力的相互作用和牛頓運動定律

1、一、知識導(dǎo)圖二、重點知識梳理 1三種常見的力 1）重力 由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力。重力只是地球?qū)ξ矬w吸引力的一個分力。一個物體的重力與它的質(zhì)量成正比，重力與質(zhì)量的關(guān)系是mg=G 。在地球的不同地點由于 g 不同，同一個物體的重力不同。重力的作用點是重心。重力的方向豎直向下。分析物體受力首先要分析重力。要理解重力的方向豎直向下并不等同于指向地心，重力的大小并不等同于地球與物體間的萬有引力。（2）彈力 發(fā)生彈性形變的物體由于恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體產(chǎn)生的力的作用叫彈力。胡克定律：彈簧發(fā)生形變時彈力的大小與彈簧的伸長（或壓縮）的長度成正比。關(guān)系式是：F=kX=。（3）摩擦力 兩個相互

2、接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對運動或具有相對運動的趨勢時，在它們接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運動或相對運動趨勢的力稱為摩擦力。在中學(xué)階段我們學(xué)習(xí)了兩種摩擦力：靜摩擦力和滑動摩擦力。 靜摩擦力：兩個相互接觸的物體間存在相對運動趨勢時在它們接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運動趨勢的力。靜摩擦力的大小是一個可以變化的值。 滑動摩擦力：兩個相互接觸的物體間存在相對滑動時在它們接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運動的力?；瑒幽Σ亮Υ笮∨c兩物體接觸面的粗糙程度有關(guān)，與它們間的壓力大小成正比。F=Nm2牛頓運動定律（1）牛頓第一定律（慣性定律）： 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。牛頓第一定

3、律闡述了物體不受力或所受合外力為零時的運動狀態(tài)，明確了力的作用效果，即力是物體運動狀態(tài)改變的原因。物體有保持原有運動狀態(tài)的屬性，一切物體都有慣性，慣性大小由這個物體的質(zhì)量唯一決定。在近年的高考中，直接考查這個定律的內(nèi)容不多，但是對這個規(guī)律的正確使用卻貫穿于力學(xué)以及綜合分析的大部分問題中。牛頓第二定律： 物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。牛頓第三定律： 兩個物體之間的作用力和反作用力叫是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。3共點力的平衡 共點力作用下物體的平衡條件是合力為零。平衡條件要從兩個方向理解，當(dāng)一個物體受到幾個力共同使用時，這幾個力的

4、合力為零，物體一定處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)；一個物體如果處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，物體受的合力一定為零。4等效思想與方法力的合成與分解正交分解法 平行四邊形定則是矢量合成與分解的基本法則，熟練掌握平行四邊形定則的矢量運算是十分重要的基本技能。對它的運用完全包含在力學(xué)問題的解答過程中，它的重要性是不容置疑的。在矢量的合成與分解中常用到正交分解法。即在兩個坐標(biāo)軸上分析力，由此建立力的平衡方程或者牛頓運動定律方程。5實驗（1）實驗一：驗證力的平行四邊形定則這是一個驗證性實驗，即已經(jīng)知道這個規(guī)律，通過實驗進(jìn)一步認(rèn)識它的客觀性。驗證實驗的共性是方法相同，即對比求證。首先通過兩個彈簧共同對一根橡皮

5、筋施加拉力，讀出兩個拉力的大小，確定兩個拉力的方向，根據(jù)平行四邊形定則確定這兩個拉力合力的理論值。再用一根彈簧對這根橡皮筋施加拉力，當(dāng)與用兩根時取得相同效果時，確定其大小與方向。然后將這兩個結(jié)果比較。得出結(jié)論。（2）實驗二：驗證牛頓運動定律 這個實驗最突出的特點是控制變量方法的應(yīng)用。 在控制質(zhì)量的情況下，求證加速度與拉力的正比關(guān)系；在控制拉力的情況下，求證加速度與質(zhì)量的反比關(guān)系。這個實驗的第二個特點是間接對比。質(zhì)量相同，驗證加速度與拉力的正比關(guān)系時，并不是直接用加速度確定這個關(guān)系，而是根據(jù)初速度為零的勻加速直線運動位移規(guī)律s=at2/2，由位移與拉力成正比，確定加速度與拉力成正比；同樣，拉力相

