本單元內(nèi)容包括力的概念及其計算方法,重力、彈力、摩擦力的概念及其計算,牛頓運動定律,物體的平衡,失重和超重等概念和規(guī)律。其中重點內(nèi)容重力、彈力和摩擦力在牛頓第二定律中的應(yīng)用,這其中要求學(xué)生要能夠建立起正確的“運動和力的關(guān)系”。因此,深刻理解牛頓第一定律,則是本單元中運用牛頓第二定律解決具體的物理問題的基礎(chǔ)。
本單元中所涉及到的基本方法有:力的分解與合成的平行四邊形法則,這是所有矢量進行加、減法運算過程的通用法則;運用牛頓第二定律解決具體實際問題時,常需要將某一個物體從眾多其他物體中隔離出來進行受力分析的“隔離法”,隔離法是分析物體受力情況的基礎(chǔ),而對物體的受力情況進行分析又是應(yīng)用牛頓第二定律的基礎(chǔ)。因此,這種從復(fù)雜的對象中隔離出某一孤立的物體進行研究的方法,在本單元中便顯得十分重要?!?/div>
1、牛頓第一定律(即慣性定律)
一切物體總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。
2、對定律應(yīng)從以下幾個方面理解:
(1)、物體總保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì)叫慣性。一切物體都具有慣性。慣性是物體的固有屬性。其大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)。與物體是否受力以及處于什么狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)物體受合外力為零時,表現(xiàn)為保持靜止或勻速直線運動狀態(tài);當(dāng)物體所受所合外力不為零時,慣性則使物體表現(xiàn)出具有維持原來運動狀態(tài)不變的趨勢。慣性的大小體現(xiàn)了物體運動狀態(tài)改變的難易程度。
(2)定律是指物體不受外力(客觀上難找到)或所受合外力為零,物體才保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)不變;有外力(合外力不為零)物體的運動狀態(tài)(或形變)發(fā)生變化。
(3)、物體的運動并不需要力來維持,力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因。
(4)牛頓第一定律不能用實驗直接驗證,而是通過如伽里略斜面實驗等大量事實基礎(chǔ)上的邏輯推理結(jié)果。
(5)牛頓第一定律只適用于低速運動、宏觀物體。物體的運動狀態(tài)是指平動、不涉及轉(zhuǎn)動。
3、應(yīng)用定律分析慣性現(xiàn)象及解題的步驟
(1)、分析物體原來的運動狀態(tài),靜止或是勻速直線運動;
(2)、找出物體哪部分受力而改變運動狀態(tài);
(3)、找出物體哪部分不受力而不改變運動狀態(tài);
例題分析
例1、火車在長直水平軌道上勻速行駛,門窗緊閉的車廂內(nèi)有一個人向上跳起,發(fā)現(xiàn)他仍落回到原處,這是因為:(D)
A、人跳起后,廂內(nèi)空氣給他以向前的力,帶著他隨同車一起向前運動;
B、人跳起的瞬間,車廂的地板給他一個向前的力,推動他隨同火車一起向前運動;
C、人跳起后,車在繼續(xù)向前運動,所以人在下落后必定偏后一些,只是由于時間很短,偏后距離太小,不明顯而已;
D、人跳起后直到落地,在水平方向上人和車具有相同的速度;
例2、如圖所示,一個劈形物M放在傾角為θ的斜面上,M上表面呈水平,在M上表面再放一個光滑小球m,開始時,M m都靜止,現(xiàn)讓M加速下滑,則小球在碰到斜面之前的運動軌跡是(B )
A、沿斜面方向的直線;
B、豎直向下的直線;
C、拋物線;
D、無規(guī)則的曲線;
拓展:在上述運動過程中小球?qū)的壓力為多大?(有能力者完成)
二、牛頓第二定律
目的要求
掌握牛頓第二定律,進一步熟悉受力分析。
知識要點
1、牛頓第二定律內(nèi)容:
物體的加速度跟物體所受的合外力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向始終跟合外力方向一致。
2、數(shù)學(xué)表達(dá)式:F=ma
注意:公式中單位:質(zhì)量m的單位是千克(kg);加速度a的單位是米/秒2(m/s2)力F的單位是牛頓(N)----使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力為1N。
3、牛頓第二定律注意從以下“四性”加深理解:
(1)、矢量性:加速度的方向始終與合外力方向一致;
(2)、即時性:F=ma,合外力與加速度在數(shù)值上是瞬時對應(yīng)關(guān)系,F(xiàn)變化,a也隨之發(fā)生變化。但F=ma始終成立;
(3)、相對性:研究F=ma中,只能取靜止或做勻速直線運動的物體為參照物;
(4)、獨立性:作用在物體上有多個力時,每個力都可獨立地產(chǎn)生加速度,而物體運動(合)加速度是各個(分)加速度的矢量和,因此,求物體加速度可以先求合力再通過定律求合加速度,也可以通過定律先求各分力產(chǎn)生的分加速度,再求各分加速度的合加速度。
4、牛頓第二定律只適用于低速、宏觀物體。
例題分析
例1、質(zhì)量為m的木塊位粗糙水平桌面上,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)?F時,木塊的加速度為a1,則:( C )
A、a1=a B、a1﹤2a C、a1﹥2a D、a1=2a
本題隱含摩擦力,合力不是F或2F。
例2、如圖1所示,一輕彈簧上端固定,下端掛一重物,平衡時彈簧伸長了4cm,再將重物向下拉1cm,然后放手,則在釋放的瞬間,重物的加速度是:(g=10m/s2)( A )
A、2.5 m/s2 B、7.5 m/s2 C、10 m/s2 D、12.5 m/s2
本題考查牛頓第二定律的瞬時問題,這類題型的一般求法:
(1)首先分析變化瞬間之前的狀態(tài)(進行受力分析);
(2)判別有哪些力在這一瞬間發(fā)生了變化,哪些力不發(fā)生變化;
(3)再求出變化后物體受的合力,求得加速度。
拓展:本題改為再上移1cm,然后釋放,釋放瞬間物體的加速度又
是多大?方向怎樣?
三、牛頓第二定律應(yīng)用(已知受力求運動)
目的要求
通過受力分析用牛頓第二定律求a,再由運動學(xué)規(guī)律求相關(guān)運動學(xué)量
知識要點
1、牛頓第二定律解題的基本思路:
2、牛頓第二定律解題的基本思路:
(1)仔細(xì)審題,弄清題目所給的物理條件和物理過程,明確要求的物理量;
(2)確定研究對象(物體或系統(tǒng)),靈活采用“整體法”或“隔離法”;
(3)分析研究對象的受力情況,畫出受力圖示:①已知力、②場力、③接觸力(先彈力后摩擦力);
(4)選取坐標(biāo)系,列動力學(xué)方程(坐標(biāo)系選取原則:讓盡可能多矢量的分布在坐標(biāo)軸上);
(5)選擇適當(dāng)?shù)倪\動學(xué)規(guī)律求解運動學(xué)量;
例題分析
例1、如圖所示,一物塊從傾角為Θ,長為S的斜面頂端由靜止開始下滑,物塊與斜面間的滑動摩擦系數(shù)為μ,求物塊滑到底端所需時間?
拓展:如果物體在斜面底端以初速度v0沿斜面上滑,假如物體不會到達(dá)斜面頂端,求物體到斜面底端時的速度,物體上滑和下滑時間誰長?