闽师堂教案之高考物理第一轮总复习3、牛顿运动定律

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1、 台 江 教 务 ：0 5 9 1 - 教案纸科目名称科目名称物物 理理审批意见：审批意见：课课 题题专题三、牛顿运动定律学生姓名学生姓名任课教师任课教师温 健 平学生年级学生年级高 三授授 课课 日日 期期 年年 月月 日日 时至时至 时时授授 课课 形形 式式AAAAABAB教学目的：教学目的：1.通过实验，探究加速度与物体质量、受力之间的关系。理解牛顿运动定律，用它解释生活中的有关问题，通过实验认识超重与失重现象 。2. 认识单位制在物理学中的物理意义。知道国际单位制中的力学单位。教学重点：教学重点：1.注意合外力与加速度的瞬时对应关系，牛顿运动定律是力学的核心，其物理过程的分析和理解能

2、体现学生的综合分析能力、推理能力，是考查的重点。2.理解超重和失重的本质，然后灵活运用其知识去分析和解决问题。教学难点：教学难点：牛顿第二定律的应用讲授内容讲授内容一、夯实基础知识一、夯实基础知识1、牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为 止。 对牛顿第一定律的理解要点：（1）运动是物体的一种属性，物体的运动不需要力来维持；（2）它定 性地揭示了运动与力的关系，即力是改变物体运动状态的原因，是使物体产生加速度的原因；（3）定律说 明了任何物体都有一个极其重要的属性惯性；（4）不受力的物体是不存在的，牛顿第一定律不能用实 验直接验证，但是建立在大量

3、实验现象的基础之上，通过思维的逻辑推理而发现的。它告诉了人们研究物 理问题的另一种方法，即通过大量的实验现象，利用人的逻辑思维，从大量现象中寻找事物的规律；（5） 牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，不能简单地认为它是牛顿第二定律不受外力时的特例，牛顿第一定 律定性地给出了力与运动的关系，牛顿第二定律定量地给出力与运动的关系。 2、牛顿第二定律：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟 合外力的方向相同。公式 F=ma. 对牛顿第二定律的理解要点：（1）牛顿第二定律定量揭示了力与运动的关系，即知道了力，可根据牛 顿第二定律研究其效果，分析出物体的运动规律；反过来，

4、知道了运动，可根据牛顿第二定律研究其受力 情况，为设计运动，控制运动提供了理论基础；（2）牛顿第二定律揭示的是力的瞬时效果，即作用在物体 上的力与它的效果是瞬时对应关系，力变加速度就变，力撤除加速度就为零，注意力的瞬时效果是加速度 而不是速度；（3）牛顿第二定律是矢量关系，加速度的方向总是和合外力的方向相同的，可以用分量式表 示，Fx=max, Fy=may,Fz=maz;（4）牛顿第二定律 F=ma 定义了力的基本单位牛顿（定义使质量为 1kg 的物体产生 1m/s2的加速度的作用力为 1N,即 1N=1kg.m/s2. 3、牛顿第三定律：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反

5、，作用在同一直线上。 对牛顿第三定律的理解要点：(1)作用力和反作用力相互依赖性，它们是相互依存，互以对方作为自已 存在的前提；（2）作用力和反作用力的同时性，它们是同时产生、同时消失，同时变化，不是先有作用力 后有反作用力；（3）作用力和反作用力是同一性质的力；（4）作用力和反作用力是不可叠加的，作用力 和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各产生其效果，不可求它们的合力，两个力的作用效果不能相 互抵消，这应注意同二力平衡加以区别。 4.物体受力分析的基本程序：（1）确定研究对象；（2）采用隔离法分析其他物体对研究对象的作用 力；（3）按照先重力，然后环绕物体一周找出跟研究对象接触的物体，并

