高一物理牛頓第一定律 牛頓第二定律人教實驗版知識精講

1、用心 愛心 專心高一高一物理牛頓第一定律物理牛頓第一定律 牛頓第二定律牛頓第二定律人教實驗版人教實驗版【本講教育信息本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容： 牛頓第一定律 牛頓第二定律二. 知識要點(diǎn)： 1. 知道伽利略的理想實驗及其推理過程，知道理想實驗是科學(xué)研究的重要方法。 2. 理解牛頓第一定律的內(nèi)容和意義。3. 知道什么是慣性，會正確解釋有關(guān)慣性的日?，F(xiàn)象。理解力是使物體產(chǎn)生加速度的原因、質(zhì)量是慣性大小的量度。4. 知道得出加速度和力的關(guān)系的實驗，理解加速度和力的關(guān)系。5. 知道得出加速度和質(zhì)量關(guān)系的實驗，理解加速度和質(zhì)量的關(guān)系。 6. 理解牛頓第二定律，知道牛頓第二定律表達(dá)式的確切含義。 7.

2、知道國際單位制中力的單位是怎樣定義的。8. 掌握牛頓第二定律并能進(jìn)行有關(guān)計算。三. 重點(diǎn)、難點(diǎn)解析：（一）牛頓物理學(xué)的基石（一）牛頓物理學(xué)的基石慣性定律慣性定律 1. 牛頓第一定律也叫慣性定律。內(nèi)容：一切物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，直到作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)為止。 2. 慣性：物體保持原來的勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫慣性。 3. 慣性與質(zhì)量：質(zhì)量是慣性大小的唯一量度。4. 物體運(yùn)動快慢的改變和運(yùn)動方向的改變，即速度的改變叫運(yùn)動狀態(tài)的改變。 如何正確理解牛頓第一定律如何正確理解牛頓第一定律? 對牛頓第二定律應(yīng)從以下幾個方面來理解： 1. 明確了慣性的概念： 定律的前半句

3、話“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)” ，揭示了物體所具有的一個重要的屬性慣性，即物體保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，牛頓第一定律指出一切物體在任何情況下都具有慣性。 2. 確定了力的含義： 定律的后半句話“直到有外力迫使它改變這種運(yùn)動狀態(tài)為止” ，實際上是對力的定義，即力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，并不是維持物體運(yùn)動的原因，這一點(diǎn)要切實理解。 3. 定性揭示了力和運(yùn)動的關(guān)系： 牛頓第一定律指出物體不受外力作用時的運(yùn)動規(guī)律，它描述的只是一種理想狀態(tài)，而實際中不受外力作用的物體是不存在的，當(dāng)物體所受合外力為零時，其效果跟不受外力作用相同。因此，可以把“不受外力作用”理解為“合外力為零

4、” 。 如何理解慣性如何理解慣性? 1. 慣性是物體的固有屬性：一切物體都具有慣性。 2. 慣性與運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)：不論物體是處于怎樣的運(yùn)動狀態(tài)，慣性總是存在的，當(dāng)物體原來靜止時，它一直“想”保持這種靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)物體運(yùn)動時，它一直“想”以那一時刻的速度做勻速直線運(yùn)動。3. 慣性與物體是否受力無關(guān)，與速度大小無關(guān)。用心 愛心 專心（二）實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（二）實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系方法探究研究“牛頓第二定律”實驗所研究的是物體運(yùn)動的加速度與物體所受外力 F 的關(guān)系，物體運(yùn)動的加速度與物體的質(zhì)量 m 的關(guān)系，即、F、m 間的關(guān)系。由于加速度隨 F、物aa體的質(zhì)量 m 的變化而同

5、時發(fā)生變化，所以它們間的關(guān)系難以確定。實驗中為了研究三者的關(guān)系可采用控制變量法，所謂控制變量法，就是將具有某種相互聯(lián)系的三個或多個物理量中的一個或幾個加以控制，使之保持不變，研究另外兩個物理量之間的關(guān)系；此后再控制另一個物理量，使之保持不變，研究剩余的兩個物理量之間的關(guān)系。本實驗在研究、F、m 之間的關(guān)系時，先控制物體的質(zhì)量 m 不變，改變力 F 的大小，a研究與 F 的關(guān)系；再控制物體所受的外力 F 不變，改變物體的質(zhì)量 m，研究與 m 的定aa量關(guān)系；最后將二者加以歸納綜合，得出、F、m 三者之間的定量關(guān)系。a實驗裝置（參考課本案例）如圖所示，取兩個質(zhì)量相同的小車，放在光滑的水平板上，小車

