閩師堂教案之高考物理第一輪總復(fù)習(xí)3、牛頓運(yùn)動(dòng)定律

1、 臺(tái)江教務(wù)教案紙科目名稱物 理審批意見：課 題專題三、牛頓運(yùn)動(dòng)定律學(xué)生姓名任課教師溫 健 平學(xué)生年級(jí)高 三授 課 日 期 年 月 日 時(shí)至 時(shí)授 課 形 式aaab教學(xué)目的：1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究加速度與物體質(zhì)量、受力之間的關(guān)系。理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律，用它解釋生活中的有關(guān)問題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)超重與失重現(xiàn)象 。2. 認(rèn)識(shí)單位制在物理學(xué)中的物理意義。知道國(guó)際單位制中的力學(xué)單位。教學(xué)重點(diǎn)：1.注意合外力與加速度的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，牛頓運(yùn)動(dòng)定律是力學(xué)的核心，其物理過(guò)程的分析和理解能體現(xiàn)學(xué)生的綜合分析能力、推理能力，是考查的重點(diǎn)。2.理解超重和失重的本質(zhì)，然后靈活運(yùn)用其知識(shí)去分析和解決問

2、題。教學(xué)難點(diǎn)：牛頓第二定律的應(yīng)用講授內(nèi)容一、夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1、牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)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。對(duì)牛頓第一定律的理解要點(diǎn)：（1）運(yùn)動(dòng)是物體的一種屬性，物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持；（2）它定性地揭示了運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系，即力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，是使物體產(chǎn)生加速度的原因；（3）定律說(shuō)明了任何物體都有一個(gè)極其重要的屬性慣性；（4）不受力的物體是不存在的，牛頓第一定律不能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證，但是建立在大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)之上，通過(guò)思維的邏輯推理而發(fā)現(xiàn)的。它告訴了人們研究物理問題的另一種方法，即通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，利用人的邏輯思維，從大量現(xiàn)象中尋找事物的規(guī)

3、律；（5）牛頓第一定律是牛頓第二定律的基礎(chǔ)，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為它是牛頓第二定律不受外力時(shí)的特例，牛頓第一定律定性地給出了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，牛頓第二定律定量地給出力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。2、牛頓第二定律：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，加速度的方向跟合外力的方向相同。公式f=ma.對(duì)牛頓第二定律的理解要點(diǎn)：（1）牛頓第二定律定量揭示了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，即知道了力，可根據(jù)牛頓第二定律研究其效果，分析出物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；反過(guò)來(lái)，知道了運(yùn)動(dòng)，可根據(jù)牛頓第二定律研究其受力情況，為設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)，控制運(yùn)動(dòng)提供了理論基礎(chǔ)；（2）牛頓第二定律揭示的是力的瞬時(shí)效果，即作用在物體上的力與它的效果是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，

4、力變加速度就變，力撤除加速度就為零，注意力的瞬時(shí)效果是加速度而不是速度；（3）牛頓第二定律是矢量關(guān)系，加速度的方向總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）牛頓第二定律f=ma定義了力的基本單位牛頓（定義使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的作用力為1n,即1n=1kg.m/s2.3、牛頓第三定律：兩個(gè)物體之間的作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一直線上。對(duì)牛頓第三定律的理解要點(diǎn)：(1)作用力和反作用力相互依賴性，它們是相互依存，互以對(duì)方作為自已存在的前提；（2）作用力和反作用力的同時(shí)性，它們是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失，同時(shí)變化，

5、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質(zhì)的力；（4）作用力和反作用力是不可疊加的，作用力和反作用力分別作用在兩個(gè)不同的物體上，各產(chǎn)生其效果，不可求它們的合力，兩個(gè)力的作用效果不能相互抵消，這應(yīng)注意同二力平衡加以區(qū)別。4.物體受力分析的基本程序：（1）確定研究對(duì)象；（2）采用隔離法分析其他物體對(duì)研究對(duì)象的作用力；（3）按照先重力，然后環(huán)繞物體一周找出跟研究對(duì)象接觸的物體，并逐個(gè)分析這些物體對(duì)研究對(duì)象的彈力和摩擦力，最后分析其他場(chǎng)力；（4）畫物體受力圖，沒有特別要求，則畫示意圖即可。5.超重和失重：（1）超重：物體有向上的加速度稱物體處于超重。處于失重的物體的物體對(duì)支持面的壓力