6、同時，由位移與質(zhì)量成反比，確定加速度與質(zhì)量成反比。五、知識應(yīng)用例析1受力分析 正確熟練分析物體受力情況，是研究力學(xué)問題的關(guān)鍵，也是必須掌握好的基本功，認(rèn)真做好物體的受力分析是正確分析解決物理問題的第一步。對物體進(jìn)行受力分析，主要依據(jù)力的概念，從物體所處的環(huán)境和物體的運動狀態(tài)著手，分析它與所處環(huán)境的其它物體的相互聯(lián)系。方法是：（1）確定所要研究的對象，找出周圍對它產(chǎn)生作用的物體。（2）按先后順序分析：先重力，再接觸力（彈力和摩擦力），最后電、磁場力。（3）畫完受力圖后檢查：依據(jù)是每個力能否找到它的施力物體，若沒有施力物體，此力一定不存在；能否使對象處于題目所給定的運動狀態(tài)（平衡或加速），否則必然

7、發(fā)生了多力或遺漏力的現(xiàn)象。（4）如果有個別力的方向難以確定，可用假設(shè)法分析。示例 1：（07 海南）如圖，P 是位于水平的粗糙桌面上的物塊。用跨過定滑輪的輕繩將P 與小盤相連，小盤內(nèi)有砝碼，小盤與砝碼的總質(zhì)量為 m。在P 運動的過程中，若不計空氣阻力，則關(guān)于 P 在水平方向受到的作用力與相應(yīng)的施力物體，下列說法正確的是 （ B ）A 拉力和摩擦力，施力物體是地球和桌面B拉力和摩擦力，施力物體是繩和桌面 C重力 mg 和摩擦力，施力物體是地球和桌面 D重力 mg 和摩擦力，施力物體是繩和桌面示例 2：（07 山東）如圖，物體 A 靠在豎直墻面上，在力 F 作用下，A、B 保持靜止。物體 B 的受

8、力個數(shù)為 （ C ）A2 B3 C4 D5 2對彈力的認(rèn)識 彈力是由于物體形變而出現(xiàn)的力。彈力的大小往往通過平衡分析加以確定；面、面接觸的兩個物體彈力的方向總是垂直兩個相互接觸的表面，點、面接觸的兩個物體彈力的方向總是垂直與點接觸的表面。彈力可以做功，也可能不做功。（1）繩子的拉力 輕繩是中學(xué)物理學(xué)習(xí)中的一個基本模型。分析由繩子連接的物體的運動問題時，不考慮繩子的質(zhì)量，不考慮繩子的形變，只有繩子張緊與松馳兩種狀態(tài)；輕繩只能對物體有拉力的作用，這個拉力的方向是唯一確定的，只是沿著繩子指向繩子收縮的一方；繩子的拉力是可以突變的。示例：（08 江蘇）如圖所示，兩光滑斜面的傾角分別為 30 和 45，

9、質(zhì)量分別為 2m 和 m的兩個滑塊用不可伸長的輕繩通過滑輪連接(不計滑輪的質(zhì)量和摩擦)，分別置于兩個斜面上并由靜止釋放；若交換兩滑塊位置，再由靜止釋放。則在上述兩種情形中正確的有（ BD ）A質(zhì)量為 2m 的滑塊受到重力、繩的張力、沿斜面的下滑力和斜面的支持力的作用B質(zhì)量為 m 的滑塊均沿斜面向上運動C繩對質(zhì)量為 m 滑塊的拉力均大于該滑塊對繩的拉力D系統(tǒng)在運動中機(jī)械能均守恒（2）彈簧的彈力 輕質(zhì)彈簧是中學(xué)物理學(xué)習(xí)中的另一個基本模型。分析由彈簧連接物體的運動問題時，不考慮彈簧的質(zhì)量，彈簧有伸長和壓縮兩種狀態(tài)。彈簧的彈力可以通過F=kX這一規(guī)律計算；彈簧伸長時彈力的方向沿彈簧指向收縮方，壓縮時沿

