2011年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第3章 牛頓運(yùn)動定律教案 新人教版

用心 愛心 專心 1 第第 9 9 講講 牛頓運(yùn)動定律牛頓運(yùn)動定律 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 知道并理解牛頓三大定律 能夠用牛頓三大定律解釋相關(guān)現(xiàn)象和處理有伏案問題 知道國際單位制中的力 學(xué)單位 重點(diǎn) 1 正確理解牛頓第一定律及慣性 2 正確理解 熟練掌握牛頓第二定律及應(yīng)用 理解質(zhì)量與重力的區(qū)別 掌握國際單位制 3 正確理解牛頓第三定律 分清作用力和反作用力與平衡力的區(qū)別 難點(diǎn) 1 正確理解力和運(yùn)動的關(guān)系 明確力是產(chǎn)生加速度的原因 2 通過運(yùn)動情況判斷物體受力 3 明確牛頓第二定律的含義 熟練掌握和應(yīng)用這一定律 知識梳理知識梳理 一 牛頓第一定律一 牛頓第一定律 1 牛頓第一定律 慣性定律 一切物體總是保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài) 直到有外力迫使 它改變這種狀態(tài)為止 這個定律有兩層含義 1 保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)是物體的固有屬性 物體的運(yùn)動不需要用力來維持 2 要使物體的運(yùn)動狀態(tài) 即速度包括大小和方向 改變 必須施加力的作用 力是改變物體運(yùn)動 狀態(tài)的原因 理解 牛頓第一定律導(dǎo)出了力的概念 力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因 運(yùn)動狀態(tài)指物體的速度 又根據(jù)加速度定義 t v a 有速度變化 就一定有加速度 所以可以說 力是使物體產(chǎn)生加速度的原因 不能說 力是產(chǎn)生速度的原因 力是 維持速度的原因 也不能說 力是改變加速度的原因 牛頓第一定律導(dǎo)出了慣性的概念 一切物體都有保持原有運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì) 這就是慣性 慣性反映了物體運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度 慣 性大的物體運(yùn)動狀態(tài)不容易改變 質(zhì)量是物體慣性大小的量度 牛頓第一定律描述的是理想化狀態(tài) 牛頓第一定律描述的是物體在不受任何外力時的狀態(tài) 而不受外力的物體是不存在的 物體不受外力 和物體所受合外力為零是有區(qū)別的 所以不能把牛頓第一定律當(dāng)成牛頓第二定律在F 0 時的特例 2 慣性 物體保持原來勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì) 對于慣性理解應(yīng)注意以下三點(diǎn) 1 慣性是物體本身固有的屬性 跟物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān) 跟物體的受力無關(guān) 跟物體所處的地理 位置無關(guān) 2 質(zhì)量是物體慣性大小的量度 質(zhì)量大則慣性大 其運(yùn)動狀態(tài)難以改變 3 外力作用于物體上能使物體的運(yùn)動狀態(tài)改變 但不能認(rèn)為克服了物體的慣性 二 牛頓第二定律二 牛頓第二定律 1 牛頓第二定律的表述 物體的加速度跟所受的外力的合力成正比 跟物體的質(zhì)量成反比 加速度 的方向跟合力的方向相同 即F ma 其中的F和m a必須相對應(yīng) 1 F ma 中的 F 為物體所受到的合外力 2 F ma 中的 m 當(dāng)對哪個物體受力分析 就是哪個物體的質(zhì)量 當(dāng)對一個系統(tǒng) 幾個物體組成 一個系統(tǒng) 做受力分析時 如果 F 是系統(tǒng)受到的合外力 則 m 是系統(tǒng)的合質(zhì)量 3 F ma 中的 F 與 a 有瞬時對應(yīng)關(guān)系 F 變 a 則變 F 大小變 a 則大小變 F 方向變 a 也方向 變 4 F ma 中的 F 與 a 有矢量對應(yīng)關(guān)系 a 的方向一定與 F 的方向相同 5 F ma 中 可根據(jù)力的獨(dú)立性原理求某個力產(chǎn)生的加速度 也可以求某一個方向合外力的加速 用心 愛心 專心 2 度 6 F ma 中 F 的單位是牛頓 m 的單位是千克 a 的單位是米 秒 2 7 F ma 的適用范圍 宏觀 低速 2 對定律的理解 1 矢量性 牛頓第二定律公式是矢量式 