高一物理力學單位制;牛頓第二定律的應用人教實驗版知識精講

1、高一物理力學單位制；牛頓第二定律的應用人教實驗版【本講教育信息 】一 . 教學內(nèi)容：力學單位制；牛頓第二定律的應用知識要點：1. 知道單位制的意義。了解什么是單位制，知道力學中的三個基本單位。2. 認識單位制在物理計算中的作用。3. 應用牛頓第二定律解決超重失重問題。4. 進一步解決牛頓第二定律問題。重點、難點解析：一、力學單位制1. 基本單位和導出單位我們選定幾個物理量的單位作為基本單位， 基本單位是人為規(guī)定的。 利用物理公式由基本單位推導出來的其他物理量的單位，叫做導出單位。注：物理公式在確定物理量的數(shù)量關系的同時，也確定了物理量的單位關系。2. 單位制基本單位和導出單位一起組成單位制，例

2、如國際單位制。3. 力學單位制在力學中選定長度、 質量和時間這三個物理量的單位作為基本單位， 根據(jù)力學公式就可以推導出其余物體量（如速度、加速度、力等）的單位，它們一起組成了力學單位制。注：在國際單位制 （ S1）中，力學的三個基本單位分別長度單位是米， 質量單位是千克，時間單位是秒。另外，國際單位制在熱學、電學、光學中還有四個基本單位，以后將進一步學習。4. 單位制在物理計算中的作用在物理計算中， 如果所有已知量都用同一單位制中的單位表示，計算結果就一定是用該單位制中的單位表示的，所以， 在計算過程中就不必一一寫出各個量的單位，直接在結果中寫出所求物理量的單位即可。計算前注意先要把各已知量的

3、單位統(tǒng)一為同一單位制中的單位。在物理計算中，一般采用國際單位制。單位制的意義是什么對一個物理量進行定量描述，僅僅用一個數(shù)是不夠的，一定得在數(shù)后帶有單位，同一個物理量，選用不同單位其數(shù)不同。 在研究物理問題中，用物理概念、物理規(guī)律研究物理與物理量的關系時，物理單位要跟隨物理量參與運算。物理單位進入物理關系的數(shù)學表達式，對準確理解物理概念、物理關系很有幫助，但表達式繁雜。 選用了統(tǒng)一的單位制后，每一個物理量在這一單位制中有確定的單位，進行物理運算時，可以只計算數(shù)據(jù)，不必帶單位，從而使物理運算簡化。 “ kg、 m、 s” 在力學中有最基本的地位，用這些物理量的單位做基本單位后， 可使基本單位的數(shù)目

4、最少，所以在力學中規(guī)定m、kg、s 為國際單位制的基本單位。二、超重和失重1. 彈簧秤是測量力的儀器，用彈簧秤來測量物體的重力。只有在物體處于平衡時，彈簧的彈力才等于物體重力的大小。2. 超重：當物體具有向上的加速度時，物體對支持物的壓力（或對懸線的拉力）大于物用心愛心專心體所受的重力的現(xiàn)象稱為超重（overweigh ）現(xiàn)象。由此可知： 產(chǎn)生超重現(xiàn)象的條件是物體具有向上的加速度，它與物體運動速度的大小和方向無關。 超重包括加速上升和減速下降兩種情況。3. 失重：當物體具有向下的加速度時，物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）小于物體所受的重力的現(xiàn)象，稱為失重（weightlessness）現(xiàn)

5、象。由此可知： 產(chǎn)生失重現(xiàn)象的條件是物體具有向下的加速度，它與物體運動速度的大小和方向無關。 失重現(xiàn)象包括加速下降和減速上升兩種情況。4. 完全失重：物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）等于0 的狀態(tài)，叫做完全失重狀態(tài)。產(chǎn)生完全失重現(xiàn)象的條件：當物體豎直向下的加速度等于g 時，就產(chǎn)生完全失重現(xiàn)象。如何正確理解“超重” 、“失重”的本質超重不是重力增加，失重不是重力減小，完全失重不是重力消失。在超、失重現(xiàn)象中，重力不變 ，僅是“視重”的變化。在完全失重狀態(tài)下，平常重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都不存在。三、關于輕繩、輕彈簧的問題1. 輕繩（ 1）拉力的方向一定沿繩。 （ 2）同一根繩上各處的拉力大小都