6、逐个分析这些物体对研究对象的 弹力和摩擦力，最后分析其他场力；（4）画物体受力图，没有特别要求，则画示意图即可。 5.超重和失重：（1）超重：物体有向上的加速度称物体处于超重。处于失重的物体的物体对支持面的 压力 F（或对悬挂物的拉力）大于物体的重力，即 F=mg+ma.；（2）失重：物体有向下的加速度称物体处 于失重。处于失重的物体对支持面的压力 FN（或对悬挂物的拉力）小于物体的重力 mg，即 FN=mgma， 当 a=g 时，FN=0,即物体处于完全失重。 6、牛顿定律的适用范围：（1）只适用于研究惯性系中运动与力的关系，不能用于非惯性系；（2）只 适用于解决宏观物体的低速运动问题，不能

7、用来处理高速运动问题；（3）只适用于宏观物体，一般不适用 微观粒子。 二、解析典型问题二、解析典型问题问题问题 1：必须弄清牛顿第二定律的矢量性。：必须弄清牛顿第二定律的矢量性。 牛顿第二定律 F=ma 是矢量式，加速度的方向与物体所受合外力的方向相同。在解题时，可以利用正 交分解法进行求解。 例 1、如图 1 所示，电梯与水平面夹角为 300,当电梯加速向上运动时，人对梯面 压力是其重力的 6/5，则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍？ 分析与解：对人受力分析，他受到重力 mg、支持力 FN和摩擦力 Ff作用，如图 1 所示.取水平向右为 x 轴正向，竖直向上为 y 轴正向，此时只需分解加速

8、度，据牛 顿第二定律可得： Ff=macos300, FN-mg=masin300300aFNmgFf图 1xy xaxayx因为，解得.56mgFN 53mgFf问题问题 2：必须弄清牛顿第二定律的瞬时性。：必须弄清牛顿第二定律的瞬时性。 牛顿第二定律是表示力的瞬时作用规律，描述的是力的瞬时作用效果产生加速度。物体在某一时刻 加速度的大小和方向，是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向来决定的。当物体所受到的合 外力发生变化时，它的加速度随即也要发生变化，F=ma 对运动过程的每一瞬间成立，加速度与力是同一时 刻的对应量，即同时产生、同时变化、同时消失。例 2、如图 2（a）所示，一质

9、量为 m 的物体系于长度分别为 L1、L2的两根细 线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为 ，L2水平拉直，物体处于 平衡状态。现将 L2线剪断，求剪断瞬时物体的加速度。（l）下面是某同学对该题的一种解法：分析与解：设 L1线上拉力为 T1，L2线上拉力为 T2，重力为 mg，物体在三力 作用下保持平衡,有T1cosmg， T1sinT2， T2mgtan剪断线的瞬间，T2突然消失，物体即在 T2反方向获得加速度。因为 mg tanma，所以加速度 ag tan，方向在 T2反方向。你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明理由。（2）若将图 2(a)中的细线 L1改为长度相同、

10、质量不计的轻弹簧，如图 2(b)所示，其他条件不变，求 解的步骤和结果与（l）完全相同，即 ag tan，你认为这个结果正确吗？请说明理由。分析与解：（1）错。因为 L2被剪断的瞬间，L1上的张力大小发生了变化。剪断瞬时物体的加速度a=gsin.（2）对。因为 L2被剪断的瞬间，弹簧 L1的长度来不及发生变化，其大小和方向都不变。问题问题 3：必须弄清牛顿第二定律的独立性。：必须弄清牛顿第二定律的独立性。 当物体受到几个力的作用时，各力将独立地产生与其对应的加速度（力的独立作用原理） ，而物体表现 出来的实际加速度是物体所受各力产生加速度叠加的结果。那个方向的力就产生那个方 向的加速度。 例

11、3、如图 3 所示，一个劈形物体 M 放在固定的斜面上，上表面水平，在水平面 上放有光滑小球 m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是： A沿斜面向下的直线 B抛物线 C竖直向下的直线 D.无规则的曲线。 分析与解：因小球在水平方向不受外力作用，水平方向的加速度为零，且初速度为零，故小球将沿竖 直向下的直线运动，即 C 选项正确。 问题问题 4：必须弄清牛顿第二定律的同体性。：必须弄清牛顿第二定律的同体性。 加速度和合外力(还有质量)是同属一个物体的，所以解题时一定要把研究对象确定好，把研究对象全 过程的受力情况都搞清楚。 例 4、一人在井下站在吊台上，用如图 4 所示的定滑