公式 m F a 只表示加速度與合外力的大小關(guān)系 矢量 式的含義在于加速度的方向與合外力的方向始終一致 2 瞬時性 加速度與合外力在每個瞬時都有大小 方向上的對應(yīng)關(guān)系 這種對應(yīng)關(guān)系表現(xiàn)為 合 外力恒定不變時 加速度也保持不變 合外力變化時加速度也隨之變化 合外力為零時 加速度也為零 3 獨(dú)立性 當(dāng)物體受到幾個力的作用時 各力將獨(dú)立的產(chǎn)生與其對應(yīng)的加速度 而物體表現(xiàn)出來 的實(shí)際加速度是各力產(chǎn)生的加速度的矢量和 三 牛頓第三定律三 牛頓第三定律 1 內(nèi)容 兩物體之間的作用力與反作用力總是大小相等 方向相反 而且在一條直線上 2 對牛頓第三定律理解應(yīng)注意 1 兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等 方向相反 作用在一條上 2 作用力與反作用力總是成對出現(xiàn) 同時產(chǎn)生 同時變化 同時消失 3 作用力和反作用力在兩個不同的物體上 各產(chǎn)生其效果 永遠(yuǎn)不會抵消 4 作用力和反作用力是同一性質(zhì)的力 5 物體間的相互作用力既可以是接觸力 也可以不接觸 3 區(qū)分一對作用力反作用力和一對平衡力 一對作用力反作用力和一對平衡力的共同點(diǎn)有 大小相等 方向相反 作用在同一條直線上 不同點(diǎn)有 作用力反作用力作用在兩個不同物體上 而平衡力作用在同一個物體上 作用力反作用 力一定是同種性質(zhì)的力 而平衡力可能是不同性質(zhì)的力 作用力反作用力一定是同時產(chǎn)生同時消失 的 而平衡力中的一個消失后 另一個可能仍然存在 一對作用力和反作用力一對平衡力 作用對象兩個物體同一個物體 作用時間同時產(chǎn)生 同時消失不一定同時產(chǎn)生或消失 力的性質(zhì)一定是同性質(zhì)的力不一定是同性質(zhì)的力 力的大小關(guān)系大小相等大小相等 力的方向關(guān)系方向相反且共線方向相反且共線 四 力學(xué)單位制四 力學(xué)單位制 1 物理量 物理量有很多 但可以將所有的物理量分成兩類 一類為基本物理量 一類是導(dǎo)出物理 量 1 基本物理量 在物理學(xué)中基本物理量有 質(zhì)量 時間 長度 物質(zhì)的量 溫度 電流強(qiáng)度 光 強(qiáng)七個 2 導(dǎo)出物理量 是由基本物理量通過一定的公式推導(dǎo)出的物理量 如速度 加速度 動能 力 電量 電場強(qiáng)度 電勢 磁感應(yīng)強(qiáng)度等等 2 單位 1 基本單位 基本物理量的單位叫基本單位 如米 秒 千克等 2 復(fù)合單位 由基本單位組合而成的單位為復(fù)合單位 或叫導(dǎo)出單位 如牛頓 米 秒 2 焦耳等 用心 愛心 專心 3 3 單位制 我們?nèi)』締挝环謩e為千克 秒 米 摩爾 開爾文 安培 再由這些基本單位組合而 成復(fù)合單位米 秒 米 秒 2 牛頓 焦耳等 由這些基本單位與導(dǎo)出單位組合而成的一個體系為國際單位 制 說明如果基本單位取不同的單位 也能組成一個不同的單位制 4 單位制的應(yīng)用與作用 1 應(yīng)用 為了度量的統(tǒng)一 一般國際統(tǒng)一使用國際單位制 在解題過程中 一般統(tǒng)一使用國際單 位制 2 作用 用單位可以判斷公式的推導(dǎo)是否可能正確 從單位可以猜測量與量的關(guān)系 知識梳理知識梳理 1 牛頓第一定律的理解和應(yīng)用 下列關(guān)于慣性的說法中正確的是 A 物體只有靜止或做勻速直線運(yùn)動時才有慣性 B 物體只有受外力作用時才有慣性 C 物體的運(yùn)動速度大時慣性大 D 物體在任何情況下都有慣性 解析解析 慣性是物體的固有屬性 一切物體都具有慣性 與物體的運(yùn)動狀態(tài)及受力情況無關(guān) 故只有 D 項 正確 答案答案 D 2 牛頓第二定律 1 如圖所示 彈簧左端固定 右端自由伸長到O點(diǎn)并系住物體m 現(xiàn)將彈簧壓縮到A點(diǎn) 然后釋放 物體一直可以運(yùn)動到B點(diǎn) 如果物體受到的阻力恒定 則 A 物體從A到O先加速后減速 B 物體從A到O加速運(yùn)動 從O到B減速運(yùn)動 C 物體運(yùn)動到O點(diǎn)時所受合力為零 D 物體從A到O的過程加速度逐漸減小 解析解析 物體從A到O的運(yùn)動過程 彈力方向向右 初始階段彈力大 于阻力 合力方向向右 隨著物體向右運(yùn)動 彈力逐漸減小 合力逐漸減小 由牛頓第二定律可知 此階 段物體的加速度向右且逐漸減小 由于加速度與速度同向 物體的速度逐漸增大 所以初始階段物體向右 做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動 當(dāng)物體向右運(yùn)動至AO間某點(diǎn) 設(shè)為O 時 彈力減小到等于阻力 物體所受合力為零 加速度為 零 速度達(dá)到最大 此后 隨著物體繼續(xù)向右移動 彈力繼續(xù)減小 阻力大于彈力 合力方向變?yōu)橄蜃?