第三章 牛顿运动定律习导学案 21页

第一节牛顿第一定律惯性【主动学习部分】今天学习的《牛顿第一定律惯性》，大家在初中八年级第三章第六节学过，而且其内容安排也几乎一样。既然都一样，初中时学得也挺认真，那今天学什么呢？重新复习一遍？还是再挖掘点深层次的东西出来？答案是：两者都要，我们要温故而知新。一、重温牛顿第一定律的得出过程爱因斯坦曾经把一代代科学家探索自然奥秘的努力，比作福尔摩斯侦探小说中警员破案的过程。人们探索力和运动的关系就好比是这样一个过程，但这个过程实在是漫长，长达2000多年。1、亚里士多德（公元前384—公元前322年）的观点（春秋战国时期）古希腊的亚里士多德最早提出了关于力和运动关系的观点：力是维持物体运动的原因。他是基于以下的一些类似现象：（1）轻拉课桌上的书本：拉→书本动了；不拉→书本又不动了。（体验一下）（2）马路上汽车关闭发动机后汽车就会慢慢停下来。（3）沿草地踢出去的足球，滚了一段后最终也会停下来。在侦探故事中，有时一条明显可见的线索却把人们引导到错误的判断上去，亚里士多德也犯了这样的错误，而且这一错就是2000多年。2、伽利略（1564—1642）的质疑直到300多年前（明朝末年），伽利略对此提出了质疑。（1）伽利略认为，将人们引入歧途的是摩擦力，而在日常物体的运动中，摩擦力又是难以避免的。对前面例子中的对象进行受力分析：关闭发动机后还在前进汽车v草地上向前滚动的足球v轻拉书本F请同桌间相互间交流一下：①彼此的受力分析正确吗？②足球慢慢停下的原因是什么？_____________________________③再举一个这样的例子，并说给同桌听。_____________________________________。（2）伽利略进一步认为：①当一个球沿斜面向下运动时，它的速度是增大的。（图1）②当一个球沿斜面向上运动时，它的速度是减小的。（图2）③他由此猜想：当球沿水平面运动时，它的速度应该不增不减。（图3）v图1v图2v图321\n但实际情况却是即使沿水平面运动，球也越来越慢，最后停下。伽利略认为，这还是摩擦阻力作用的结果，因为他同样还观察到，表面越光滑，球便会运动的越远。于是他推断：若没有摩擦阻力，球将永远运动下去。亚里士多德的观点是物体的运动需要力来维持，那么伽利略的观点是______________。（3）伽利略理想实验的魅力上面已经表明了伽利略的观点，但为了说明其思想，伽利略设计了一个实验，正是这个实验，被爱因斯坦誉为“物理学的真正开端”，如图4。图4①将小球从斜面AB的某一高处由静止释放，小球将滚上另一个斜面BC。②如果没有摩擦，小球将上升到原来高度；③如果减小斜面BC的倾角，变为图中的BC’，小球将通过更长的路程，最终仍能达到原来的高度；④当BC最终成为无限长水平面时，小球再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定的速度一直运动下去。仔细体会上述实验后，相互讨论下列问题：A、步骤①中小球从某一高度滚下，能否滚到另一斜面的等高处，为什么？____________________________________________________。B、步骤②为什么要说“如果没有摩擦”？这个步骤现实环境中能实现吗？___________________________________________________。C、步骤③、④能在现实环境中实现吗？___________________________________________________。D、现实环境中不存在无摩擦环境，以上步骤中属于事实的是________，属于推理的是__________。E、通过这样的一个实验，你认同“运动不需要力来维持”这个观点吗？我们不能消除一切阻力，也不可能把第二个斜面做的无限长，所以伽利略的这个实验叫做“理想实验”，又叫“想象实验”。关于这个实验所蕴含的深刻思想，我们在下文会继续讨论。3、笛卡儿（1596—1650）的补充（1）与伽利略同时代的数学家笛卡儿也研究了这个问题，他指出：如果运动中没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向。（2）笛卡儿还认为：这应该成为一个原理，它是人类整个自然观的基石。思考并回答下列问题：A、笛卡儿提到的“同一速度沿同一直线运动”，这是__________运动？“既不停下来也不偏离原来的方向”，说明这种运动在__________（保持、改变）。B、通过对笛卡儿这句话的理解，你认为“以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向”的原因或条件是_________________________________。C、不知道你有没有发现，笛卡儿的描述已经比较接近牛顿第一定律了，但还差些，还差在什么地方？等下文牛顿第一定律表述后你再做比较。___________________________________________________。