6、f（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w的重力，即f=mg+ma.；（2）失重：物體有向下的加速度稱物體處于失重。處于失重的物體對(duì)支持面的壓力fn（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w的重力mg，即fn=mgma，當(dāng)a=g時(shí)，fn=0,即物體處于完全失重。6、牛頓定律的適用范圍：（1）只適用于研究慣性系中運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系，不能用于非慣性系；（2）只適用于解決宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)問題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)問題；（3）只適用于宏觀物體，一般不適用微觀粒子。 二、解析典型問題問題1：必須弄清牛頓第二定律的矢量性。牛頓第二定律f=ma是矢量式，加速度的方向與物體所受合外力的方向相同。在解題時(shí)，可以利用正交分解法進(jìn)行求解。30

7、0afnmgff圖1xyxaxayx例1、如圖1所示，電梯與水平面夾角為300,當(dāng)電梯加速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，人對(duì)梯面壓力是其重力的6/5，則人與梯面間的摩擦力是其重力的多少倍？分析與解：對(duì)人受力分析，他受到重力mg、支持力fn和摩擦力ff作用，如圖1所示.取水平向右為x軸正向，豎直向上為y軸正向，此時(shí)只需分解加速度，據(jù)牛頓第二定律可得：ff=macos300, fn-mg=masin300因?yàn)?，解?問題2：必須弄清牛頓第二定律的瞬時(shí)性。l1l2圖2(a)牛頓第二定律是表示力的瞬時(shí)作用規(guī)律，描述的是力的瞬時(shí)作用效果產(chǎn)生加速度。物體在某一時(shí)刻加速度的大小和方向，是由該物體在這一時(shí)刻所受到的合外力的大小

8、和方向來(lái)決定的。當(dāng)物體所受到的合外力發(fā)生變化時(shí)，它的加速度隨即也要發(fā)生變化，f=ma對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的每一瞬間成立，加速度與力是同一時(shí)刻的對(duì)應(yīng)量，即同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失。例2、如圖2（a）所示，一質(zhì)量為m的物體系于長(zhǎng)度分別為l1、l2的兩根細(xì)線上，l1的一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為，l2水平拉直，物體處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)將l2線剪斷，求剪斷瞬時(shí)物體的加速度。l1l2圖2(b)（l）下面是某同學(xué)對(duì)該題的一種解法：分析與解：設(shè)l1線上拉力為t1，l2線上拉力為t2，重力為mg，物體在三力作用下保持平衡,有t1cosmg， t1sint2， t2mgtan剪斷線的瞬間，t2突然消失，物體即在t

9、2反方向獲得加速度。因?yàn)閙g tanma，所以加速度ag tan，方向在t2反方向。你認(rèn)為這個(gè)結(jié)果正確嗎？請(qǐng)對(duì)該解法作出評(píng)價(jià)并說(shuō)明理由。（2）若將圖2(a)中的細(xì)線l1改為長(zhǎng)度相同、質(zhì)量不計(jì)的輕彈簧，如圖2(b)所示，其他條件不變，求解的步驟和結(jié)果與（l）完全相同，即 ag tan，你認(rèn)為這個(gè)結(jié)果正確嗎？請(qǐng)說(shuō)明理由。分析與解：（1）錯(cuò)。因?yàn)閘2被剪斷的瞬間，l1上的張力大小發(fā)生了變化。剪斷瞬時(shí)物體的加速度a=gsin.（2）對(duì)。因?yàn)閘2被剪斷的瞬間，彈簧l1的長(zhǎng)度來(lái)不及發(fā)生變化，其大小和方向都不變。問題3：必須弄清牛頓第二定律的獨(dú)立性。mm圖3當(dāng)物體受到幾個(gè)力的作用時(shí)，各力將獨(dú)立地產(chǎn)生與其對(duì)應(yīng)