至O點(diǎn)時彈力減 為零 此后彈力向左且逐漸增大 所以物體從O 點(diǎn)后的合力方向均向左且合力逐漸增大 由牛頓第二定 律可知 此階段物體的加速度向左且逐漸增大 由于加速度與速度反向 物體做加速度逐漸增大的減速運(yùn) 動 答案答案 AC 2 臺階式電梯與地面的夾角為 一質(zhì)量為m的人站在電梯的一臺階上相對電梯靜止 如圖所示 則當(dāng)電梯以加速度a勻加速上升時 求 1 人受到的摩擦力是多大 2 人對電梯的壓力是多大 解析解析 取相對于電梯靜止的人為研究對象 則其受力為重 力mg 方向豎直向下 支持力FN 方向豎起向上 摩擦力 F1 方向水平向右 如圖所示 在水平方向 由牛頓第二定律得 F1 macos F1 FN G a a 用心 愛心 專心 4 在豎起方向 由牛頓第二定律得 FN mg masin 解得 F1 macos FN m g asin 由牛頓第三定律可得 人對電梯的壓力是FN FN m g asin 3 牛頓運(yùn)動第三定律 汽車?yán)宪囋谒降缆飞涎刂本€加速行駛 根據(jù)牛頓運(yùn)動定律可知 A 汽車?yán)宪嚨牧Υ笥谕宪嚴(yán)嚨牧?B 汽車?yán)宪嚨牧Φ扔谕宪嚴(yán)嚨牧?C 汽車?yán)宪嚨牧Υ笥谕宪囀艿降淖枇?D 汽車?yán)宪嚨牧Φ扔谕宪囀艿降淖枇?解析解析 汽車?yán)宪嚨牧εc拖車?yán)嚨牧κ且粚ψ饔昧头醋饔昧?根據(jù)牛頓第三定律得知 汽車?yán)?車的力與拖車?yán)嚨牧Ρ囟ㄊ谴笮∠嗟确较蛳喾吹?因而 B 正確 A 錯誤 由于題干中說明汽車?yán)宪?在水平道路上沿直線加速行駛 故沿水平方向拖車只受到兩個外力作用 汽車對它的拉力和地面對它的阻 力 因而由牛頓第二定律得知 汽車對它的拉力必大于地面對它的阻力 所以 C 對 D 錯 答案答案 BC 第第 1010 講講 牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用 超重與失重超重與失重 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 會應(yīng)用牛頓定律物理問題進(jìn)行分析 求解 理解超重與失重 并會求解相應(yīng)情況向加速度 重點(diǎn) 牛頓定律的應(yīng)用 難點(diǎn) 牛頓定律的應(yīng)用 知識梳理知識梳理 一 牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用一 牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用 1 運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決的動力學(xué)問題常?？梢苑譃閮煞N類型 1 已知受力情況 要求物體的運(yùn)動情況 如物體運(yùn)動的位移 速度及時間等 2 已知運(yùn)動情況 要求物體的受力情況 求力的大小和方向 但不管哪種類型 一般總是先根據(jù)已知條件求出物體運(yùn)動的加速度 然后再由此得出問題的答案 常 用的運(yùn)動學(xué)公式為勻變速直線運(yùn)動公式 2 2 2 2 1 0 2 0 2 2 00t t tt v vv t s vasvvattvsatvv 等 2 應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解題的一般步驟 1 認(rèn)真分析題意 明確已知條件和所求量 搞清所求問題的類型 2 選取研究對象 所選取的研究對象可以是一個物體 也可以是幾個物體組成的整體 同一題目 根據(jù)題意和解題需要也可以先后選取不同的研究對象 3 分析研究對象的受力情況和運(yùn)動情況 4 當(dāng)研究對象所受的外力不在一條直線上時 如果物體只受兩個力 可以用平行四邊形定則求其 合力 如果物體受力較多 一般把它們正交分解到兩個方向上去分別求合力 如果物體做直線運(yùn)動 一般 把各個力分解到沿運(yùn)動方向和垂直運(yùn)動的方向上 5 根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式列方程 物體所受外力 加速度 速度等都可根據(jù)規(guī)定的正方 用心 愛心 專心 5 向按正 負(fù)值代入公式 按代數(shù)和進(jìn)行運(yùn)算 6 求解方程 檢驗(yàn)結(jié)果 必要時對結(jié)果進(jìn)行討論 二 超重和失重二 超重和失重 1 重力的概念 