送帶問(wèn)題相比 本題中的傳送帶是加速運(yùn)動(dòng)的 這也是本題的最大特點(diǎn) 另外 在煤塊與傳送帶相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程中 煤塊 的運(yùn)動(dòng)分為兩個(gè)階段 即先加速后勻速 不要忽視了第二個(gè)階段而導(dǎo)致錯(cuò)解 傾斜傳送帶上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 如圖 2 所示 傳送帶與地面的夾角 0 37 從BA 的距離ml16 傳送帶以 smv 10 的速率逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 在傳送帶上端A無(wú)初速地放一質(zhì)量kgm5 0 的物體 它與傳送帶之 間的動(dòng)摩擦因數(shù)5 0 試求物體從A運(yùn)動(dòng)到B所需的時(shí)間 8 037cos 6 037sin 00 解析解析 剛把物體放到傳送帶時(shí) 由于傳送帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 所以物體 所受的滑動(dòng)摩擦力是沿傳送帶斜面向下的 如圖 3 中的位置 1 所示 由牛頓第二定律得此時(shí)物體運(yùn)動(dòng)的加速度為 m mgmg a cossin 1 2 2 00 10 8 05 06 0 10 37cos37 sin sm sm g 用心 愛(ài)心 專心 8 設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間 1 t物體的速度達(dá)到傳送帶的速度v 則 11t av 所以 1 1 a v t s s 1 10 10 設(shè)在此段時(shí)間內(nèi) 物體沿傳送帶方向發(fā)生的位移大小為x 則 xav 1 2 2 所以 1 2 2a v x m m 5 102 102 顯然x l 即物體的速度達(dá)到傳送帶的速度時(shí) 還沒(méi)有下滑到B端 但由于 5 0 75 0 37tan 0 所以 從此以后物體的受力情況如圖 3 中的位置 2 所示 由牛頓第二定律得物體運(yùn)動(dòng)的加速度變?yōu)?m mgmg a cossin 2 2 2 00 2 8 05 06 0 10 37cos37 sin sm sm g 也就是說(shuō) 第二階段物體將沿傳送帶的斜面以 2 2 2sma 的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng) 設(shè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 2 t 則 2 222 2 1 tavtxl 將數(shù)據(jù)代入上式 整理得 01110 2 2 2 tt 解得 st1 2 負(fù)值已設(shè)去 所以物體從A運(yùn)動(dòng)到B所需的時(shí)間為 21 ttt 用心 愛(ài)心 專心 9 s ss 2 11 點(diǎn)評(píng) 點(diǎn)評(píng) 此物體剛放到傳送帶上時(shí) 所受的沿斜面向下的滑動(dòng)摩擦力和重力分力的的合力使物體加速 待達(dá) 到傳送帶的速度后 由于 sinmg cosmg 即 tan 故物體以后的狀態(tài)并不是與斜面保 持相對(duì)靜止 而是沿斜面繼續(xù)做勻加速運(yùn)動(dòng) 直至達(dá)到斜面的末端 所以 解題的關(guān)鍵在于分析清楚斜面 上物體的受力情況 物塊沿傳送帶做加速 減速還是勻速運(yùn)動(dòng) 并不是由傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向就能決定的 而是由其受力情況決定 3 臨界問(wèn)題中牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用 如圖 5 所示 一質(zhì)量kgm500 的木箱放于質(zhì)量kgM2000 的平板車的后部 木箱到駕駛室 的距離ml6 1 已知木箱與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)484 0 平板車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力是車和 箱總重的2 0倍 平板車以smv 22 0 的恒定速率行使 突然駕駛員剎車 使車做勻減速運(yùn)動(dòng) 為了 不讓木箱撞擊駕駛室 試求 從剎車開(kāi)始到平板車完全停止至少要經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間 駕駛員剎車時(shí)的制動(dòng)力不能超過(guò)多少 解析解析 設(shè)從平板車剎車開(kāi)始到停止 車的位移為 1 x 木箱的位移為 2 x 要使木箱不撞擊駕駛室 必須有 12 xx l 設(shè)剎車后平板車和木箱的加速度大小分別為 1 a和 2 a 則由勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律得 tav 10 0 11 2 0 2xav 22 2 0 2xav ga 2 解以上幾個(gè)式子 得 1 a 2 2 0 2 0 5 2 sm glv gv 1 