12、轮装置拉绳把吊台和自己提升上来。图中跨过滑轮L1L2图 2(b)L1L2图 2(a)Mm图 3的两段绳都认为是竖直的且不计摩擦。吊台的质量 m=15kg,人的质量为 M=55kg,起动时吊台向上的加速度 是 a=0.2m/s2,求这时人对吊台的压力。(g=9.8m/s2) 分析与解：选人和吊台组成的系统为研究对象，受力如图 5 所示，F 为绳的拉力,由牛顿第二定律有： 2F-(m+M)g=(M+m)a则拉力大小为：NgamMF3502)(再选人为研究对象，受力情况如图 6 所示，其中 FN是 吊台对人的支持力。由牛顿第二定律得：F+FN-Mg=Ma,故 FN=M(a+g)-F=200N.由牛顿

13、第三定律知，人对吊台的压力与吊台对人的支持力大小相等，方向相反，因此人对吊台的压力 大小为 200N，方向竖直向下。问题问题 5：必须弄清面接触物体分离的条件及应用。：必须弄清面接触物体分离的条件及应用。 相互接触的物体间可能存在弹力相互作用。对于面接触的物体，在接触面间弹力变为零 时，它们将要分离。抓住相互接触物体分离的这一条件，就可顺利解答相关问题。下面举例 说明。 例 5、一根劲度系数为 k,质量不计的轻弹簧，上端固定,下端系一质量为 m 的物体,有一水 平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度。如图 7 所示。现让木板由静止开始以加速度 a(ag匀加速向下移动。求经过多长时间木板开始与物体

14、分离。 分析与解：设物体与平板一起向下运动的距离为 x 时，物体受重力 mg，弹簧的弹力 F=kx 和平板的支 持力 N 作用。据牛顿第二定律有： mg-kx-N=ma 得 N=mg-kx-ma当 N=0 时，物体与平板分离，所以此时kagmx)(因为，所以。2 21atx kaagmt)(2例 6、如图 8 所示，一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都不计，盘内放一个物体 P 处于静止，P 的质 量 m=12kg，弹簧的劲度系数 k=300N/m。现在给 P 施加一个竖直向上的力 F，使 P 从静止开始向上做匀加 速直线运动，已知在 t=0.2s 内 F 是变力，在 0.2s 以后 F 是恒力，

15、g=10m/s2,则 F 的最小值是 ，F 的最大值是 。 分析与解：因为在 t=0.2s 内 F 是变力，在 t=0.2s 以后 F 是恒力，所以在 t=0.2s 时，P 离开 秤盘。此时 P 受到盘的支持力为零，由于盘和弹簧的质量都不计，所以此时弹簧处于原长。在 0_0.2s 这段时间内 P 向上运动的距离：x=mg/k=0.4m因为，所以 P 在这段时间的加速度2 21atx 2 2/202smtxa当 P 开始运动时拉力最小，此时对物体 P 有 N-mg+Fmin=ma,又因此时 N=mg，所以有Fmin=ma=240N. 当 P 与盘分离时拉力 F 最大，Fmax=m(a+g)=36

16、0N.例 7、一弹簧秤的秤盘质量 m1=15kg，盘内放一质量为 m2=105kg 的物体 P，弹簧质量不计，其劲 度系数为 k=800N/m，系统处于静止状态，如图 9 所示。现给 P 施加一个竖直向上的力 F，使 P 从静止开始 向上做匀加速直线运动，已知在最初 02s 内 F 是变化的，在 02s 后是恒定的，求 F 的最大值和最小值图 4(m+M)gFF图 5aF FNMg图 6图 7F图 8各是多少？（g=10m/s2） 分析与解：因为在 t=0.2s 内 F 是变力，在 t=0.2s 以后 F 是恒力，所以在 t=0.2s 时，P 离开秤盘。此时 P 受到盘的支持力为零，由于盘的质量 m1=15kg，所以此时弹簧不能处于原长，这与例 2 轻盘不同。设在 0_0.2s 这段时间内 P 向上运动的