可以理解為是地球?qū)ξ矬w的吸引力 重力的大小是通過二力平衡進(jìn)行測量 即物體處 于平衡時 對水平支持面的壓力或豎直懸繩的拉力 2 超重與失重 由于物體在豎起方向上有加速度或分加速度 使物體對水平支持面對壓力或?qū)ωQ直懸 繩的拉力大于或小于物體的重力 1 超重與失重并不是物體本身重力的變化 2 物體對水平支持面的壓力大于或小于重力是因?yàn)樵谪Q直方向的加速度而引起的 不是其它原因 而引起的 3 超重與失重只跟加速度方向有關(guān) 與運(yùn)動速度的方向無關(guān) 有豎直向上的加速度物體處于超重 狀態(tài) 有豎直向下的加速度物體處于失重狀態(tài) 4 如果豎起向下的加速度大小為重力加速度 物體處于完全失重狀態(tài) 如所有的拋體運(yùn)動 繞地 球運(yùn)行的太空站中的所有物體 3 超重與失重的計算 1 超重 根據(jù)牛頓第二定律 mamgF 得 agmF 2 失重 根據(jù)牛頓第二定律 maFmg 得 agmF 4 突變類問題 力的瞬時性 1 物體運(yùn)動的加速度 a 與其所受的合外力 F 有瞬時對應(yīng)關(guān)系 每一瞬時的加速度只取決于這一瞬時 的合外力 而與這一瞬時之前或之后的力無關(guān) 不等于零的合外力作用的物體上 物體立即產(chǎn)生加速度 若合外力的大小或方向改變 加速度的大小或方向也立即 同時 改變 若合外力變?yōu)榱?加速度也立即 變?yōu)榱?物體運(yùn)動的加速度可以突變 2 中學(xué)物理中的 繩 和 線 是理想化模型 具有如下幾個特性 A 輕 即繩 或線 的質(zhì)量和重力均可視為等于零 同一根繩 或線 的兩端及其中間各點(diǎn)的張為大小 相等 B 軟 即繩 或線 只能受拉力 不能承受壓力 因繩能變曲 繩與其物體相互間作用力的方向總是沿 著繩子且朝繩收縮的方向 C 不可伸長 即無論繩所受拉力多大 繩子的長度不變 即繩子中的張力可以突變 3 中學(xué)物理中的 彈簧 和 橡皮繩 也是理想化模型 具有如下幾個特性 A 輕 即彈簧 或橡皮繩 的質(zhì)量和重力均可視為等于零 同一彈簧的兩端及其中間各點(diǎn)的彈力大小相 等 B 彈簧既能承受拉力 也能承受壓力 沿著彈簧的軸線 橡皮繩只能承受拉力 不能承受壓力 C 由于彈簧和橡皮繩受力時 要發(fā)生形變需要一段時間 所以彈簧和橡皮繩中的彈力不能發(fā)生突變 題型講解題型講解 1 連接體中牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用 如圖 1 所示 一輛汽車A拉著裝有集裝箱的拖車B 以速度smv 30 1 進(jìn)入向下傾斜的直軌道 車道每m100下降m2 為了使汽車的速度在mx200 的距離內(nèi)減到smv 10 2 駕駛員必須剎 車 假設(shè)剎車時地面的摩擦阻力是恒力 且該阻力的 0 0 70作用在拖車B上 0 0 30作用在汽車A上 用心 愛心 專心 6 已知汽車A的質(zhì)量kgm2000 1 而拖車B的質(zhì)量kgm6000 2 試求汽車和拖車的連接處沿運(yùn) 動方向上的相互作用力 解析解析 汽車沿傾斜軌道做勻減速運(yùn)動 用a表示加速度大小 則有 axvv2 2 1 2 2 若用F表示剎車時的阻力 根據(jù)牛頓第二定律得 ammFgmm sin 2121 式中的 2 102 100 2 sin 設(shè)剎車過程中地面作用于汽車的阻力為f 據(jù)題意得 Ff 100 30 其方向與汽車前進(jìn)方向相反 設(shè)拖車作用于汽車的力為 N f 其方向與汽車前進(jìn)方向相同 以汽車為 研究對象 由牛頓第二定律得 amffgm N11 sin 解以上幾式 得 sin sin 100 30 121 gamgammfN 代入數(shù)據(jù) 得 NfN880 點(diǎn)評 點(diǎn)評 本題考查了連接體中牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用問題 考查了整體法和隔離法的應(yīng)用 考查了運(yùn)動學(xué)知識 同時也考查了運(yùn)用所給信息解決問題的能力 求解時一定要注意運(yùn)動過程與規(guī)律的對應(yīng)關(guān)系 2 有關(guān)皮帶的傳動問題 水平傳送帶上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動問題 一水平的淺色傳送帶上放置一煤塊 可視為質(zhì)點(diǎn) 煤塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為 初始時 傳送帶和煤塊都是靜止的 現(xiàn)讓傳送帶以恒定的加速度 0 a開始運(yùn)動 當(dāng)其速度達(dá)到 0 v后 便以此速度做 勻速運(yùn)動 經(jīng)過一段時間 