0 a v t ss4 4 5 22 即 從剎車開(kāi)始到平板車完全停止至少要經(jīng)過(guò)s4 4 設(shè)剎車的制動(dòng)力為F 以平板車為研究對(duì)象 由牛頓第二定律得 用心 愛(ài)心 專心 10 1 MagmMkFmg 將 2 1 5sma 代入上式 得 NF 3 max 1042 7 及 剎車時(shí)的制動(dòng)力不能超過(guò)N 3 1042 7 點(diǎn)評(píng) 點(diǎn)評(píng) 本題中 平板車沙車的加速度越小 木箱越不容易撞擊駕駛室 所以存在剎車加速度等于一個(gè)特定 的數(shù)值時(shí) 木箱恰好不撞擊駕駛室的情況 在分析剎車后平板車的受力情況時(shí)一定不要漏掉了木箱對(duì)它產(chǎn) 生的摩擦力 4 超重與失重 豎直升降的電梯內(nèi)的天花板上懸掛著一根彈簧秤 如圖 24 1 所示 彈簧秤的秤鉤上懸掛一個(gè)質(zhì) 量 m 4kg 的物體 試分析下列情況下電梯的運(yùn)動(dòng)情況 g 取 10m s2 1 當(dāng)彈簧秤的示數(shù) T1 40N 且保持不變 2 當(dāng)彈簧秤的示數(shù) T2 32N 且保持不變 3 當(dāng)彈簧秤的示數(shù) T3 44N 且保持不變 解析解析 選取物體為研究對(duì)象 它受到重力 mg 和豎直向上的拉力 T 的作用 規(guī)定豎直向上方向 為正方向 1 當(dāng) T1 40N 時(shí) 根據(jù)牛頓第二定律有 T1 mg ma1 解得這時(shí) 電梯的加速度 由此可見(jiàn) 電梯處于a 40410 4 m s0 1 2 Tmg m 1 靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2 當(dāng) T2 32N 時(shí) 根據(jù)牛頓第二定律有 T2 mg ma2 解得這 時(shí)電梯的加速度 式中的負(fù)號(hào)表a2m s 2 2 Tmg m m s 22 3240 4 示物體的加速度方向與所選定的正方向相反 即電梯的加速度方向豎直向下 電梯加速下降或 減速上升 3 當(dāng) T3 44N 時(shí) 根據(jù)牛頓第二定律有 T3 mg ma3 解得這時(shí) 電梯的加速度 為正值表示電梯a 4440 4 m s1m sa 3 22 3 Tmg m 3 的加速度方向與所選的正方向相同 即電梯的加速度方向豎直向上 電梯加速上升或減速下 降 點(diǎn)評(píng) 點(diǎn)評(píng) 當(dāng)物體加速下降或減速上升時(shí) 亦即具有豎直向下的加速度時(shí) 物體處于失重狀態(tài) 當(dāng) 物體加速上升或減速下降時(shí) 亦即具有豎直向上的加速度時(shí) 物體處于超重狀態(tài) 用心 愛(ài)心 專心 11 第第 1111 講講 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓第二定律 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 理解實(shí)驗(yàn)原理及方法 掌握實(shí)驗(yàn)步驟及器材調(diào)整 會(huì)利用圖像處理數(shù)據(jù) 對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差分析 重點(diǎn) 掌握實(shí)驗(yàn)原理和方法 難點(diǎn) 用圖像處理數(shù)據(jù) 知識(shí)梳理知識(shí)梳理 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1 學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律 2 驗(yàn)證牛頓第二定律 3 掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 探究加速度 a 與力 F 及質(zhì)量 m 的關(guān)系時(shí) 應(yīng)用的基本方法是控制變量法 即先控制一個(gè)參量 小車 的質(zhì)量 m 不變 討論加速度 a 與力 F 的關(guān)系 再控制砝碼和小盤(pán)的質(zhì)量不變 即力 F 不變 改變小車質(zhì)量 m 討論加速度 a 與 m 的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 復(fù)寫(xiě)紙片 小車 一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板 小盤(pán) 砝碼 夾子 細(xì)繩 低壓交 流電源 導(dǎo)線 天平 帶有一套砝碼 刻度尺 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 1 用天平測(cè)出小車和小桶的質(zhì)量 M 和 M 把數(shù)據(jù)記錄下來(lái) 2 按如圖裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好 只是不把掛小桶用的細(xì)線系在小車上 即不給小車加牽引力 3 平衡摩擦力 在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊木 反復(fù)移動(dòng)墊木的位置 