4、牛顿第一定律的提出在伽利略和笛卡尔工作的基础上，在隔了一代人以后，牛顿（1643—1727）21\n提出了动力学的一条基本定律：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。这就是牛顿第一定律。对牛顿第一定律的理解：（1）牛顿第一定律表明，一切物体具有保持原来匀速运动状态或静止状态的性质，这种性质叫_________。所以牛顿第一定律又叫_________定律。（2）牛顿第一定律中提到的“外力”的作用是什么？_________________________。（3）完全孤立的物体是没有的，也就是说不受力的物体是不存在的，牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不能用实验直接验证。（4）许多现象可以帮助我们理解牛顿第一定律，例如：冰球场上，冰球离开球杆后，能以几乎不变的速度继续前进，直到它再一次受到球杆的打击或碰撞到障碍物，才改变这种状态。（下文学习“惯性和力”时会有一些视频供大家观摩和分析）（5）不受力的物体是不存在的，物体在受到平衡力作用时是保持匀速运动状态和静止状态的，所以这两种状态也称为平衡状态。（学习共点力平衡时有人问为什么静止和匀速称为平衡态，这里就是原因；因此判断一个物体是否处于静止状态，光有速度为零还不行，必需同时是受力平衡的。）二、惯性与力其实无论在亚里士多德那里还是伽利略和笛卡儿那里，都没有力的概念。牛顿的高明之处在于他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”，本文为了表述方便，在陈述亚里士多德等人的思想时，借用了力的概念。所以，牛顿第一定律涉及了两个重要的物理概念：惯性和力。1、惯性对应的关键字是“保持”，惯性保持的是什么？____________________。2、力对应的关键字是“改变”，力改变的是什么？________________________。3、观看几段视频，用惯性和力的概念解释其中的相关现象。（如果你学得快，可以先学习第三部分甚至去完成课后练习，这里要等一下进度慢的同学）三、再谈伽利略的理想实验（科学推理方法）1、比较亚里士多德和伽利略研究问题方法的不同。亚里斯多德：观察+直觉伽利略：实验事实+逻辑推理2、“理想实验”虽然也叫做“实验”，但它同真实的科学实验是有原则区别的，真实的科学实验是一种实践的活动，而“理想实验”则是一种思维的活动，是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”。3、爱因斯坦曾这样评价：“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端！”四、总结、交流学习成果提示：可以从以下几个方面进行，自己先总结，然后和同桌、前后交流。1、力和运动的正确关系得出经历了哪些过程？2、惯性与力对于运动分别起到什么样的作用？3、本文中的理想实验主要有哪些步骤。4、比较亚里斯多德与伽利略研究问题方法的不同之处？5、牛顿的伟大之处在本文中的体现。21\n第二节牛顿第二定律(一)【主动学习部分】上一节课我们学习了牛顿第一定律，它是整个动力学的基石，它不仅指出了物体的运动不需要力维持（惯性），更是指出了力是改变运动状态的原因。那么力是怎么改变物体的运动状态的呢？牛顿在他的第二定律里描述了出来，今天我们将要学习牛顿第二定律。一、学习牛顿第二定律的知识准备1、什么是运动状态的改变？（1）速度是________（矢量、标量），既有________又有_________。只要速度的大小或方向有一样变化了，我们就说速度变化了。（2）我们说速度变化了，可能是_________变化了，可能是___________变化了，也可能是______________。（3）运动状态变化了，就是速度发生了变化，也就是不能保持________和_________状态了。所以，运动物体的速度发生了变化，我们就说物体的运动状态发生了变化。2、加速度与运动状态变化之间的关系（1）加速度是描述________________________的物理量，其定义式是______________。（2）加速度的物理意义。在匀加速直线运动中，a=5m/s2，其物理意义是_______________________________。在匀减速直线运动中，a=-5m/s2，其物理意义是_______________________________。（3）从上文可以知道，运动状态的变化，就是速度的变化，那么运动状态变化的快慢即加速度与哪些因素有关呢？二、探究加速度与哪些因素有关？1、理论探究——从牛顿第一定律中分析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。（1）前半句话讲的是惯性，惯性是________（保持、改变）运动状态的，惯性大小与______有关。从这里看出，运动状态的改变是与质量M有关系的，即加速度a与质量M有关系。（2）后半句是指力改变物体的运动状态，即加速度a与力F有关系。