10、彈簧指向恢復(fù)方。彈簧的彈力是不可能發(fā)生突變的。 彈簧的彈力是變力，在受力分析時，必須考慮彈簧形變時彈力的變化；彈簧彈力做功是變力做功，不用使用恒力功的公式直接計算，通常要用物體動能的改變量得出。示例 1：如圖所示，輕彈簧 A、B 的勁度系數(shù)分別為 k1、k2，它們都外在豎直狀態(tài)，滑輪重量不計，當(dāng)懸掛的物體重量為 G 時，滑輪下降的距離是 （ D ）示例 2：如圖所示為一輕質(zhì)彈簧的長度 l 和彈力 F 的關(guān)系圖象，由圖象可知 （ C ）A彈簧的原長是 20cmB彈簧的勁度系數(shù)是 100N/mC彈簧的勁度系數(shù)是 200N/mD彈簧受 20N 拉力時長 18cm3摩擦力（1）靜摩擦力 靜摩擦力的大小

11、可以由 0 到最大值f=之間變化，數(shù)值不確定。很多情況下，需要利用物體的狀態(tài)來確定靜摩擦力的大小和方向。靜摩擦力是可以發(fā)生突變的力，大小、方向都可能突變；靜摩擦力可以不做功，但也可以做功，既可以做正功也可以做負(fù)功。示例 1：（04 上海）物體 B 放在物體 A 上，A、B 的上下表面均與斜面平行（如圖），當(dāng)兩者以相同的初速度靠慣性沿光滑固定斜面 C 向上做勻減速運動時（ C ）AA 受到 B 的摩擦力沿斜面方向向上BA 受到 B 的摩擦力沿斜面方向向下CA、B 之間的摩擦力為零DA、B 之間是否存在摩擦力取決于 A、B 表面的性質(zhì)示例 2：（92 全國）如圖，一木塊放在水平桌面上，在水平方向共

12、受到三個力即 F1、F2和摩擦力作用，木塊處于靜止?fàn)顟B(tài).其中 F110N、F22N。若撤去力 F1，則木塊在水平方向受到的合力為 （ D ）A10N，方向向左B6N，方向向右C2N，方向向左D零（2）滑動摩擦力 滑動摩擦力比較好分析，只要相互接觸的物體間存在相對運動，就會有滑動摩擦力出現(xiàn)，大小由f=，只要接觸面不變，這個力的大小是確定的。示例 1：（04 遼寧）三個完全相同的物塊 1、2、3 放在水平桌上，它們與桌面間的動摩擦因數(shù)都相同?，F(xiàn)用大小相同的外力 F 沿圖示方向分別作用在 1 和 2 上，用F/2的外力沿水平方向作用在 3 上，使三者都做加速運動，令 a1、a2、a3分別代表物塊 1

13、、2、3的加速度，則 （ C ）Aa1=a2=a3 Ba1= a2，a2a3Ca1a2，a2a3 Da1a2，a2a3示例 2：（08 全國）如圖，一固定斜面上兩個質(zhì)量相同的小物塊 A 和 B 緊挨著勻速下滑，A 與 B 的接觸面光滑。己知 A 與斜面之間的動摩擦因數(shù)是 B與斜面之間動摩擦因數(shù)的 2 倍，斜面傾角為 。B 與斜面之間的動摩擦因數(shù)是 （ A ）4共點力的平衡 共點力作用下的物體平衡，是指物體相對地面靜止或勻速直線運動，此時物體所受的合外力為零，加速度為零。理論依據(jù)是牛頓第一定律。明確研究對象，認(rèn)清此對象平衡狀態(tài)的特征，對研究對象進(jìn)行完整的受力分析，是解決問題的關(guān)鍵。要有良好的分析

14、習(xí)慣：（1）要有順序，這樣可以減少分析時的遺漏。一般是重力，彈力，摩擦力，電磁場力；（2）認(rèn)清每一個力的來源，可以避免多分析實際沒有的力；（3）畫好物體受力的示意圖；（4）建立坐標(biāo)，一般采用力的正交分解法；（5）根據(jù)牛頓第一定律列出平衡方程。在高考中對共點力的平衡的考查時有出現(xiàn)。示例 1：（08 天津）在粗糙水平地面上與墻平行放著一個截面為半圓的柱狀物體 A， A與豎直墻之間放一光滑圓球 B，整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)對 B 加一豎直向下的力 F，F(xiàn) 的作用線通過球心，設(shè)墻對 B 的作用力為 F1，B 對 A 的作用力為 F2，地面對 A 的作用力為 F3。若 F 緩慢增大而整個裝置仍保持靜止，