直至小車在斜面 上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 可以從紙帶上打的點(diǎn)是否均勻來(lái)判斷 4 在小車上加放砝碼 小桶里放入適量的砂 把砝碼和砂的質(zhì)量 m 和 m 記錄下來(lái) 把細(xì)線系在小本上 并繞過(guò)滑輪懸掛小桶 接通電源 放開(kāi)小車 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn) 取下紙帶 在紙帶上寫(xiě) 上編號(hào) 5 保持小車的質(zhì)量不變 改變砂的質(zhì)量 要用天平稱量 按步驟 4 再做 5 次實(shí)驗(yàn) 用心 愛(ài)心 專心 12 6 算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值 7 用縱坐標(biāo)表示加速度 a 橫坐標(biāo)表示作用力 即砂和桶的總重力 M m g 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平 面上描出相應(yīng)的點(diǎn) 作圖線 若圖線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線 就證明了研究對(duì)象質(zhì)量不變時(shí)其加速度與它所 受作用力成正比 8 保持砂和小桶的質(zhì)量不變 在小車上加放砝碼 重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn) 并做好記錄 求出相應(yīng)的加速度 用縱坐標(biāo)表示加速度 a 橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼總質(zhì)量的倒數(shù) Mm 1 在坐標(biāo)平面上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié) 果描出相應(yīng)的點(diǎn)并作圖線 若圖線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線 就證明了研究對(duì)象所受作用力不變時(shí)其加速度與 它的質(zhì)量成反比 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 1 定要做好乎衡摩擦力的工作 也就是調(diào)出一個(gè)斜面 使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡所 受的摩擦阻力 在平衡摩擦力時(shí) 不要把重物系在小車上 即不要給小車加任何牽引力 并要讓小車拖著 打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動(dòng) 2 實(shí)驗(yàn)步驟 2 3 不需要重復(fù) 即整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后 不管以后是改變重物質(zhì)量 還是改變小車 和砝碼的總質(zhì)量 都不需要重新平衡摩擦力 3 每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量的條件下打出 只有如此 重物 重力才可視為小車受到的拉力 4 改變拉力和小車質(zhì)量后 每次開(kāi)始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 并應(yīng)先接通電源 再放開(kāi)小車 且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車 5 作圖象時(shí) 要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上 不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè) 6 作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng) 各量須采用國(guó)際單位 這樣作圖線時(shí) 坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過(guò)密 誤差會(huì)小些 7 為提高測(cè)量精度 可以采取下列措施 1 應(yīng)舍掉紙帶上開(kāi)頭比較密集的點(diǎn) 在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)起點(diǎn) 2 可以把每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間單位 即從開(kāi)始點(diǎn)起 每隔五個(gè)點(diǎn)標(biāo)出一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 而相鄰計(jì)數(shù) 點(diǎn)間的時(shí)間間隔為 T 0 1 秒 誤差分析誤差分析 1 質(zhì)量的測(cè)量誤差 紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)問(wèn)隔距離的測(cè)量誤差 拉線或紙帶不與木板平行等都會(huì)造 成誤差 2 