2、DIS实验探究加速a与F、M的定量关系（1）研究方法的确定研究a与F、M这三个物理量之间的关系，可以采用_____________方法。（2）a与F、M之间关系的猜测A、如图1所示，如果控制物体质量M不变，用不同大小的F1和F2（F1＞F2）分别作用在物体上，你认为哪个物体获得的加速比较大？a1_______a2。MF1MF2FFm2图1图2m1B、如图2所示，控制力F的大小不变。即把同样大小的力F，分别作用在不同的质量的两个物m1、m2体上，其中m1＞m2，你认为哪个物体获得的加速比较大？a1_______a2。C、综合以上两点，你对a与F，a与M的关系分别做一个猜测？（数学函数关系）_____________________________________________________________________。21\n（3）DIS实验探究a与F的关系①实验目的：研究小车在质量一定情况下，加速度与作用力的关系。②实验器材：位移传感器、计算机、带滑轮的轨道、小车、钩码（6个）③实验步骤：A、参照书本79页图3-11，连接实验器材。B、打开DIS实验相应软件。（小车质量输入250g）C、第一次挂2个钩码（每个2g），以后依次增加一个，可得5组数据，即为F的数据；每次实验都可以在相应的v-t图像上截取相应的区间获得相应加速度，一共也是5组。D、利用软件自带的功能处理这些数据（原来手工操作就是描点连线。）④实验初步结论，观察实验得到的a-F图线，和你原来猜测的一样吗？它是一根过原点的正比函数线吗？你觉得应该过原点吗？为什么？不过原点的原因是什么？（本处各小组先讨论，最后由教师参与讨论与分析。）__________________________________________________________________________⑤实验结论：在质量一定的情况下，加速度a与作用力F成_________________关系，即____________（填数学关系）（3）DIS实验探究a与M的关系（本实验不进行实际操作，但提供具体实验数据进行处理）①实验目的：研究小车在受力一定情况下，加速度与质量的关系。②实验器材：位移传感器、计算机、带滑轮的轨道、小车、钩码（3个）、小车配重片、天平。实验器材与上一实验有何不同？为什么？____________________________________。③实验步骤：（以下不进行实际操作，但请仔细阅读）A、参照书本79页图3-11，连接实验器材。B、打开DIS实验相应软件。C、作为拉力的小钩码挂3个，第一次实验小车空车，然后依次加配重片4次，可得5组数据，即为M的数据；每次实验都可以在相应的v-t图像上截取相应的区间获得相应加速度，一共也是5组。D、现得到以下五组数据，请根据这5组数据描点作图。（重要提示：描点作图的目的是为了得到a和M的关系，描完点后，应观察这些点的分布趋势情况，如果基本分布在一条直线上，则用直尺做图线，使这些点均匀地分布在线上或线的两侧；如果是曲线，则用光滑的曲线把这些点连起来；注意：千万别用折线。）a（m/s2）210.670.50.4M（kg）0.250.50.751.01.25a/ms-2M/kgO0.511.520.250.50.751.01.25思考并小组内交流：1、根据左图得到图像，你觉得a和M可能呈现的是什么函数关系？2、这个关系像正比关系那样容易确定吗？3、在作图上做怎样的改进后可以通过图像确定是否一定是这种函数关系？21\nE、再一次处理数据a（m/s2）210.670.50.4M（kg）0.250.50.751.01.251/M（kg-1）a/ms-21/M/kg-1O0.511.52思考并小组内交流：1、根据左图得到图像，a和1/M呈现的是什么函数关系？2、这个图像其实能够说明a和M是什么关系？3、如果以后你做到一条疑似抛物线的图像，你会怎么进一步处理？④实验结论：在作用力一定的情况下，加速度a与质量M成_________________关系，即____________（填数学关系）三、牛顿第二定律1、把上面的两个实验结论总结起来，便得到了牛顿第二定律，并可以写出它的数学表达式，即：或可写成F=kma2、力的单位（N）是怎么建立的？在初中我们就知道，在国际制单位中，力的单位是牛顿，那这个单位是怎样定义的呢？17世纪，人类已经有了一些基本物理量的计量标准，但是没有规定多大的力作为力的单位。因此在F=kma这个关系式中，比例k的选取就有一定的随意性，只要是常数，就能正确表示F与m、a之间的比例关系，如果选取k=1，那么就有了F=ma这就是我们今天熟知的牛顿第二定律的数学表达式。当物体的质量m=1kg，在某力的作用下它获得的加速度a=1m/s2时，F=ma=1kg×1m/s2。我们就把这个力叫做“一个单位的力”，那么力的单位应该是kg·m/s2（千克米每二次方秒），后人为了纪念牛顿，把kg·m/s2称作牛顿，用符号N表示。也就是说一牛顿的力究竟有多大？我们不再用初中所说的大约是2个鸡蛋那么重来形容了，我们有了确切的说法：1N的力能使一个1kg的物体产生1m/s2的加速度。