6、相等。（ 3）認為受力形變極微，看作不可伸長。 （ 4）彈力可作瞬間變化 。2. 輕彈簧（ 1）各處的彈力大小相等，方向與彈簧形變的方向相反。（ 2）彈力的大小遵循 F kx 的關系。（ 3）彈簧的 彈力不能發(fā)生突變。四、關于臨界問題處理的基本方法是1. 要詳細分析物理過程，根據(jù)條件變化或過程的發(fā)展分析引起的受力情況的變化和狀態(tài)的變化，找到臨界點或臨界條件。2. 常用極限分析法分析臨界點或臨界條件，即利用放大或縮小的思想使問題暴露得更明顯，更突出?！?典型例題 】例 1. 一物體在 2N 的外力作用下，產(chǎn)生 10cms2 的加速度，求該物體的質量。下面有幾種不同的求法，其中單位運用正確、簡潔而

7、又規(guī)范的是：A.mF a2 kg0.2kg10B.mF a2Nkg m s220kg0.1m s220m s2C. mF a2 kg20kg0.1D.mF a220kg0.1解析： 本題考查了單位制的應用。在進行數(shù)量運算的同時，也要把單位帶進運算。帶單位運算時， 每一個數(shù)據(jù)均要帶上單位，且單位換算要準確。也可以把題中的已知量的單位都用心愛心專心用國際單位表示，計算的結果就用國際單位表示，這樣在統(tǒng)一已知量的單位后，就不必一一寫出各個量的單位，只在數(shù)字后面寫出正確單位即可。在備選的四個選項中A 、D 項均錯，B 項解題時過程正確，但不簡潔，只有C 項運算正確，且簡潔而又規(guī)范。答案： C例 2. 一

8、個人站在體重計的測盤上，在人下蹲的過程中，指針示數(shù)變化應是A. 先減小，后還原B. 先增加，后還原C. 始終不變D. 先減小，后增加，再還原解析： 人蹲下的過程經(jīng)歷了加速向下、減速向下和靜止這三個過程。在加速向下時，人獲得向下的加速度a，由牛頓第二定律得：mg FN maFNm（g a） <mg由此可知彈力FN 將小于重力 mg，在向下減速時，人獲得向上的加速度a，由牛頓第二定律得：FNmg=maFNm（g+a） >mg彈力 FN 將大于 mg，當人靜止時， FN=mg答案： D說明 在許多現(xiàn)實生活中， 只要留心觀察， 就會看到超重或失重現(xiàn)象。 例如豎直上拋的物體，無論是上升過程還

9、是下降過程，都會出現(xiàn)失重現(xiàn)象。我國用新型運載火箭發(fā)射的“神舟號”宇宙飛船，無論是發(fā)射過程還是回收過程，都會出現(xiàn)超、失重現(xiàn)象。例 3. 如圖所示， 一質量為m 的小球在水平細線和與豎直方向成角的彈簧作用下處于靜止狀態(tài)，試分析剪斷細線的瞬間，小球加速度的大小和方向。解析： 取小球研究，其平衡時的受力示意圖所示，細線拉力大小為：F 'mg tan彈簧拉力大?。篎mg cos用心愛心專心若剪斷細線，則拉力F突變?yōu)榱?。但彈簧的伸長量不突變，故彈簧的彈力不突變，此時小球只受兩個力的作用。 在豎直方向上， 彈簧拉力的豎直分量仍等于重力， 故豎直方向上仍受力平衡；在水平方向上，彈簧彈力的水平分量：Fx

10、F sinmg sincosmg tan力 Fx 提供加速度，故剪斷細線瞬間，小球的加速度大小為：Fxg tanam加速度的方向為水平向右。答案： ag tan ，方向水平向右。說明 若物體受多個力的作用而保持平衡， 當去掉一個力的瞬間， 在剩余的力不突變的前提下，剩余力的合力大小就等于去掉的那個力的大小，方向與去掉的那個力的方向相反，利用此結論可以很方便地解決類似問題。拓展應用 若將彈簧也換成細線，在剪斷水平細線的瞬間，小球的加速度大小和方向又會怎樣 ?當水平細線剪斷時，連結小球的另一細線的彈力會發(fā)生突變。小球受到的合外力與繩垂直，如圖所示，合外力F合mg sin，則小球的加速度agsin例

11、 4. 如圖 （ a）所示，電梯與水平面夾角為 30°，當電梯加速向上運動時，人對梯面的壓力是其重力的 65，則人與梯面間的摩擦力是其重力的多少倍?解析： 對人進行受力分析，重力mg，支持力FN，摩擦力 F（摩擦力方向一定與接觸面平行，由加速度的方向推知F水平向右建立直角坐標系： 取水平向右 （即 F的方向） 為 x 軸正方向， 豎直向上為 y 軸正方向，此時只需分解加速度，其中axacos30°， ay asin30°（如圖（ b）根據(jù)牛頓第二定律有x 方向： F max macos30°y 方向： FN mg may=masin30 °6又