因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差 本實(shí)驗(yàn)中用重物的重力代替小車受到的拉力 實(shí)際上小車受到的拉力要 小于重物的重力 存在系統(tǒng)誤差 重物質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量 誤差就越大 反之 重物質(zhì)量越小于小 車的質(zhì)量 誤差就越小 3 平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差 在平衡摩擦力時(shí) 除了不掛重物外 其他的都跟正式實(shí)驗(yàn)一樣 比如要掛 好紙帶 接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 勻速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離相等 題型講解題型講解 1 誤差分析 在 驗(yàn)證牛頓第二定律 實(shí)驗(yàn)中 研究加速度與力的關(guān)系時(shí)得到如圖所示的圖像 試分析其原因 用心 愛(ài)心 專心 13 解析解析 在做 關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí) 用砂和砂桶重力mg代替了小車所受的拉力F 如圖所示 事實(shí)上 砂和砂桶的重力mg與小車所受的拉力F是不相等的 這是產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因 為此 必 須根據(jù)牛頓第二定律分析mg和F在產(chǎn)生加速度問(wèn)題上存在的差別 由圖像經(jīng)過(guò)原點(diǎn)知 小車所受的摩擦 力已被平衡 設(shè)小車實(shí)際加速度為a 由牛頓第二定律可得 即 若視 設(shè)這種情況下小車的加速度為 則 在本實(shí)驗(yàn)中 M保持不變 與 mg F 成正比 而實(shí)際加速度a與mg成非線性關(guān)系 且m越大 圖像斜率越小 理想情況下 加速度a 與實(shí)際加速度a差值為 上式可見(jiàn) m取不同值 不同 m越大 越大 當(dāng) 時(shí) 這就是要求該實(shí)驗(yàn)必須滿足 的原因所在 本題誤差是由于砂及砂桶質(zhì)量較大 不能很好滿足 造成的 點(diǎn)評(píng) 本實(shí)驗(yàn)的誤差因原理不完善引起的誤差 本實(shí)驗(yàn)用砂和砂桶的總重力 mg 代替小車的拉力 而實(shí)際 小車所受的拉力要小于砂和砂桶的總重力 這個(gè)砂和砂桶的總質(zhì)量越接近小車和砝碼的總質(zhì)量 誤差越大 反之砂和砂桶的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的總質(zhì)量 由此引起的誤差就越小 因此滿足砂和砂桶的總質(zhì)量 m 遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量 M 的目的就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差 此誤差可因?yàn)?而減小 但不可能消去此誤差 2 摩擦力的平衡 在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車做 驗(yàn)證牛頓第二定律 的實(shí)驗(yàn)時(shí) 實(shí)驗(yàn)前為什么要平衡摩擦力 應(yīng)當(dāng)如何 平衡摩擦力 解析解析 牛頓第二定律表達(dá)式 中的 F 是物體所受的合外力 在本實(shí)驗(yàn)中 如果不采用一定的 辦法平衡小車及紙帶所受的摩擦力 小車所受的合外力就不只是細(xì)繩的拉力 而應(yīng)是細(xì)繩的拉力和系統(tǒng)所 受的摩擦力的合力 因此 在研究加速度 a 和外力 F 的關(guān)系時(shí) 若不計(jì)摩擦力 誤差較大 若計(jì)摩擦力 其大小的測(cè)量又很困難 在研究加速度 a 和質(zhì)量 m 的關(guān)系時(shí) 由于隨著小車上的砝碼增加 小車與木板間 的摩擦力會(huì)增大 小車所受的合外力就會(huì)變化 此時(shí)長(zhǎng)板是水平放置的 不滿足合外力恒定的實(shí)驗(yàn)條件 因此實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力 用心 愛(ài)心 專心 14 應(yīng)如何平衡摩擦力 怎樣檢查平衡的效果 有人是這樣操作的 把如圖所示裝置中的長(zhǎng)木板的右端墊 高一些 使之形成一個(gè)斜面 然后把實(shí)驗(yàn)用小車放在長(zhǎng)木板上 輕推小車 給小車一個(gè)沿斜面向下的初速 度 觀察小車的運(yùn)動(dòng)情況 看其是否做勻速直線運(yùn)動(dòng) 如果基本可看作勻速直線運(yùn)動(dòng) 就認(rèn)為平衡效果較 好 這樣操作有兩個(gè)問(wèn)題 一是在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始以后 阻礙小車運(yùn)動(dòng)的阻力不只是小車受到的摩擦力 還有打 點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