3、牛顿第二定律（1）物体的加速度a与受到的作用力F成正比，与物体的质量m成反比，写作F=ma。（2）物体受几个力作用时，牛顿第二定律公式中的F即为合力，公式可写为：F合=ma21\n四、牛顿第二定律的初步应用GFa例1：质量为4.64×105kg的某型号火箭在竖直向上发射时，初始推力是6×106N，则启动时的加速度为多大？解：（1）先对火箭进行受力分析，并标上加速度a的方向。（2）由于F＞G，火箭并不平衡，而是有向上的加速度。（3）根据牛顿第二定律：F合=ma，F－G=ma所以____________=_____________。例2：载货汽车总质量为4×103Kg，牵引力大小为4.8×103N，汽车从静止开始运动，在10s内前进了40m，求：（1）汽车的加速度是多少？（2）汽车受到阻力是多大？仿照例1做，本例的合力是在水平方向的，竖直方向是平衡的。一定要先做好受力分析。五、为什么说质量是物体惯性大小的量度1、运动状态容易改变我们称其为惯性_______（小、大），运动状态不容易改变我们称其为惯性_______（小、大）。2、运动状态的改变具体体现在速度的变化Δv，而Δv=at，由此可见在相等时间内，加速度a大，则运动状态________（容易、不容易）改变，加速度a小，则运动状态________（容易、不容易）改变。3、根据牛顿第二定律，在同样大小的力的作用下，质量m大的产生的加速度a______（大、小），说明物体的运动状态________（容易、不容易）改变；质量m小的产生的加速度a______（大、小），说明物体的运动状态________（容易、不容易）改变。4、物体的惯性大小只取决于物体的质量，而与物体的所处的运动状态无关。一颗高速飞行的子弹与一颗静止的炮弹相比较，谁的惯性大？__________。自行车与汽车相比较，_____的惯性大，___________的运动状态容易改变。21\n第三节牛顿第二定律（二）一、和1、是加速度的定义式，可以通过此式计算出物体运动加速度的大小，但加速度并非由此式决定。例如，a和Δv之间不存在正比关系，和Δt也不存在反比关系。以匀变速直线运动为例，随着时间的变化，Δv逐渐增大，但加速度a是不变的，但可以知道a和Δv是同向的。2、是牛顿第二定律，由前一节课的学习我们已经知道，加速度a与外力F成正比，与质量m成反比。所以当F为零时，a也为零，这也正体现了力是产生加速度的原因。该式中，质量m是标量，而a与F均为矢量，所以加速度a的方向由力F的方向决定，在实际应用中，加速度的方向即为物体所受合外力的方向。3、关于加速度以下说法正确的是（）A、加速度方向一定与合外力方向相同B、当合力不变时，加速度不一定不变C、当Δv变大时，加速度一定变大D、加速度a和Δv成正比关系E、当物体的速度增大时，加速度也一定增大F、当合力为零时，物体的速度为零G、当合力为零时，物体的加速度可不为零H、在力的作用下，加速度和速度都可以立即获得二、滑动摩擦力大小的计算在前期学习滑动摩擦力时，为了降低大家的学习难度，我们只学了如何判断滑动摩擦力的方向，今天补充学习滑动摩擦力的大小。1、计算式：Ff=μFN，其中FN为正压力（弹力），μ为摩擦系数，没有单位。（1）摩擦系数μ是由两个物体接触面材料及粗糙程度决定，是个常数，一般不变，小于1。（2）正压力FN是两个接触面之间的弹力，具体情况具体分析。（3）滑动摩擦力大小的计算与物体所处的状态无关，关键在于求出正压力（弹力）。2、举例说明（1）如图1所示，一重为10N物体在水平拉力的作用下，沿水平面做匀速直线运动，接触面之间的摩擦系数为0.2，求：（1）物体所受滑动摩擦力的大小？（2）水平拉力的大小？FFGFNFf图1图2解：先对物体做受力分析，如图2所示，物体在竖直方向上受力平衡，可得：FN=G=10N，根据滑动摩擦力计算公式可知：Ff=μFN=0.2×10N=2N；再由物体在水平方向做匀速直线运动可知：F=Ff=2N。21\n（2）如图3所示，一重为10N物体在获得一初速v0后，沿水平面向前做减速运动，接图3图4GFNFf触面之间的摩擦系数为0.2，求：物体所受滑动摩擦力的大小？解：先对物体做受力分析，如图4所示，物体在竖直方向上受力平衡（物体在竖直方向没有运动），可得：FN=G=10N，根据滑动摩擦力计算公式可知：Ff=μFN=0.2×10N=2N；分析：以上两例不难看出，求滑动摩擦力的关键在于先求出两个接触面之间的弹力，与物体本身的运动状态无关。（3）如图5所示，物体在一粗糙斜面上加速下滑，物体重为10N，斜面倾角为37°，物体与斜面之间的摩擦系数为0.25，求：（1）物体受到斜面对其支持力为多大？（2）物体所受滑动摩擦力的大小？解：①请在右图中做出物体的受力分析（三个力）。图5②分析：物体加速下滑，所以这三个力的合力不为零，即任意两个力的合力大小不等于第三个力，方向也不和第三个力反向。（也就是说不可以把重力翻上去做平行四边形。）