6、的前端各系上細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放上砝碼，使兩小車在繩的拉力作用下做勻加速運(yùn)動。實驗時，要求砝碼跟小車相比質(zhì)量較小，則小車所受的水平拉力 F 的大小可以認(rèn)為等于砝碼（包括砝碼盤）所受重力的大小，車的后端也分別系上細(xì)繩，用一只夾子夾住這兩根繩，以同時控制兩輛小車，使它們同時運(yùn)動和停止運(yùn)動。實驗說明（參考課本案例）1. 本實驗中是將小車放在光滑的水平板上，忽略了小車所受木板對它的滑動摩擦力 F。事實上，水平板是很難做到光滑的，且小車所受木板對它的滑動摩擦力 F，隨小車質(zhì)量的變化而變化，這樣給驗證實驗過程帶來了不必要的麻煩。一方面需要測定滑動摩擦因數(shù)，另一方面還要測量、計

7、算每次改變小車的質(zhì)量后的摩擦力，顯然大大增加了實驗的難度。因此，實際操作中常采用平衡摩擦力的方法將實驗簡化。即將表面平整的木板的一端墊起，使放在它上表面的小車所受重力沿斜面的分量與摩擦阻力sinmgG 相等，即，此時無論物體的質(zhì)量怎樣變化只要成立，cosFmgtantan就一定存在，于是實現(xiàn)了化“變”為“不變” ，即平衡了摩擦力之后的實驗就等效FG 于物體不受摩擦阻力作用，這樣小車受到的合外力就是細(xì)線對小車的拉力。注意 平衡摩擦力時要使小車拖著紙帶，使紙帶通過打點(diǎn)計時器，并且使打點(diǎn)計時器處于工作狀態(tài)，通過打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線運(yùn)動，從而判斷是否已經(jīng)平衡了摩擦力。2. 怎樣提供和測量物

8、體所受恒力可以用小盤和砝碼牽引小車，使小車做勻加速運(yùn)動的力近似地與小盤和砝碼的重力相等。注意：用心 愛心 專心（1）砝碼（及盤）跟小車相比質(zhì)量很小，細(xì)繩對小車的拉力可近似地等于砝碼所受的重力。（2）實驗是通過改變盤中砝碼的數(shù)目來改變繩對小車?yán)Φ拇笮〉?。（三）牛頓第二定律（三）牛頓第二定律 1. 內(nèi)容：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。加速度的方向跟作用力的方向相同。當(dāng)物體受多個力作用時，牛頓第二定律可表述為：物體的加速度跟合外力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。加速度的方向跟合外力的方向相同。2. 數(shù)學(xué)表達(dá)式：F合=ma。注意 公式的同體性、矢量性、瞬時性3. 物理意義：反映了物體的

9、加速度與所受外力的合力及物體的質(zhì)量間的關(guān)系。說明物體的加速度由合外力和物體的質(zhì)量決定。4. 牛頓第二定律的適用范圍：宏觀低速物體。 力的單位 1. 牛頓的含義：在國際單位制中，力的單位是牛頓，符號 。它是根據(jù)牛頓第二定律定義的：使質(zhì)量為 1kg 的物體產(chǎn)生 1m/s2加速度的力，叫做 1N。2. 比例關(guān)系 k 的含義：根據(jù) Fkma 知，kFma，因此 k 在數(shù)值上等于使單位質(zhì)量的物體產(chǎn)生單位加速度的力的大小。k 的大小由 F、m、a 三者的單位共同決定，三者取不同的單位 k 的數(shù)值不一樣，在國際單位制中，k1，由此可知，在應(yīng)用公式 Fma 進(jìn)行計算時，F(xiàn)、m、a 的單位必須統(tǒng)一為國際單位制中

10、相應(yīng)的單位?！镜湫屠}典型例題】例例 1 在車廂內(nèi)光滑的水平桌面上放一小球，當(dāng)火車突然啟動向右運(yùn)動時，相對于車廂小球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動?相對于地面小球又將怎樣運(yùn)動?如果桌面是粗糙的，小球的運(yùn)動情況又如何改變?解析解析 小球原來與車廂一起處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)火車突然啟動向右運(yùn)動時，由于小球具有慣性，還要保持原來的相對地面的靜止?fàn)顟B(tài)，所以小球相對于車廂要向左運(yùn)動。如果此時桌面是光滑的，小球的水平方向就不受力，將相對于車廂以火車相對地面的速度大小向相反方向運(yùn)動，只要桌面足夠大，小球的運(yùn)動就不會停止。因而，小球相對于車廂運(yùn)動的距離和火車相對于地面運(yùn)動的距離始終是相等的，所以，小球在這一瞬間將是相對于車廂向左運(yùn)動的