12、 FN = mg5聯(lián)立得： F=3mg。5用心愛心專心例 5. 如圖所示，質量為m 的物體通過繩子連接放在傾角為的光滑斜面上，讓斜面以加速度 a 沿圖示方向運動時，穩(wěn)定后，繩子的拉力是多大?解析：本題中由于加速度a 是一個沒有確定的量，這就隱含著加速度發(fā)生變化的過程中，物體所受的合外力一定發(fā)生變化?？梢岳脴O限分析法， 當斜面的加速度增大到某一數(shù)值時，物體可能離開斜面發(fā)生突變。設物體剛要離開斜面，即當斜面對物體支持力FN 0 時，其加速 度 的大 小為a0 ， 此時物體 受力 如 圖甲 所示 ，在 水 平方 向由牛 頓第 二定 律可得 ：mg cotma0 ,a0g cot因此當 a<a

13、0 時，物體將一定在斜面上，其受力圖如圖乙所示。當 a>a0 時，物體已離開斜面，此時物體受力圖如圖丙所示，設此時繩子與水平方向之間的夾角 a（ a< ），然后由牛頓第二定律即可解答，步驟如下：當 a a0 g cot 時，物體在斜面上，受力圖如上圖乙所示，建立直角坐標系，根據(jù)牛頓第二定律可得FT1 cosFN sinmaFT1 sinFN cosmg聯(lián)立可得 FT1m( g sina cos ) ，即當 agcot時，斜面對物體有支持力，此時繩子的拉力為m(g sina cos ) 。當 a>a0=gcot 時，物體將離開斜面“飄”起來，其受力分析圖如圖丙所示。設此時繩子和

14、水平方向的夾角為a，則牛頓第二定律得：FT 2sin mgFT 2cos=ma解得 FT 2 mg 2a2 ，即當 a>gcot時，斜面對物體沒有支持力，物體離開了斜面 “飄”了起來，此時繩子的拉力為mg 2a2 。用心愛心專心【模擬試題 】1.下列哪組單位都是國際單位制中的基本單位（）A. 千克、秒、牛頓B. 千克、米、秒C. 克、千米、秒D. 牛頓、克、米a 20cm s2，則關于它所受的合力的大小及2.質量 m200g 的物體，測得它的加速度單位，下列運算既正確又符合一般運算要求的是（）A. F200204000NB. F=0.20.2N 0.04NC. F=0.20.2 0.04

15、ND. F 0.2kg 0.2m s2 0.04N3.關于超重和失重，下列說法正確的是（）A. 超重就是物體受到的重力增加了B. 失重就是物體受到的重力減少了C. 完全失重就是物體一點重力都沒有了D. 不論超重、失重或完全失重，物體所受的重力是不變的4. 原來做勻速運動的升降機內(nèi)，有一被伸長的彈簧拉住的具有一定質量的物體A 靜止在地板上，如圖所示，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)A 突然被彈簧拉向右方，由此可判斷，此時升降機的運動情況可能是（）A. 加速上升B. 減速上升C. 加速下降D. 減速下降5. 某電梯中用細繩靜止懸掛一重物，當電梯在豎直方向運動時，突然發(fā)現(xiàn)繩子斷了，由此判斷此時電梯的情況是（）A. 電梯一定是

16、加速上升B. 電梯可能是減速上升C. 電梯可能勻速向上運動D. 電梯的加速度方向一定向上6. 用手提著一根下端固定一重物的輕彈簧，豎直向上做加速運動，當手突然停止運動的瞬間，重物會（）A. 立即停止運動B. 開始向上減速運動C. 開始向下加速運動D. 繼續(xù)向上加速運動7.物理公式在確定了物理量的關系的同時，也確定了物理量的關系。8.現(xiàn)有下列物理量或單位，按下面的要求填空。（只填代號）A. 力B. 米秒C. 牛頓D. 加速度E. 質量F. 秒G. 厘米H. 長度I. 時間J. 千克K.米（ 1）屬于物理量的是。（ 2）在國際單位制中，其單位作為基本單位的物理量有。（3）在國際單位制中屬于基本單位的是，屬于導出單位的是。9.重 2kg 的物體用彈簧秤掛在可豎直升降的電梯里，讀數(shù)為26N ，由此可知，該物體處于狀態(tài)，電梯做運動，其加速度大小等于m s2 。（ g 取 10ms2）10. 某人在以 a 2m s2 勻加速下降的升降機中最多能舉起m1=75kg 的物體，則此人在地用心愛心專心面上最多可舉起多大質量的物體?若此人在一勻加速上升的升降機中最多能舉起m2 50kg的物體，則此升降機的加速度為多大?（g 取