煤塊在傳送帶上留下了一段黑色痕跡后 煤塊相對與傳送帶不再滑動 試求此 黑色痕跡的長度 解析解析 根據(jù) 傳送帶上有黑色痕跡 可知 煤塊與傳送帶之間發(fā)生了相對滑動 煤塊的加速度a小于傳 送帶的加速度 0 a 由牛頓第二定律得煤塊的加速度a為 用心 愛心 專心 7 ga 設(shè)經(jīng)過時間t傳送帶由靜止開始加速到速度等于 0 v 煤塊則由靜止加速到v 則 tav 00 atv 由于a 0 a 故v 0 v 煤塊繼續(xù)受到滑動摩擦力的作用 再經(jīng)過時間 t 煤塊的速度由v增加到 0 v 則 t a vv 0 此后 煤塊與傳送帶運(yùn)動速度相同 相對與傳送帶不再滑動 不再產(chǎn)生新的痕跡 設(shè)煤塊的速度由 0增加到 0 v的整個過程中 傳送帶和煤塊移動的距離分別為 tvtax 0 2 00 2 1 a v x 2 2 0 所以 傳送帶上留下的黑色痕跡的長度為 xxl 0 整理以上各式 得 ga vga l 0 2 00 2 點(diǎn)評 點(diǎn)評 水平傳送帶上的質(zhì)點(diǎn)是靠傳送帶對其產(chǎn)生的滑動摩擦力使其加速的 和以往做過的傳送帶問題相比 本題中的傳送帶是加速運(yùn)動的 這也是本題的最大特點(diǎn) 另外 在煤塊與傳送帶相對滑動的過程中 煤塊 的運(yùn)動分為兩個階段 即先加速后勻速 不要忽視了第二個階段而導(dǎo)致錯解 傾斜傳送帶上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動問題 如圖 2 所示 傳送帶與地面的夾角 0 37 從BA 的距離ml16 傳送帶以 smv 10 的速率逆時針轉(zhuǎn)動 在傳送帶上端A無初速地放一質(zhì)量kgm5 0 的物體 它與傳送帶之 間的動摩擦因數(shù)5 0 試求物體從A運(yùn)動到B所需的時間 8 037cos 6 037sin 00 解析解析 剛把物體放到傳送帶時 由于傳送帶逆時針轉(zhuǎn)動 所以物體 所受的滑動摩擦力是沿傳送帶斜面向下的 如圖 3 中的位置 1 所示 由牛頓第二定律得此時物體運(yùn)動的加速度為 m mgmg a cossin 1 2 2 00 10 8 05 06 0 10 37cos37 sin sm sm g 用心 愛心 專心 8 設(shè)經(jīng)過時間 1 t物體的速度達(dá)到傳送帶的速度v 則 11t av 所以 1 1 a v t s s 1 10 10 設(shè)在此段時間內(nèi) 物體沿傳送帶方向發(fā)生的位移大小為x 則 xav 1 2 2 所以 1 2 2a v x m m 5 102 102 顯然x l 即物體的速度達(dá)到傳送帶的速度時 還沒有下滑到B端 但由于 5 0 75 0 37tan 0 所以 從此以后物體的受力情況如圖 3 中的位置 2 所示 由牛頓第二定律得物體運(yùn)動的加速度變?yōu)?m mgmg a cossin 2 2 2 00 2 8 05 06 0 10 37cos37 sin sm sm g 也就是說 第二階段物體將沿傳送帶的斜面以 2 2 2sma 的加速度做勻加速運(yùn)動 設(shè)運(yùn)動時間為 2 t 則 2 222 2 1 tavtxl 將數(shù)據(jù)代入上式 整理得 01110 2 2 2 tt 解得 st1 2 負(fù)值已設(shè)去 所以物體從A運(yùn)動到B所需的時間為 21 ttt 用心 愛心 專心 9 s ss 2 11 點(diǎn)評 點(diǎn)評 此物體剛放到傳送帶上時 所受的沿斜面向下的滑動摩擦力和重力分力的的合力使物體加速 待達(dá) 到傳送帶的速度后 由于 sinmg cosmg 即 tan 故物體以后的狀態(tài)并不是與斜面保 持相對靜止 而是沿斜面繼續(xù)做勻加速運(yùn)動 直至達(dá)到斜面的末端 所以 解題的關(guān)鍵在于分析清楚斜面 上物體的受力情況 物塊沿傳送帶做加速 減速還是勻速運(yùn)動 并不是由傳送帶的運(yùn)動方向就能決定的 而是由其受力情況決定 3 臨界問題中牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用 如圖 5 所示 一質(zhì)量kgm500 的木箱放于質(zhì)量kgM2000 的平板車的后部 木箱到駕駛室 的距離ml6 1 已知木箱與木板間的動摩擦因數(shù)484 0 平板車運(yùn)動過程中所受的阻力是車和 箱總重的2 0倍 平板車以smv 22 0 的恒定速率行使 突然駕駛員剎車 使車做勻減速運(yùn)動 為了 不讓木箱撞擊駕駛室 試求 從剎車開始到平板車完全停止至少要經(jīng)過多長時間 駕駛員剎車時的制動力不能超過多少 解析解析 設(shè)從平板車剎車開始到停止 車的位移為 1 x 木箱的位移為 2 x 要使木箱不撞擊駕駛室 必須有 