11、，而相對于地面是靜止的。如果此時桌面是粗糙的，小球雖然相對于車廂向左運(yùn)動，但由于水平方向受到了摩擦阻力，不斷地改變著小球向左的運(yùn)動速度的大小，使得小球向左的速度越來越小，最終停止運(yùn)動，相對于車廂保持靜止，所以小球在火車啟動瞬間將相對于車廂向左運(yùn)動，相對于地面卻在向右運(yùn)動。答案答案 見解析。說明說明 分析慣性現(xiàn)象問題時，要注意掌握正確的分析方法，通常解決這類問題的一般思路為：（1）分析物體原來處于何種狀態(tài)；（2）發(fā)生了什么特殊情況；（3）找到哪個物體還要保持原來的什么運(yùn)動狀態(tài)；（4）產(chǎn)生了什么現(xiàn)象；（5）最終會導(dǎo)致什么樣的結(jié)果。值得注意的是：靜止是速度為零的一種運(yùn)動狀態(tài)。用心 愛心 專心例例 2

12、 有哪些方法可以驗證與 F 的正比例關(guān)系?a解析解析 方法一 直接驗證（1）比例法：驗證：或 1122FaFa1212FFaa（2）圖象法：作F 圖象，看其是否為過原點(diǎn)的直線a方法二 間接驗證 根據(jù)本實驗設(shè)計，兩車同時運(yùn)動，同時停止，具有相同的運(yùn)動時間，因為，212xat所以1122xaxa 由此可見，只要驗證 x 與 F 的正比例關(guān)系即可。 答案答案 見解析。 說明說明 這種方法可以推導(dǎo)驗證物理學(xué)中的各種正比例關(guān)系。例例 3 靜止在光滑水平面上的物體，受到一個水平拉力，在力剛開始作用的瞬間，下列說法中正確的是A. 物體立即獲得加速度和速度 B. 物體立即獲得加速度，但速度仍為零 C. 物體立

13、即獲得速度，但加速度仍為零 D. 物體的速度和加速度均為零 解析解析 由牛頓第二定律的瞬時性可知，力作用的瞬時即可獲得加速度，但無速度。 答案答案 B 說明說明 力是加速度產(chǎn)生的原因，加速度是力作用的結(jié)果，加速度和力之間，具有因果性、瞬時性、矢量性。 例例 4 如圖所示，沿水平方向做勻變速直線運(yùn)動的車廂中，懸掛小球的懸線偏離豎直方向 37o角，球和車廂相對靜止，球的質(zhì)量為 1kg。 （g10m/s2，sin37o=0.6，cos37o0.8）（1）求車廂運(yùn)動的加速度并說明車廂的運(yùn)動情況。（2）求懸線對球的拉力。解析解析 （1）球和車廂相對靜止，它們的速度情況相同，由于對球的受力情況知道的較多，

14、故應(yīng)以球為研究對象，球受兩個力作用：重力 mg 和線的拉力 F，由于球隨車一起沿水平方向做勻變速直線運(yùn)動，故其加速度沿水平方向，合外力沿水平方向，做出平行四邊形如圖所示。球所受的合外力為用心 愛心 專心tan37Fmg合由牛頓第二定律可求得Fma合球的加速度為2tan377.5/Fagm sm合 加速度方向水平向右。 車廂可能水平向右做勻加速直線運(yùn)動，也可能水平向左做勻減速直線運(yùn)動。 （2）由圖示可得，線對球的拉力大小為 1 1012.5cos370.8mgFNN 答案答案 見解析。 說明說明 本題解題的關(guān)鍵是根據(jù)小球的加速度方向，判斷出物體所受合外力的方向，然后畫出平行四邊形，解其中的三角形

15、就可求得結(jié)果。例例 5 如圖所示，一物體質(zhì)量為 m=100kg，放于汽車上，隨車一起沿平直公路勻加速運(yùn)動，加速度大小為，已知物體與車底板間的動摩擦因數(shù)為，求物體所21.0/am s0.3受的摩擦力。 解析解析 物體隨車一起向右作勻加速運(yùn)動，其加速度水平向右，由加速度與合力方向相同可知，此時，物體所受的靜摩擦力方向必水平向右，則物體受力如圖所示，據(jù)牛頓第二定律得。用心 愛心 專心 在水平方向上有： 。100 1.0100FmaNN 即物體所受靜摩擦力大小為 100N，方向水平向右。 答案答案 100N 水平向右 說明說明 （1）利用牛頓第二定律求靜摩擦力的大小和方向較方便。（2）同學(xué)們可以自己利

16、用牛頓第二定律分析一下，當(dāng)汽車剎車時（貨物在車上不滑動）時，貨物所受靜摩擦力的大小和方向。與用假設(shè)接觸面光滑法判斷靜摩擦力方向相比較，利用牛頓第二定律法往往會更方便!【模擬試題模擬試題】1. 關(guān)于牛頓第一定律，下列說法正確的是 （ ）A. 牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時物體的運(yùn)動規(guī)律B. 牛頓第一定律就是慣性C. 不受外力作用時，物體運(yùn)動狀態(tài)保持不變是由于物體具有慣性D. 運(yùn)動物體的狀態(tài)發(fā)生變化時，物體必定受到外力的作用2. 關(guān)于慣性，以下說法正確的是 （ ）A. 人在走路時沒有慣性，被絆倒時才有慣性B. 百米賽跑到達(dá)終點(diǎn)時不能立即停下來是由于慣性，停下來后也就沒有慣性了C. 物體在不受