③请分解重力（沿斜面和垂直斜面方向）④物体在垂直斜面方向没有运动，在此方向上可列出平衡式：__________________，可以得到物体受到的支持力为_________N。⑤再由摩擦力计算公式可得滑动摩擦力大小_______________________________。⑥沿斜面方向并不平衡，可通过牛顿第二定律求出下滑加速度，试试：________________________________________________________________________（4）如图6所示，一物体在倾角为37°的斜面上匀速下滑，已知物体重为10N，求：①物体与斜面之间的摩擦系数？（可根据物体处于平衡状态先求出Ff和FN再求μ）②如果把斜面倾角增加到53°，此时物体所受滑动摩擦力为多大？（物体将加速下滑，不能再用平衡来做，但因为接触面没变，所以摩擦系数还是原来那个，可先求出斜面和物体间的弹力大小，再根据摩擦力公式计算。）图6③斜面倾角增加到53°后物体下滑加速度是多大？（沿斜面方向列牛顿第二定律可得）三、牛顿第二定律的应用例1、如图1所示，一重为50N的物体在受到斜向上与水平方向成37°的拉力F的作用下向右做匀加速直线运动，拉力大小为F=25N，已知地面和物体间的摩擦系数为0.2，求：（1）物体受到地面对其支持力的大小？（2）物体所受的滑动摩擦力大小？21\n图1图2图337°FFfFGFNFfFGFNF1F2（3）物体加速度是多大？解：先对物体进行受力分析，如图2，并把F进行正交分解，如图3，进而求出F1和F2。分析1：物体在竖直方向上是平衡的，故可得：FN+F2=G由此可求出地面对物体的支持力。分析2：再由Ff=μFN可求出物体所受滑动摩擦力大小。注意：Ff的大小不可以用Ff=F1求出，因为物体在水平方向不平衡。分析3：在水平方向上，根据牛顿第二定律，F合=F1-Ff=ma，可求出加速度。请根据以上分析求出具体结果：仿2：如图所示，一重为50N的物体在受到斜向下与水平方向成37°的推力F的作用下向右做匀加速直线运动，拉力大小为F=100N，已知地面和物体间的摩擦系数为0.2求：（1）物体受到地面对其支持力的大小？37°F（2）物体所受的滑动摩擦力大小？（3）物体加速度是多大？21\nv例3：一质量为m的物体自倾角为30°的光滑斜面下滑，求下滑加速度。（由教师讲解后完成）例4、一质量为10kg的物体自倾角为37°的斜面顶端由静止开始下滑，物体与斜面之间的摩擦系数为0.25，求：（1）物体受到斜面对其支持力是多大？（2）物体所受滑动摩擦力是多大？（3）物体下滑加速度是多大？（4）如果斜面长为5米，则物体滑到斜面底端时的速度是多大？21\n第四节牛顿运动定律的应用（一）【主动学习部分】一、牛顿运动定律应用类型及其所涉及相关物理知识已知受力情况（通过受力分析，求出合力）已知运动情况（通过运动学公式求出加速度）F合=ma桥梁1、牛顿运动定律的应用类型上图中，代表了两种牛顿运动定律运用的两种基本类型类型一：从左到右，已知研究对象的受力情况，求出其合力，再利用牛顿第二定律求出加速度，最后运用运动学公式求出物体的运动情况（位移、速度等）。类型二：从右到左，已知研究对象的运动情况，求出物体运动的加速度，再利用牛顿第二定律求出合外力，最后根据物体的具体受力情况求出一些未知力。2、如何进行正确的受力分析（1）先确定研究对象。（2）先画重力和已知外力。（3）再画弹力。（先观察有几个地方与物体接触，再观察接触地方是否有形变，弹力方向垂直于接触面。）（4）最后画摩擦力。（摩擦力产生条件：粗糙、有正压力、相对运动或相对运动趋势；摩擦力方向：平行于接触面，与相对运动或相对运动方向相反。）注意：受力一定要规范，不同的力要用规定的符号；要用直尺和铅笔作图。3、常用的运动学公式vt=v0+ats=v0t+at2/2vt2-v02=2as二、牛顿运动定律的应用1、航空母舰上的飞机跑道长度有限，飞机回舰时，机尾有一个钩爪，能钩住舰上的一根弹性钢索，利用弹性钢索的弹力使飞机很快减速。若飞机的质量为M=4.0×103kg，回舰时的速度为v=160m/s，在t=2.0s内速度减为零，弹性钢索对飞机的平均拉力是多少N？(飞机与甲板间的摩擦忽略不计)。（先分析下属于哪种类型）2、假设泰坦尼克号总质量为4×104t，撞上巨大的冰山后在2s内速度减少了20m/s，则它与冰山碰撞的作用力约为多少？3、用3N的水平恒力使在水平面上的一个质量为2Kg的物体从静止开始运动，2s内通过的位移是2m，求：（1）物体的加速度大小？（2）物体所受的摩擦力大小为多少？21\n（提示：一定要受力分析）4、一斜面AB长为10m，倾角为30°，一质量为2kg的小物体(大小不计)从斜面顶端A点由静止开始下滑，如图所示(ｇ取10m/s2)（1）如果斜面光滑，求小物体下滑到斜面底端B点的速度及所用时间。（2）若斜面与物体间的动摩擦因数为0.5，求小物体下滑到斜面底端B点的速度及所用时间。θ=300AB（3）若给小物体一个沿斜面向下的初速度，恰能沿斜面匀速下滑，则小物体与斜面间的动摩擦因数μ是多少?F5、质量m=20Kg的木箱静止在光滑水平面上，如果给物体一个水平推力F，则木箱在4S内前进8m，如果将推力大小不变，方向改为与水平方向成37º角，如图所示。