15、截面如圖所示，在此過程中 （ C ）AF1保持不變，F(xiàn)3緩慢增大BF1緩慢增大，F(xiàn)3保持不變CF2緩慢增大，F(xiàn)3緩慢增大DF2緩慢增大，F(xiàn)3保持不變示例 2：（08 寧夏）一足夠長的斜面，最高點為 O 點，有一長為 l=1.00 m 的木條 AB，A端在斜面上，B 端伸出斜面外。斜面與木條間的摩擦力足夠大，以致木條不會在斜面上滑動。在木條 A 端固定一個質(zhì)量為 M=2.00 kg 的重物（可視為質(zhì)點），B端懸掛一個質(zhì)量為 m=0.50 kg 的重物。若要使木條不脫離斜面，在下列兩種情況下，OA 的長度各需滿足什么條件？（）木條的質(zhì)量可以忽略不計。（）木條質(zhì)量為 m= 0.50 kg，分布均勻。

16、OA0.20m；OA0.25 m氣球吊籃中減少的質(zhì)量為 （ A ）5牛頓第二定律 這部分內(nèi)容是歷年高考試題中，用來鑒別考生能力的重要內(nèi)容之一。通過的牛頓定律將靜力學(xué)、運動學(xué)的知識連為一個體，推理能力，分析綜合能力等項解答物理問題所要求的能力，在這里都有充分的體現(xiàn)。牛頓第二定律從數(shù)值上明確了物體受的力、物體的質(zhì)量，物體的加速度三者的瞬時關(guān)系；概括了力的獨立作用原理。對牛頓第二定律理解的重點是：瞬時性：這個定律表明的是物體的加速度與物體所受力的瞬時對應(yīng)關(guān)系。矢量性：任一時刻，加速度的方向均與合外力方向相同；合外力方向改變時，加速度的方向同時改變；在物體運動的每個瞬時兩者方向都保持一致。同時性：合外

17、力與物體的加速度同時出現(xiàn)，同時變化，合外力與加速度只有因果關(guān)系而沒有先后之分。（2）對牛頓第二定律的使用一般可概括為兩種情況：物體受力情況清晰，在這個基礎(chǔ)上分析物體的運動。由于這樣的條件，必須首先對物體進(jìn)行完整的受力分析，這是使用定律的依據(jù)。物體運動情況清晰，在這個基本條件下分析物體受力。因此確定物體加速度的大小和方向是分析問題的關(guān)鍵，由加速度的大小和方向確定物體的合外力。示例 1：（04 全國理綜）如圖，在傾角為a的固定光滑斜面上，有一用繩子拴著的長木板，木板上站著一只貓。已知木板的質(zhì)量是貓的質(zhì)量的 2 倍。當(dāng)繩子突然斷開時，貓立即沿著板向上跑，以保持其相對斜面的位置不變。則此時木板沿斜面下

18、滑的加速度為 （ C ）示例 2：（08 全國）如圖，一輛有動力驅(qū)動的小車上有一水平放置的彈簧，其左端固定在小車上，右端與一小球相連，設(shè)在某一段時間內(nèi)小球與小車相對靜止且彈簧處于壓縮狀態(tài)，若忽略小球與小車間的摩擦力，則在此段時間內(nèi)小車可能是 （ AD ）A向右做加速運動 B向右做減速運動C向左做加速運動D向左做減速運動示例 3：（08 寧夏）一有固定斜面的小車在水平面上做直線運動，小球通過細(xì)繩與車頂相連。小球某時刻正處于圖示狀態(tài)。設(shè)斜面對小球的支持力為N，細(xì)繩對小球的拉力為 T，關(guān)于此時刻小球的受力情況，下列說法正確的是 （ AB ）若小車向左運動，N 可能為零 AB若小車向左運動，T 可能為