17、外力作用時有慣性，受到外力作用后慣性就被克服了D. 物體的慣性與物體的運(yùn)動狀態(tài)和受力情況均無關(guān)3. 下列情況下，物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化的是 （ ）A. 火車進(jìn)站時B. 汽車轉(zhuǎn)彎時C. 勻速上升的電梯D. 將物體沿水平方向拋出，物體在空中飛行時4. 列車沿東西方向直線運(yùn)動，車?yán)锕饣烂嬗幸恍∏颍丝涂吹叫∏蛲蝗谎刈烂嫦驏|滾動，則列車可能是 （ ）A. 以很大的速度向西做勻速運(yùn)動B. 向西做減速運(yùn)動C. 向西做加速運(yùn)動D. 向東做減速運(yùn)動5. 在做探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗時 （ ） A. 應(yīng)使沙和小桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量，以減小實驗誤差 B. 可以用天平測出小桶和沙的總質(zhì)量 m1

18、，小車和砝碼的總質(zhì)量 m2，根據(jù)公式，求出小車的加速度12am g m C. 處理實驗數(shù)據(jù)時采用描點(diǎn)法畫圖象，是為了減少誤差D. 處理實驗數(shù)據(jù)時采用圖象，是為了便于根據(jù)圖線直觀地作出判斷1aM6. 關(guān)于速度、加速度、合外力之間的關(guān)系，正確的是 （ ） A. 物體的速度越大，則加速度越大，所受的合外力也越大 B. 物體的速度為零，則加速度為零，所受的合外力也為零 C. 物體的速度為零，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大 D. 物體的速度很大，但加速度可能為零，所受的合外力也可能為零用心 愛心 專心7. 從牛頓第二定律知道，無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度，可是當(dāng)我們用一個很小的力去推很

19、重的桌子時，卻推不動它，這是因為 （ ） A. 牛頓第二定律不適用于靜止的物體 B. 桌子的加速度很小，速度增量極小，眼睛不易覺察到 C. 推力小于靜摩擦力，加速度是負(fù)的 D. 桌子所受的合力為零8. 質(zhì)量為 1kg 的物體受 3N 和 4N 的兩個共點(diǎn)力的作用，物體的加速度可能是 （ ） A. 5ms2 B. 7ms2 C. 8ms2 D. 9ms29. 用 3N 的水平恒力，在水平面上拉一個質(zhì)量為 2kg 的木塊，從靜止開始運(yùn)動，2s 內(nèi)的位移為 2m。則木塊加速度為 （ ） A. 0.5ms2 B. 1ms2 C. 1.5ms2 D. 2ms210. 質(zhì)量為 m 的木塊位于粗糙水平面上，

20、若用大小為 F 的水平恒力拉木塊，其加速度為a，當(dāng)拉力方向不變，大小變?yōu)?2F 時。木塊的加速度為 a，則 （ ） A. aa B. a2a D. a2a 11. 如圖所示，位于水平地面上的質(zhì)量為 M 的小木塊，在大小為 F，方向與水平方向成角的拉力作用下沿地面作勻加速運(yùn)動。若木塊與地面之間的動摩擦因數(shù)為，則木塊的加速度為（ ）A. FMB. FcosMC. （FcosMg）MD. Fcos （MgFsin）M 12. 玻璃杯底壓一張紙（如圖） ，用手將紙以很大的均勻的速度抽出，由于慣性，玻璃杯只有較小的位移，如果抽紙的速度相同，壓住紙的位置相同，而杯中水質(zhì)量不同，則下列說法中正確的是 （ ） A. 杯中盛水少時和盛水多時，杯子位移相同B. 杯中盛水少時比盛水多時，杯子位移大C. 杯中盛水多時比盛水少時，杯子位移大D. 杯子位移大小應(yīng)由杯中兩次盛水質(zhì)量的比值決定13. 在車廂的頂板上用細(xì)繩掛著一個小球，如圖所示，在下列情況下可對車廂的運(yùn)動情況得出怎樣的判斷：（1）細(xì)線豎直懸掛 。用心 愛心 專心（2）細(xì)線向圖中左方偏斜 。 14. 實驗中沙和桶的總質(zhì)量 M 和車與砝碼的總質(zhì)量 m 間必須滿足的條件是 。實驗中打出的紙帶如圖所示。相鄰計數(shù)點(diǎn)