则物体通过10m位移时的速度为多少？F37º37º6、在汽车中悬挂一个小球，当汽车做匀加速直线运动时，悬线与竖直方向的夹角为37°。已知小球的质量为5kg，（g=10m/s2）（1）在图中标出小球的加速度方向。（2）作出小球的受力分析。（3）汽车的加速度为多大？（4）悬线的拉力多大？21\n第五节牛顿运动定律的应用（二）一、力学单位制1、物理公式在确定物理量的数量关系的同时，也确定了物理量单位的关系。例如：s的单位m，时间的单位s，速度的单位m/s。F=mam的单位kg，a的单位m/s2，F的单位是kg·m/s2，简化同时为了纪念牛顿，记作N。2、国际制（SI）单位中的基本单位1960年第11届国际计量大会通过了国际通用的国际单位制（SI），规定了7个基本单位：米（s）、千克（kg）、秒（s）、安培（A）、热力学温度单位开尔文（K），物质的量摩尔（mol）、发光强度单位坎德拉（cd）。3、力学的国际制基本单位以上涉及力学的基本单位有3个：米（s）、千克（kg）、秒（s）。4、导出单位力学中所有的单位都是由三个基本单位组成的，例如：速度（m/s）、力（kg·m/s2）、加速度（m/s2），这些单位称为导出单位。写出以下几个导出单位中包含的基本单位。（1）力：1N________________（2）压强：1pa_____________（3）功：1J________________二、牛顿运动定律的应用530F1、如图所示，质量为2kg的物体与竖直墙壁间的滑动摩擦系数μ＝0.5，在与水平成530角的斜向上力F作用下由静止开始作匀加速直线运动。（1）如果物体在1s内竖直向上移动1m，则F的大小为多少？（2）若物体在1s内竖直向下移动1m，则F的大小为多少？530F21\n2、图示小车在水平面上向右做直线运动，车厢内用OA、OB两细线系住一小球。球的质量m=4Kg，线OA与竖直方向成37º角，OB呈水平状态。求：（g=10m/s2）(1)小车以5m/s速度向右匀速运动时，OA、OB两线中的拉力为多少？AOBα(2)当小车以1m/s2的加速度向右做匀减速直线运动的过程中，线OA、OB中的拉力。(3)小车如何运动时，可使OB线所受拉力为零。3、在水平地面上，有一质量m=2千克的物块，在跟水平方向成θ=37°角的斜向上的拉力F的作用下，由静止开始作匀加速直线运动，前3秒内前进了27米，已知物块与地面之间的动摩擦因数μ=0.5，3秒末撤去拉力F，则：（1）物块从静止开始运动的3秒内加速度的大小？（2）拉力F的大小？（3）3秒末撤去拉力F，物体还能前进多少米？4、我国“神舟”五号飞船于2003年l0月15日在酒泉航天发射场由长征二号F运载火箭成功发射升空，若长征二号F运载火箭和飞船起飞时总质量为1.0×105kg，起飞推动力为3.0×106N，运载火箭发射塔高160m。试问：(1)运载火箭起飞时的加速度为多大?(2)假如运载火箭起飞时推动力不变，忽略一切阻力和运载火箭质量的变化，试确定运载火箭需经多长时间才能飞离发射塔?(3)这段时间内飞船中的宇航员承受了多大的支持力?(设宇航员的质量为65kg)（g=10m/s2）21\n第六节牛顿运动定律的应用（三）图像专题班级__________姓名___________学号_______1、如图（a）所示，是一个做直线运动物体的速度－时间图像，则图（b）为该物体所受合外力F与时间关系的图像，其中可能正确的是：（）(a)(A)(B)(C)(D)(b)2、用力拉住绳子将一质量M=10kg的物体竖直向下放，其运动的速度-时间图像如图所示，求：（1）则在前2s内绳子的拉力大小；（2）第3s内的拉力为多大；（3）第5s内的拉力为多大。（g取10m/s2）3、物体在水平地面上受到水平推力的作用，在6S内速度变化和力的变化如图所示，求：（1）物体的质量；（2）物体与地面间的滑动摩擦力大小；（3）摩擦系数是多少？υ0/ms-10t/s2461F/Nt/s012463V/m·s-14、一只木箱在水平地面上受到水平推力F作用，在5s时间内F的变化和木箱速度变化如图中（a）、（b）所示，求：（1）物体在前3秒内的位移。（2）物体在第4秒末受到的滑动摩擦力。（3）物体的质量为多少千克。21\n8v/ms-116243240483264-32-64t/s560AB图105、一宇宙空间探测器从某一星球表面垂直升空，假设探测器的质量恒为1500kg，发动机的推力为恒力，宇宙探测器升空到某一高度时，发动机突然关闭，如图为其速度随时间的变化规律。求：（1）宇宙探测器在该行星表面能达到的最大高度？（2）计算该行星表面的重力加速度；（3）假设行星表面没有空气，试计算发动机的推进力。6、F1单独作用于物体可获得3m/s2的加速度，F2单独作用于该物体可获得5m/s2的加速度。若F1和F2同时作用于此物体，物体的加速度可能是：（）(A)8.5m/s2。(B)1.5m/s2。(C)4m/s2。(D)1m/s2。