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1、用心 爱心 专心 高一高一物理牛顿第一定律物理牛顿第一定律 牛顿第二定律牛顿第二定律人教实验版人教实验版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 牛顿第一定律 牛顿第二定律 二 知识要点 1 知道伽利略的理想实验及其推理过程 知道理想实验是科学研究的重要方法 2 理解牛顿第一定律的内容和意义 3 知道什么是惯性 会正确解释有关惯性的日常现象 理解力是使物体产生加速度的原 因 质量是惯性大小的量度 4 知道得出加速度和力的关系的实验 理解加速度和力的关系 5 知道得出加速度和质量关系的实验 理解加速度和质量的关系 6 理解牛顿第二定律 知道牛顿第二定律表达式的确切含义 7 知道国际单位制中力的单
2、位是怎样定义的 8 掌握牛顿第二定律并能进行有关计算 三 重点 难点解析 一 牛顿物理学的基石 一 牛顿物理学的基石 惯性定律惯性定律 1 牛顿第一定律也叫惯性定律 内容 一切物体总保持静止或匀速直线运动状态 直到 作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止 2 惯性 物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性 3 惯性与质量 质量是惯性大小的唯一量度 4 物体运动快慢的改变和运动方向的改变 即速度的改变叫运动状态的改变 如何正确理解牛顿第一定律如何正确理解牛顿第一定律 对牛顿第二定律应从以下几个方面来理解 1 明确了惯性的概念 定律的前半句话 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态
3、揭示了物体所具有 的一个重要的属性 惯性 即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质 牛顿第一 定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性 2 确定了力的含义 定律的后半句话 直到有外力迫使它改变这种运动状态为止 实际上是对力的定义 即力是改变物体运动状态的原因 并不是维持物体运动的原因 这一点要切实理解 3 定性揭示了力和运动的关系 牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律 它描述的只是一种理想状态 而 实际中不受外力作用的物体是不存在的 当物体所受合外力为零时 其效果跟不受外力作 用相同 因此 可以把 不受外力作用 理解为 合外力为零 如何理解惯性如何理解惯性 1 惯性是物体的固有属性 一
4、切物体都具有惯性 2 惯性与运动状态无关 不论物体是处于怎样的运动状态 惯性总是存在的 当物体原 来静止时 它一直 想 保持这种静止状态 当物体运动时 它一直 想 以那一时刻的 速度做匀速直线运动 3 惯性与物体是否受力无关 与速度大小无关 用心 爱心 专心 二 实验 探究加速度与力 质量的关系 二 实验 探究加速度与力 质量的关系 方法探究 研究 牛顿第二定律 实验所研究的是物体运动的加速度与物体所受外力 F 的关系 物体运动的加速度与物体的质量 m 的关系 即 F m 间的关系 由于加速度随 F 物aa 体的质量 m 的变化而同时发生变化 所以它们间的关系难以确定 实验中为了研究三者的 关
5、系可采用控制变量法 所谓控制变量法 就是将具有某种相互联系的三个或多个物理量 中的一个或几个加以控制 使之保持不变 研究另外两个物理量之间的关系 此后再控制 另一个物理量 使之保持不变 研究剩余的两个物理量之间的关系 本实验在研究 F m 之间的关系时 先控制物体的质量 m 不变 改变力 F 的大小 a 研究与 F 的关系 再控制物体所受的外力 F 不变 改变物体的质量 m 研究与 m 的定aa 量关系 最后将二者加以归纳综合 得出 F m 三者之间的定量关系 a 实验装置 参考课本案例 如图所示 取两个质量相同的小车 放在光滑的水平板上 小车的前端各系上细绳 绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘
6、 盘里分别放上砝码 使两小车在绳的拉力作用下做 匀加速运动 实验时 要求砝码跟小车相比质量较小 则小车所受的水平拉力 F 的大小可 以认为等于砝码 包括砝码盘 所受重力的大小 车的后端也分别系上细绳 用一只夹子 夹住这两根绳 以同时控制两辆小车 使它们同时运动和停止运动 实验说明 参考课本案例 1 本实验中是将小车放在光滑的水平板上 忽略了小车所受木板对它的滑动摩擦力 F 事实上 水平板是很难做到光滑的 且小车所受木板对它的滑动摩擦力 F 随小车质量的 变化而变化 这样给验证实验过程带来了不必要的麻烦 一方面需要测定滑动摩擦因数 另一方面还要测量 计算每次改变小车的质量后的摩擦力 显然大大增加
7、了实验的难度 因此 实际操作中常采用平衡摩擦力的方法将实验简化 即将表面平整的木板的一端垫起 使放在它上表面的小车所受重力沿斜面的分量与摩擦阻力 sin mgG 相等 即 此时无论物体的质量怎样变化只要成立 cosFmg tan tan 就一定存在 于是实现了化 变 为 不变 即平衡了摩擦力之后的实验就等效 FG 于物体不受摩擦阻力作用 这样小车受到的合外力就是细线对小车的拉力 注意 平衡摩擦力时要使小车拖着纸带 使纸带通过打点计时器 并且使打点计时器 处于工作状态 通过打出的纸带判断小车是否做匀速直线运动 从而判断是否已经平衡了 摩擦力 2 怎样提供和测量物体所受恒力 可以用小盘和砝码牵引小
8、车 使小车做匀加速运动的力近似地与小盘和砝码的重力相 等 用心 爱心 专心 注意 1 砝码 及盘 跟小车相比质量很小 细绳对小车的拉力可近似地等于砝码所受的 重力 2 实验是通过改变盘中砝码的数目来改变绳对小车拉力的大小的 三 牛顿第二定律 三 牛顿第二定律 1 内容 物体的加速度跟作用力成正比 跟物体的质量成反比 加速度的方向跟 作用力的方向相同 当物体受多个力作用时 牛顿第二定律可表述为 物体的加速度跟合 外力成正比 跟物体的质量成反比 加速度的方向跟合外力的方向相同 2 数学表达式 F合 ma 注意 公式的同体性 矢量性 瞬时性 3 物理意义 反映了物体的加速度与所受外力的合力及物体的质
9、量间的关系 说明物体 的加速度由合外力和物体的质量决定 4 牛顿第二定律的适用范围 宏观低速物体 力的单位 1 牛顿的含义 在国际单位制中 力的单位是牛顿 符号 它是根据牛顿第二 定律定义的 使质量为 1kg 的物体产生 1m s2加速度的力 叫做 1N 2 比例关系 k 的含义 根据 F kma 知 k F ma 因此 k 在数值上等于使单位质量的 物体产生单位加速度的力的大小 k 的大小由 F m a 三者的单位共同决定 三者取不同 的单位 k 的数值不一样 在国际单位制中 k 1 由此可知 在应用公式 F ma 进行计算 时 F m a 的单位必须统一为国际单位制中相应的单位 典型例题典
10、型例题 例例 1 1 在车厢内光滑的水平桌面上放一小球 当火车突然启动向右运动时 相对于车厢 小球将怎样运动 相对于地面小球又将怎样运动 如果桌面是粗糙的 小球的运动情况又如 何改变 解析解析 小球原来与车厢一起处于静止状态 当火车突然启动向右运动时 由于小球具 有惯性 还要保持原来的相对地面的静止状态 所以小球相对于车厢要向左运动 如果此时桌面是光滑的 小球的水平方向就不受力 将相对于车厢以火车相对地面的 速度大小向相反方向运动 只要桌面足够大 小球的运动就不会停止 因而 小球相对于 车厢运动的距离和火车相对于地面运动的距离始终是相等的 所以 小球在这一瞬间将是 相对于车厢向左运动的 而相对
11、于地面是静止的 如果此时桌面是粗糙的 小球虽然相对于车厢向左运动 但由于水平方向受到了摩擦 阻力 不断地改变着小球向左的运动速度的大小 使得小球向左的速度越来越小 最终停 止运动 相对于车厢保持静止 所以小球在火车启动瞬间将相对于车厢向左运动 相对于 地面却在向右运动 答案答案 见解析 说明说明 分析惯性现象问题时 要注意掌握正确的分析方法 通常解决这类问题的一般 思路为 1 分析物体原来处于何种状态 2 发生了什么特殊情况 3 找到哪个物体还要保持原来的什么运动状态 4 产生了什么现象 5 最终会导致什么样的结果 用心 爱心 专心 值得注意的是 静止是速度为零的一种运动状态 例例 2 2 有