12 xx l 設(shè)剎車后平板車和木箱的加速度大小分別為 1 a和 2 a 則由勻變速運(yùn)動規(guī)律得 tav 10 0 11 2 0 2xav 22 2 0 2xav ga 2 解以上幾個式子 得 1 a 2 2 0 2 0 5 2 sm glv gv 1 0 a v t ss4 4 5 22 即 從剎車開始到平板車完全停止至少要經(jīng)過s4 4 設(shè)剎車的制動力為F 以平板車為研究對象 由牛頓第二定律得 用心 愛心 專心 10 1 MagmMkFmg 將 2 1 5sma 代入上式 得 NF 3 max 1042 7 及 剎車時的制動力不能超過N 3 1042 7 點(diǎn)評 點(diǎn)評 本題中 平板車沙車的加速度越小 木箱越不容易撞擊駕駛室 所以存在剎車加速度等于一個特定 的數(shù)值時 木箱恰好不撞擊駕駛室的情況 在分析剎車后平板車的受力情況時一定不要漏掉了木箱對它產(chǎn) 生的摩擦力 4 超重與失重 豎直升降的電梯內(nèi)的天花板上懸掛著一根彈簧秤 如圖 24 1 所示 彈簧秤的秤鉤上懸掛一個質(zhì) 量 m 4kg 的物體 試分析下列情況下電梯的運(yùn)動情況 g 取 10m s2 1 當(dāng)彈簧秤的示數(shù) T1 40N 且保持不變 2 當(dāng)彈簧秤的示數(shù) T2 32N 且保持不變 3 當(dāng)彈簧秤的示數(shù) T3 44N 且保持不變 解析解析 選取物體為研究對象 它受到重力 mg 和豎直向上的拉力 T 的作用 規(guī)定豎直向上方向 為正方向 1 當(dāng) T1 40N 時 根據(jù)牛頓第二定律有 T1 mg ma1 解得這時 電梯的加速度 由此可見 電梯處于a 40410 4 m s0 1 2 Tmg m 1 靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài) 2 當(dāng) T2 32N 時 根據(jù)牛頓第二定律有 T2 mg ma2 解得這 時電梯的加速度 式中的負(fù)號表a2m s 2 2 Tmg m m s 22 3240 4 示物體的加速度方向與所選定的正方向相反 即電梯的加速度方向豎直向下 電梯加速下降或 減速上升 3 當(dāng) T3 44N 時 根據(jù)牛頓第二定律有 T3 mg ma3 解得這時 電梯的加速度 為正值表示電梯a 4440 4 m s1m sa 3 22 3 Tmg m 3 的加速度方向與所選的正方向相同 即電梯的加速度方向豎直向上 電梯加速上升或減速下 降 點(diǎn)評 點(diǎn)評 當(dāng)物體加速下降或減速上升時 亦即具有豎直向下的加速度時 物體處于失重狀態(tài) 當(dāng) 物體加速上升或減速下降時 亦即具有豎直向上的加速度時 物體處于超重狀態(tài) 用心 愛心 專心 11 第第 1111 講講 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證牛頓第二定律 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 理解實(shí)驗(yàn)原理及方法 掌握實(shí)驗(yàn)步驟及器材調(diào)整 會利用圖像處理數(shù)據(jù) 對結(jié)果進(jìn)行誤差分析 重點(diǎn) 掌握實(shí)驗(yàn)原理和方法 難點(diǎn) 用圖像處理數(shù)據(jù) 知識梳理知識梳理 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1 學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律 2 驗(yàn)證牛頓第二定律 3 掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 探究加速度 a 與力 F 及質(zhì)量 m 的關(guān)系時 應(yīng)用的基本方法是控制變量法 即先控制一個參量 小車 的質(zhì)量 m 不變 討論加速度 a 與力 F 的關(guān)系 再控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變 即力 F 不變 改變小車質(zhì)量 m 討論加速度 a 與 m 的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計時器 紙帶 復(fù)寫紙片 小車 一端附有定滑輪的長木板 小盤 砝碼 夾子 細(xì)繩 低壓交 流電源 導(dǎo)線 天平 帶有一套砝碼 刻度尺 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 1 用天平測出小車和小桶的質(zhì)量 M 和 M 把數(shù)據(jù)記錄下來 