7、质量为2千克的物体放在光滑的水平面上，它同时受到3牛和4牛两个共点的水平力的作用，则物体加速度不可能是（）（A）1米/秒2；（B）2米/秒2；（C）3米/秒2；（D）4米/秒2。8、质量为10kg的物体，原来静止在水平面上，当受到水平拉力F后，开始沿直线作匀加速运动，设物体经过时间t位移为s，且s、t的关系为s=2t2，物体所受合外力大小为______N，第4s末的速度是______m/s，4s末撤去拉力F，则物体再经10s停止运动，则F=______N，物体与平面的摩擦因数μ=______(g取10m／s2).9、质量为m1、m2的两个物体分别受到相同外力F的作用，产生的加速度分别是6m/s2和3m/s2。当质量是M=m1+m2的物体也受到相同外力F作用时，产生的加速度是m/s2。10、一举重运动员在地面上最多能举起180kg的杠铃，而在一加速下降的电梯里最多能举起360kg的杠铃，则此时电梯的加速度大小是_________m/s2．若电梯以此加速度加速上升，则这时他在此电梯中最多能举起_________kg的杠铃．11、如图所示，质量为M的框架放在水平地面上，一轻质弹簧上端固定在框架上，下端挂一个质量为m的小球，小球上下振动时，框架始终没有跳起，当框架对地面的压力为零的瞬间，小球加速度的大小为()(A)g(B)(C)0(D)21\n第七节超重与失重一、辨析下列问题：1、磅秤读数直接反映的是什么？（）A、人的体重B、人对磅秤的压力C、磅秤对人的支持力D、人的质量2、关于重力（）A、根据G=mg，质量m是不变的，只要g不变，人所受的重力就不变。B、用弹簧秤称量一个物体，弹簧秤的读数就是物体的重力。C、物体的重力会随着加速和减速而改变D、只有当物体在静止和匀速时才不变。二、计算下列情况下磅秤的读数升降机里有一台磅秤，一个质量为50kg的人站在磅秤上，重力加速度取10m/s2。升降机在下列运动情况下，求磅秤的读数。每个问题都别忘了受力分析，并在图边标上加速度的方向。（1）当升降机处于静止状态时；（2）当升降机匀速上升时；（3）当升降机以1.5m/s2的加速度匀加速上升时；（4）当升降机以1.5m/s2的加速度匀加速下降时；（5）当升降机以1.5m/s2的加速度匀减速上升时；（6）当升降机以1.5m/s2的加速度匀减速下降时；三、视重、超重、失重1、视重：上述题目中磅秤的读数称为视重。2、超重：当视重（磅秤或弹簧秤的读数）大于物体本身重力时，称为超重现象。上题中分别对应的是_____________________________。3、失重：当视重（磅秤或弹簧秤的读数）小于物体本身重力时，称为超重现象。上题中分别对应的是_____________________________。4、上题中对应加速度方向向上的是哪几小题？________________________________。5、上题中对应加速度方向向下的是哪几小题？________________________________。6、观察第2问——第5问，请总结产生超重和失重原因。7、明确说明何种情况下产生超重？何种情况下产生失重。21\n作用与反作用牛顿第三定律【主动学习部分】一个物体不能完全独立于其他物体之外，它总是在不断的和外界发生着相互作用。请看一段足球比赛的视频，主要观察足球与外界的相互作用，请写出足球与那些物体发生了相互作用__________________________________________________________________。今天我们主要学习物体与物体之间所发生的力的作用，研究一下它们之间的相互作用有何特点、规律。一、力的相互作用通过初中的学习我们已经知道，力的作用是相互的，有作用力必有反作用力，但只是定性的知道了作用力和反作用力大小相等、方向相反，并没有进行定量的实验和深入的研究，今天我们在大家初中学习的基础上进行进一步的学习，将更多的利用实验的手段研究作用力和反作用力之间的关系。并主要从两者的方向、作用点、性质、大小这四个方面展开研究。A、请作出以下A物体的受力分析，要求：做在实际的作用点上，不共点到重心上。AA球静止A接触面均粗糙，物体A匀加速下滑B、写出A物体所受各力的施力物体，写在图中各力边上。C、力的作用是相互的，所以上图中的每一个力都有反作用力，这些反作用力分别作用在什么物体上？先说给你的同桌听，后续老师安排全班交流。D、用其他颜色的笔作出：第一个图中，小球对绳子的拉力；第二个图中斜面所受压力与摩擦力。1、作用力与反作用力方向关系探究（1）观察上图中刚才所作的力，找出其中的作用力与反作用力，观察它们的方向关系？_______________________。（同向、反向、其他方向关系）。（2）你认为它们在同一条直线上吗？小实验：桌上有一个（橡皮筋——细绳）组成的小道具，每人一个，一只手捏住橡皮筋一端并固定不动，另一只手拉细绳，并沿各个方向拉动，观察细线对橡皮筋的拉力和橡皮筋对细线的拉力这一对相互作用的力是否在一直线上？________________________________。