19、零C若小車向右運動，N 不可能為零D若小車向右運動，T 不可能為零 示例 4：（08 海南）科研人員乘氣球進(jìn)行科學(xué)考察。氣球、座艙、壓艙物和科研人員的總質(zhì)量為 990kg。氣球在空中停留一段時間后，發(fā)現(xiàn)氣球漏氣而下降，及時堵住.堵住時氣球下降速度為 1m/s，且做勻加速運動，4s 內(nèi)下降了 12m。為使氣球安全著陸，向舷外緩慢拋出一定的壓艙物。此后發(fā)現(xiàn)氣球做勻減速運動，下降速度在 5 分鐘內(nèi)減少了 3m/s。.若空氣阻力和泄漏氣體的質(zhì)量均可忽略，重力加速度 g=9.89m/s2，求拋掉的壓艙物的質(zhì)量。答案：M=101kg6體現(xiàn)新課程理念（1）超重與失重在實際生活中的應(yīng)用超重與失重現(xiàn)象是高考中常

20、出現(xiàn)的知識點。通常是出現(xiàn)在選擇題中，考查學(xué)生對這一現(xiàn)象的理解。應(yīng)該理解：物體處于超重或失重狀態(tài)時，物體的重力始終存在，且重力的大小沒有發(fā)生變化。發(fā)生超重或失重現(xiàn)象，與物體的運動方向無關(guān)，與當(dāng)時的速度大小無關(guān)，只決定于物體加速度的方向。當(dāng)物體具有豎直向上的加速度時，物體對支持物表面的壓力大于物體自身的重力；當(dāng)物體具有豎直向下的加速度時，物體對支持物表面的壓力小于物體自身的重力。在完全失重狀態(tài)下，由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象會消失：單擺停止擺動，天平失效，液體對容器底面不再產(chǎn)生向下的壓強。示例 1：（07 山東）下列實例屬于超重現(xiàn)象的是 （ BD ）A汽車駛過拱形橋頂端B蕩秋千的小孩通過最低點C跳水運動員

21、被跳板彈起，離開跳板向上運動D火箭點火后加速升空(2)對科學(xué)研究方法的考查示例 1：（05 上海）對“落體運動快慢”、“力與物體運動關(guān)系”等問題，亞里士多德和伽利略存在著不同的觀點。請完成下表： 亞里士多德的觀點 伽利略的觀點 落體運動快慢 重的物體下落快，輕的物體下落慢力與物體運動關(guān)系 維持物體運動不需要力答案：物體下落快慢與輕重?zé)o關(guān)；維持物體運動需要力示例 2：（07 海南卷）16 世紀(jì)末，伽利略用實驗和推理，推翻了已在歐洲流行了近兩千年的亞里士多德關(guān)于力和運動的理論，開啟了物理學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元。在以下說法中，與亞里士多德觀點相反的是 （ D ）A四匹馬拉的車比兩匹馬拉的車跑得快；這說明，物

22、體受的力越大，速度就越大B一個運動的物體，如果不再受力了，它總會逐漸停下來；這說明，靜止?fàn)顟B(tài)才是物體長時間不受力時的“自然狀態(tài)”C兩物體從同一高度自由下落，較重的物體下落較快D一個物體維持勻速直線運動，不需要受力7牛頓第三定律 在高考中，對牛頓第三定律有很高的要求，既要求對定律的理解，也要求在具體問題中能熟練應(yīng)用，但直接單一考查牛頓第三定律的情況比較少，而主要出現(xiàn)在較為復(fù)雜的物體情景與環(huán)境中，對于兩個或兩個以上物體相互影響的運動分析中，考查學(xué)生對這個定律的理解與使用。 牛頓第三定律闡明物體間作用的相互性，明確了作用力與反作用力之間的關(guān)系：同時性。即作用力與反作用力同時出現(xiàn)同時消失。大小相等，方向相反。同一屬性。分別作用在兩個相互作用的不同物體上，不能平衡，這兩個力分別產(chǎn)生自己的效果。作用力與反作用力一定產(chǎn)生大小相等，方向相反的沖量，這是理解動量守恒的基礎(chǔ)；作用力與反作用力可能同時都做負(fù)功，可能一個做正功，一個做負(fù)功，也可能一個做功另一個不做功，也可能兩個同時都不做功。示例 1：（07 天津）如圖所示，物體 A 靜止在光滑的水平面上，A 的左邊固定有輕質(zhì)彈簧，與 A 質(zhì)量相等的物體 B 以速度 v 向 A 運動并與彈簧發(fā)生碰撞，A、B 始終沿同一直線運動，則 A、B 組成的系統(tǒng)動能損失最大的時刻是 （ D ）A