2 按如圖裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好 只是不把掛小桶用的細(xì)線系在小車上 即不給小車加牽引力 3 平衡摩擦力 在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊木 反復(fù)移動墊木的位置 直至小車在斜面 上運(yùn)動時可以保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài) 可以從紙帶上打的點(diǎn)是否均勻來判斷 4 在小車上加放砝碼 小桶里放入適量的砂 把砝碼和砂的質(zhì)量 m 和 m 記錄下來 把細(xì)線系在小本上 并繞過滑輪懸掛小桶 接通電源 放開小車 打點(diǎn)計時器在紙帶上打下一系列點(diǎn) 取下紙帶 在紙帶上寫 上編號 5 保持小車的質(zhì)量不變 改變砂的質(zhì)量 要用天平稱量 按步驟 4 再做 5 次實(shí)驗(yàn) 用心 愛心 專心 12 6 算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值 7 用縱坐標(biāo)表示加速度 a 橫坐標(biāo)表示作用力 即砂和桶的總重力 M m g 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平 面上描出相應(yīng)的點(diǎn) 作圖線 若圖線為一條過原點(diǎn)的直線 就證明了研究對象質(zhì)量不變時其加速度與它所 受作用力成正比 8 保持砂和小桶的質(zhì)量不變 在小車上加放砝碼 重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn) 并做好記錄 求出相應(yīng)的加速度 用縱坐標(biāo)表示加速度 a 橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼總質(zhì)量的倒數(shù) Mm 1 在坐標(biāo)平面上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié) 果描出相應(yīng)的點(diǎn)并作圖線 若圖線為一條過原點(diǎn)的直線 就證明了研究對象所受作用力不變時其加速度與 它的質(zhì)量成反比 注意事項注意事項 1 定要做好乎衡摩擦力的工作 也就是調(diào)出一個斜面 使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡所 受的摩擦阻力 在平衡摩擦力時 不要把重物系在小車上 即不要給小車加任何牽引力 并要讓小車拖著 打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動 2 實(shí)驗(yàn)步驟 2 3 不需要重復(fù) 即整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后 不管以后是改變重物質(zhì)量 還是改變小車 和砝碼的總質(zhì)量 都不需要重新平衡摩擦力 3 每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量的條件下打出 只有如此 重物 重力才可視為小車受到的拉力 4 改變拉力和小車質(zhì)量后 每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計時器 并應(yīng)先接通電源 再放開小車 且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車 5 作圖象時 要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上 不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè) 6 作圖時兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng) 各量須采用國際單位 這樣作圖線時 坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密 誤差會小些 7 為提高測量精度 可以采取下列措施 1 應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點(diǎn) 在后邊便于測量的地方找一個起點(diǎn) 2 可以把每打五次點(diǎn)的時間作為時間單位 即從開始點(diǎn)起 每隔五個點(diǎn)標(biāo)出一個計數(shù)點(diǎn) 而相鄰計數(shù) 點(diǎn)間的時間間隔為 T 0 1 秒 誤差分析誤差分析 1 質(zhì)量的測量誤差 