总体探究结论：____________________________________________。2、作用力与反作用力各自作用点的探究（1）观察上图中作用力与反作用力，它们各自作用在对方物体上，因此他们的作用点是在________________（同一个物体上、各自不同的物体上、是在交界处）。（2）小实验：请互拍两手，体验两手的感受。左手对右手的作用，作用点在___________，右手对左手的作用，作用点在__________。21\n（3）小实验：用你自己的一个笔套，让其做自由落体运动，在其下落过程中，笔套和地球之间的相互作用的作用点分别在哪里？__________________________________。总体探究结论：____________________________________________。3、作用力与反作用力各自性质（产生原因）的探究（1）第一个图中，绳子对小球的拉力和小球对绳子的拉力就其性质而言都是____力。小球所受重力和小球对地球的吸引力性质_________（相同、不同）；第二个图中，地面对物体的支持力和地面对物体的压力就其性质而言都是______力，物体受到地面给的水平方向的_________力，地面同样受到物体给的水平方向的________力。（2）观察演示小实验：磁铁的相互作用。两根磁铁间的相互作用力产生的原因是___________（相同、不同）。总体探究结论：____________________________________________。4、作用力与反作用力的大小关系探究（1）根据演示实验现象填表格由教师演示下列实验，请根据实验现象写下在各种情况下你认为的作用力和反作用力大小关系，可以填“相等、那个力大等等”，只要表示清楚即可。现象实验相持或静止加速或分出胜负两人对拉绳拉小球拉橡皮筋绳拉木块（2）DIS实验验证：我们模拟验证前面表格中前两个实验。实验目的：比较多种情况下作用力和反作用力的大小关系实验器材：力传感器（一对）、数据采集器、计算机、钩码一个（代替小球）实验过程：打开专用软件，进入“研究牛顿第三定律”界面”，点击“开始记录”后先点击“传感器调零”实验一：模拟两人对拉，并通过实验图像记录。A、两力相持阶段，作用力与反作用力大小_______________________（相等、不相等）B、由静止起向一方加速，接着停下，作用力与反作用力大小_________（相等、不相等）力传感器钩码实验二：如图所示，模拟绳拉小球，并通过实验图像记录。A、小球静止时，两个传感器之间的作用力和反作用力大小_________（相等、不相等）B、拉着小球向上由静止起向上加速，此过程中作用力和反作用力大小_________（相等、不相等）实验结论：作用力和反作用力的大小关系是____________。（3）理论分析：是何种原因造成我们总是会误解作用力和反作用力大小不相等。先自己看下列问题，然后小组一起讨论A、你是否以两个物体中某个物体的运动状态去判断作用力和反作用力的大小关系了？21\nB、根据牛顿第二定律，改变物体运动状态的应是该物体所受的合力，作用力和反作用力作用在两个物体上，它们能合成吗？C、请反思：你在表格中填作用力和反作用力大小相等的时候，你当时是怎样考虑的？是否是根据物体处于平衡态而做出的判断？D、绳子拉着小球向上做加速运动时究竟是何原因？（4）分析决定拔河胜利的原因实验一：一男生一女生模拟拔河。实验二：男生站在滑板上，女生站地上再一次比赛。请你分析：__________________________________________________________。二、牛顿第三定律牛顿对力的相互作用进行了总结：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。这就是牛顿第三定律。1、思考并回答下列问题：（1）如何理解牛顿第三定律中“总是”两字。（2）作用力和反作用力能合成吗？能用来分析物体运动状态的改变吗？2、对牛顿三大定律的一些思考牛顿第一定律奠定了动力学的基石，它结束了人们近2000多年对于力和运动错误关系的认识，告诉人们：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。牛顿第二定律以定量的形式告诉我们力是如何改变物体运动状态的，使得我们能够精确计算出物体运动状态的改变情况。那么牛顿第三定律呢？有人认为，与前两个定律相比，它只是告诉人们两个相互作用的力之间的关系，与前两个定律也并无必然的联系，似乎其重要性要差一些。其实不然，牛顿第三定律是一个物体受到的力与其他物体受到的力联系起来的桥梁，有了它就会把受力分析的对象从一个物体扩展到多个物体，甚至是一只扩展出去，它完善了人们对认识力和运动关系的正确认识。因此牛顿第三定律和牛顿第一、二定律一起建立了一个完整了理论体系，奠定了整个力学的基础。三、牛顿第三定律的应用观察相关视频或现象，分析其中相关作用力和反作用力，并说出相关物体运动状态改变的原因。1、现象：人静止站在地面上和人起跳时。2、视频：直升飞机静止——起飞3、视频：气垫船静止——开动21