10、的加速度（力的獨(dú)立作用原理），而物體表現(xiàn)出來(lái)的實(shí)際加速度是物體所受各力產(chǎn)生加速度疊加的結(jié)果。那個(gè)方向的力就產(chǎn)生那個(gè)方向的加速度。例3、如圖3所示，一個(gè)劈形物體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，劈形物體從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的運(yùn)動(dòng)軌跡是：a沿斜面向下的直線b拋物線c豎直向下的直線d.無(wú)規(guī)則的曲線。分析與解：因小球在水平方向不受外力作用，水平方向的加速度為零，且初速度為零，故小球?qū)⒀刎Q直向下的直線運(yùn)動(dòng)，即c選項(xiàng)正確。問題4：必須弄清牛頓第二定律的同體性。加速度和合外力(還有質(zhì)量)是同屬一個(gè)物體的，所以解題時(shí)一定要把研究對(duì)象確定好，把研究對(duì)象全過(guò)程的受力情況都搞清

11、楚。例4、一人在井下站在吊臺(tái)上，用如圖4所示的定滑輪裝置拉繩把吊臺(tái)和自己提升上來(lái)。圖中跨過(guò)滑輪的兩段繩都認(rèn)為是豎直的且不計(jì)摩擦。吊臺(tái)的質(zhì)量m=15kg,人的質(zhì)量為m=55kg,起動(dòng)時(shí)吊臺(tái)向上的加速度是a=0.2m/s2,求這時(shí)人對(duì)吊臺(tái)的壓力。(g=9.8m/s2)(m+m)gff圖5affnmg圖6圖4分析與解：選人和吊臺(tái)組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，受力如圖5所示，f為繩的拉力,由牛頓第二定律有：2f-(m+m)g=(m+m)a則拉力大小為：再選人為研究對(duì)象，受力情況如圖6所示，其中fn是吊臺(tái)對(duì)人的支持力。由牛頓第二定律得：f+fn-mg=ma,故fn=m(a+g)-f=200n.由牛頓第三定律知，

12、人對(duì)吊臺(tái)的壓力與吊臺(tái)對(duì)人的支持力大小相等，方向相反，因此人對(duì)吊臺(tái)的壓力大小為200n，方向豎直向下。圖7問題5：必須弄清面接觸物體分離的條件及應(yīng)用。相互接觸的物體間可能存在彈力相互作用。對(duì)于面接觸的物體，在接觸面間彈力變?yōu)榱銜r(shí)，它們將要分離。抓住相互接觸物體分離的這一條件，就可順利解答相關(guān)問題。下面舉例說(shuō)明。例5、一根勁度系數(shù)為k,質(zhì)量不計(jì)的輕彈簧，上端固定,下端系一質(zhì)量為m的物體,有一水平板將物體托住,并使彈簧處于自然長(zhǎng)度。如圖7所示?，F(xiàn)讓木板由靜止開始以加速度a(ag勻加速向下移動(dòng)。求經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間木板開始與物體分離。分析與解：設(shè)物體與平板一起向下運(yùn)動(dòng)的距離為x時(shí)，物體受重力mg，彈簧的彈力

13、f=kx和平板的支持力n作用。據(jù)牛頓第二定律有：mg-kx-n=ma得n=mg-kx-ma當(dāng)n=0時(shí)，物體與平板分離，所以此時(shí)因?yàn)椋?。f圖8例6、如圖8所示，一個(gè)彈簧臺(tái)秤的秤盤質(zhì)量和彈簧質(zhì)量都不計(jì)，盤內(nèi)放一個(gè)物體p處于靜止，p的質(zhì)量m=12kg，彈簧的勁度系數(shù)k=300n/m?，F(xiàn)在給p施加一個(gè)豎直向上的力f，使p從靜止開始向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，已知在t=0.2s內(nèi)f是變力，在0.2s以后f是恒力，g=10m/s2,則f的最小值是 ，f的最大值是 。分析與解：因?yàn)樵趖=0.2s內(nèi)f是變力，在t=0.2s以后f是恒力，所以在t=0.2s時(shí)，p離開秤盤。此時(shí)p受到盤的支持力為零，由于盤和彈簧的質(zhì)