12、哪些方法可以验证与 F 的正比例关系 a 解析解析 方法一 直接验证 1 比例法 验证 或 11 22 Fa Fa 12 12 FF aa 2 图象法 作 F 图象 看其是否为过原点的直线a 方法二 间接验证 根据本实验设计 两车同时运动 同时停止 具有相同的运动时间 因为 2 1 2 xat 所以 11 22 xa xa 由此可见 只要验证 x 与 F 的正比例关系即可 答案答案 见解析 说明说明 这种方法可以推导验证物理学中的各种正比例关系 例例 3 3 静止在光滑水平面上的物体 受到一个水平拉力 在力刚开始作用的瞬间 下列 说法中正确的是 A 物体立即获得加速度和速度 B 物体立即获得加
13、速度 但速度仍为零 C 物体立即获得速度 但加速度仍为零 D 物体的速度和加速度均为零 解析解析 由牛顿第二定律的瞬时性可知 力作用的瞬时即可获得加速度 但无速度 答案答案 B 说明说明 力是加速度产生的原因 加速度是力作用的结果 加速度和力之间 具有因果 性 瞬时性 矢量性 例例 4 4 如图所示 沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中 悬挂小球的悬线偏离竖直方 向 37o角 球和车厢相对静止 球的质量为 1kg g 10m s2 sin37o 0 6 cos37o 0 8 1 求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况 2 求悬线对球的拉力 解析解析 1 球和车厢相对静止 它们的速度情况相同 由于
14、对球的受力情况知道的较 多 故应以球为研究对象 球受两个力作用 重力 mg 和线的拉力 F 由于球随车一起沿水 平方向做匀变速直线运动 故其加速度沿水平方向 合外力沿水平方向 做出平行四边形 如图所示 球所受的合外力为 用心 爱心 专心 tan37Fmg 合 由牛顿第二定律可求得Fma 合 球的加速度为 2 tan377 5 F agm s m 合 加速度方向水平向右 车厢可能水平向右做匀加速直线运动 也可能水平向左做匀减速直线运动 2 由图示可得 线对球的拉力大小为 1 10 12 5 cos370 8 mg FNN 答案答案 见解析 说明说明 本题解题的关键是根据小球的加速度方向 判断出物
15、体所受合外力的方向 然 后画出平行四边形 解其中的三角形就可求得结果 例例 5 5 如图所示 一物体质量为 m 100kg 放于汽车上 随车一起沿平直公路匀加速运动 加速度大小为 已知物体与车底板间的动摩擦因数为 求物体所受的 2 1 0 am s 0 3 摩擦力 解析解析 物体随车一起向右作匀加速运动 其加速度水平向右 由加速度与合力方向相 同可知 此时 物体所受的静摩擦力方向必水平向右 则物体受力如图所示 据牛顿第二 定律得 用心 爱心 专心 在水平方向上有 100 1 0100FmaNN 即物体所受静摩擦力大小为 100N 方向水平向右 答案答案 100N 水平向右 说明说明 1 利用牛
16、顿第二定律求静摩擦力的大小和方向较方便 2 同学们可以自己利用牛顿第二定律分析一下 当汽车刹车时 货物在车上不滑动 时 货物所受静摩擦力的大小和方向 与用假设接触面光滑法判断静摩擦力方向相比较 利用牛顿第二定律法往往会更方便 模拟试题模拟试题 1 关于牛顿第一定律 下列说法正确的是 A 牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律 B 牛顿第一定律就是惯性 C 不受外力作用时 物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性 D 运动物体的状态发生变化时 物体必定受到外力的作用 2 关于惯性 以下说法正确的是 A 人在走路时没有惯性 被绊倒时才有惯性 B 百米赛跑到达终点时不能立即停下来是由于惯性 停下来后也就没有惯性了 C 物体在不受外力作用时有惯性 受到外力作用后惯性就被克服了 D 物体的惯性与物体的运动状态和受力情况均无关 3 下列情况下 物体运动状态发生变化的是 A 火车进站时 B 汽车转弯时 C 匀速上升的电梯 D 将物体沿水平方向抛出 物体在空中飞行时 4 列车沿东西方向直线运动 车里光滑桌面有一小球 乘客看到小球突然沿桌面向东滚 动 则列车可能是 A 以很大的速度向西做匀速运