紙帶上打點(diǎn)計時器打點(diǎn)問隔距離的測量誤差 拉線或紙帶不與木板平行等都會造 成誤差 2 因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差 本實(shí)驗(yàn)中用重物的重力代替小車受到的拉力 實(shí)際上小車受到的拉力要 小于重物的重力 存在系統(tǒng)誤差 重物質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量 誤差就越大 反之 重物質(zhì)量越小于小 車的質(zhì)量 誤差就越小 3 平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差 在平衡摩擦力時 除了不掛重物外 其他的都跟正式實(shí)驗(yàn)一樣 比如要掛 好紙帶 接通打點(diǎn)計時器 勻速運(yùn)動的標(biāo)志是打點(diǎn)計時器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離相等 題型講解題型講解 1 誤差分析 在 驗(yàn)證牛頓第二定律 實(shí)驗(yàn)中 研究加速度與力的關(guān)系時得到如圖所示的圖像 試分析其原因 用心 愛心 專心 13 解析解析 在做 關(guān)系實(shí)驗(yàn)時 用砂和砂桶重力mg代替了小車所受的拉力F 如圖所示 事實(shí)上 砂和砂桶的重力mg與小車所受的拉力F是不相等的 這是產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因 為此 必 須根據(jù)牛頓第二定律分析mg和F在產(chǎn)生加速度問題上存在的差別 由圖像經(jīng)過原點(diǎn)知 小車所受的摩擦 力已被平衡 設(shè)小車實(shí)際加速度為a 由牛頓第二定律可得 即 若視 設(shè)這種情況下小車的加速度為 則 在本實(shí)驗(yàn)中 M保持不變 與 mg F 成正比 而實(shí)際加速度a與mg成非線性關(guān)系 且m越大 圖像斜率越小 理想情況下 加速度a 與實(shí)際加速度a差值為 上式可見 m取不同值 不同 m越大 越大 當(dāng) 時 這就是要求該實(shí)驗(yàn)必須滿足 的原因所在 本題誤差是由于砂及砂桶質(zhì)量較大 不能很好滿足 造成的 點(diǎn)評 本實(shí)驗(yàn)的誤差因原理不完善引起的誤差 本實(shí)驗(yàn)用砂和砂桶的總重力 mg 代替小車的拉力 而實(shí)際 小車所受的拉力要小于砂和砂桶的總重力 這個砂和砂桶的總質(zhì)量越接近小車和砝碼的總質(zhì)量 誤差越大 反之砂和砂桶的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的總質(zhì)量 由此引起的誤差就越小 因此滿足砂和砂桶的總質(zhì)量 m 遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量 M 的目的就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差 此誤差可因?yàn)?而減小 但不可能消去此誤差 2 摩擦力的平衡 在利用打點(diǎn)計時器和小車做 驗(yàn)證牛頓第二定律 的實(shí)驗(yàn)時 實(shí)驗(yàn)前為什么要平衡摩擦力 應(yīng)當(dāng)如何 平衡摩擦力 解析解析 牛頓第二定律表達(dá)式 中的 F 是物體所受的合外力 在本實(shí)驗(yàn)中 如果不采用一定的 辦法平衡小車及紙帶所受的摩擦力 小車所受的合外力就不只是細(xì)繩的拉力 而應(yīng)是細(xì)繩的拉力和系統(tǒng)所 受的摩擦力的合力 因此 在研究加速度 a 和外力 F 的關(guān)系時 若不計摩擦力 誤差較大 若計摩擦力 其大小的測量又很困難 在研究加速度 a 和質(zhì)量 m 的關(guān)系時 由于隨著小車上的砝碼增加 小車與木板間 的摩擦力會增大 小車所受的合外力就會變化 此時長板是水平放置的 不滿足合外力恒定的實(shí)驗(yàn)條件 因此實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力 用心 愛心 專心 14 應(yīng)如何平衡摩擦力 怎樣檢查平衡的效果 有人是這樣操作的 把如圖所示裝置中的長木板的右端墊 高一些 使之形成一個斜面 然后把實(shí)驗(yàn)用小車放在長木板上 輕推小車 給小車一個沿斜面向下的初速 度 觀察小車的運(yùn)動情況 看其是否做勻速直線運(yùn)動 如果基本可看作勻速直線運(yùn)動 就認(rèn)為平衡效果較 好 這樣操作有兩個問題 一是在實(shí)驗(yàn)開始以后 阻礙小車運(yùn)動的阻力不只是小車受到的摩擦力 還有打 點(diǎn)計時器限位孔