14、量都不計(jì)，所以此時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)。在0_0.2s這段時(shí)間內(nèi)p向上運(yùn)動(dòng)的距離：x=mg/k=0.4m因?yàn)?，所以p在這段時(shí)間的加速度當(dāng)p開始運(yùn)動(dòng)時(shí)拉力最小，此時(shí)對(duì)物體p有n-mg+fmin=ma,又因此時(shí)n=mg，所以有fmin=ma=240n.當(dāng)p與盤分離時(shí)拉力f最大，fmax=m(a+g)=360n.例7、一彈簧秤的秤盤質(zhì)量m1=15kg，盤內(nèi)放一質(zhì)量為m2=105kg的物體p，彈簧質(zhì)量不計(jì)，其勁度系數(shù)為k=800n/m，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖9所示?，F(xiàn)給p施加一個(gè)豎直向上的力f，使p從靜止開始向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，已知在最初02s內(nèi)f是變化的，在02s后是恒定的，求f的最大值和最小值各是多少？

15、（g=10m/s2）f圖9分析與解：因?yàn)樵趖=0.2s內(nèi)f是變力，在t=0.2s以后f是恒力，所以在t=0.2s時(shí)，p離開秤盤。此時(shí)p受到盤的支持力為零，由于盤的質(zhì)量m1=15kg，所以此時(shí)彈簧不能處于原長(zhǎng)，這與例2輕盤不同。設(shè)在0_0.2s這段時(shí)間內(nèi)p向上運(yùn)動(dòng)的距離為x,對(duì)物體p據(jù)牛頓第二定律可得： f+n-m2g=m2a對(duì)于盤和物體p整體應(yīng)用牛頓第二定律可得：令n=0，并由述二式求得，而，所以求得a=6m/s2.當(dāng)p開始運(yùn)動(dòng)時(shí)拉力最小，此時(shí)對(duì)盤和物體p整體有fmin=(m1+m2)a=72n.當(dāng)p與盤分離時(shí)拉力f最大，fmax=m2(a+g)=168n.問題6：必須會(huì)分析臨界問題。例8、如

16、圖10，在光滑水平面上放著緊靠在一起的兩物體，的質(zhì)量是的2倍，受到向右的恒力b=2n，受到的水平力a=(9-2t)n，(t的單位是s)。從t0開始計(jì)時(shí)，則：a物體在3s末時(shí)刻的加速度是初始時(shí)刻的511倍；圖10 bts后,物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)； ct4.5s時(shí),物體的速度為零； dt4.5s后,的加速度方向相反。aap450圖11分析與解：對(duì)于a、b整體據(jù)牛頓第二定律有：fa+fb=(ma+mb)a,設(shè)a、b間的作用為n，則對(duì)b據(jù)牛頓第二定律可得： n+fb=mba解得當(dāng)t=4s時(shí)n=0，a、b兩物體開始分離，此后b做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，而a做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)t=4.5s時(shí)a物體的加速

17、度為零而速度不為零。t4.5s后,所受合外力反向，即a、b的加速度方向相反。當(dāng)tg時(shí)，則小球?qū)ⅰ帮h”離斜面，只受兩力作用，如圖13所示，此時(shí)細(xì)線與水平方向間的夾角l1; b. l4l3;cl1l3; d. l2=l4.錯(cuò)解：由于中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動(dòng)，而中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動(dòng)，所以有 l4l3，即b選項(xiàng)正確。分析糾錯(cuò)：筆者看到這道試題以后，對(duì)高考命題專家是佩服得五體投地！命題者將常見的四種不同的物理情景放在一起，讓學(xué)生判別彈簧的伸長(zhǎng)量的大小，不少學(xué)生不加思考的選擇b答案。沒有良好思維習(xí)慣的學(xué)生是不能正確解答本題的。這正是命題人的獨(dú)具匠心！本題實(shí)際上就是判斷四種情景下彈簧所受彈力的大小。由于彈簧的質(zhì)量不計(jì)，所以不論彈簧做何種運(yùn)動(dòng)，彈簧各處的彈力大小都相等。因此這四種情況下彈簧的彈力是相等，即四個(gè)彈簧的伸長(zhǎng)量是相等。只有d選項(xiàng)正確。典型錯(cuò)誤之二：受力分析漏掉重力。例17、蹦床是運(yùn)動(dòng)員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。一個(gè)質(zhì)量為60kg的運(yùn)動(dòng)員，從離水平網(wǎng)面3.2m高處自由下落，著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0m高處。已知運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間為1.2s。若把在這段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)