高三物理第三章牛顿运动律.pdf
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1、准兑市爱憎阳光实验学校高三物理第三章准兑市爱憎阳光实验学校高三物理第三章牛顿运牛顿运动律动律【同步信息同步信息】一.本周教学内容:第三章牛顿运动律二.知识要点:三.复习指导:在前面两章对力和运动分别研究的根底上,本章研究力和运动的关系。牛顿运动律是动力学的根底,也是整个物理理论的根底。正确地理解惯性的概念、理解物体间相互作用的规律,熟练地运用牛顿第二律解决问题,是本章复习的。本章中还涉及到许多重要的研究方法,如:在牛顿第一律的研究中采用的理想法;在牛顿第二律的研究中采用的控制变量法;运用牛顿第二律处理问题时常用的隔离法和整体法以及单位的规方法、单位制的创立。对这些方法在复习中也需要认真地体会、
2、理解,从而提高认知的境界。对本章的要求有所降低,对牛顿第二律只要求会用它解决单一物体或可视为单一物体的连接体问题。对于超重和失重,不再把它作为一个知识点,但仍把它作为牛顿运动律的一个用。四.知识梳理:一牛顿第一律1.律内容:一切物体总保持或,直到有迫使它改变这种状态为止。2.关于牛顿第一律的理解注意以下几点:1牛顿第一律反映了物体不受外力时的运动状态。2牛顿第一律说明一切物体都有。3牛顿第一律说明力是改变物体的原因,即力是产生的原因。3.惯性:物体保持原来的状态或状态的性质叫做惯性。一切物体都有惯性,惯性是物体的固有性质。是惯性大小的唯一量度。惯性与物体是否受力及受力大小,与物体是否运动及速度
3、大小。惯性的表现形式:1物体在不受外力或所受的合外力为零时,惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变静止或匀速直线运动;2物体受到外力时,惯性表现为运动状态改变的。惯性大,物体运动状态难以改变;惯性小,物体运动状态容易改变。4.理想方法也叫假想或思想。它是在可靠的事实根底上采用的抽象思维来展开的,是人们在思想中塑造的理想过程。牛顿第一律即是通过理想得出的,它不能由实际的来验证。二牛顿第二律五动力学的两类根本问题用牛顿运动律求解的问题主要有两类:一类是受力情况求运动情况;另一1.律内容:物体的加速度 a 跟物体所受的成正比,跟物体的类是运动情况求受力情况。在这两类问题中,加速度是联系力和运动的桥梁
4、,成反比,加速度的方向跟的方向相同。2.公式:F合=ma。三牛顿第三律1.律内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是,。2.关于一对作用力、反作用力的关系,除牛顿第三律反映的“大、反向、共线的关系外,还注意以下几点:1同性:一对作用力、反作用力必是的力;2同时:一对作用力、反作用力必;3异物:一对作用力、反作用力分别作用在,它们的作用效果也分别表达在不同物体上,不可能相互抵消,这是一对作用力、反作用力和一对平衡力最根本的区别。四牛顿运动律的适用范围对于宏观物体低速的运动运动速度远小于光速的运动,牛顿运动律是成立的,但对于物体的高速运动运动速度接近光速和微观粒子的运动,牛顿运动律就不适用了,要用
5、相对论观点、量子力学理论处理。受力分析是解决问题的关键。六超重和失重在平衡状态时,物体对水平支持物的压力或对悬绳的拉力大小于物体的重力。当物体在竖直方向上有加速度时,物体对支持物的压力就不于物体的重力了。当物体的加速度向上时,物体对支持物的压力大于物体的重力,这种现象叫做超重现象。当物体的加速度向下时,物体对支持物的压力小于物体的重力,这种现象叫失重现象。特别地,当物体向下的加速度为 g 时,物体对支持物的压力变为零,这种状态叫完全失重状态。对超重和失重的理解当注意以下几点:1 物体处于超重或失重状态时,物体的重力始终存在,大小也没有变化。2发生超重或失重现象与物体的速度无关,只决于加速度的方
6、向。3 在完全失重的状态下,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强。七牛顿律用在连接体问题中,如果不要道各个运动物体之间的相互作用力,并且各个物体具有大小和方向都相同的加速度,就可以把它们看成一个整体当成一个质点。分析受到的外力和运动情况,用牛顿第二律求出加速度 其他未知量;如果需要知道物体之间的相互作用力,就需要把物体从系统中隔离出来,将内力转化为外力,分析物体的受力情况和运动情况,并分别用牛顿第二律列出方程。隔离法和整体法是互相依存、互相补充的。两种方法互相配合交替用,常能更有效地解决有关连接体的问题。五.疑难解析
7、:1.惯性是物体的固有属性,与物体的运动情况及受力情况无关。质量是惯性大小的唯一量度。当物体不受外力或所受外力的合力为零时,惯性表现为维持原来的静止或匀速直线运动状态不变。当物体受到外力作用而做变速运动时。物体同样表现具有惯性。这种表现可以从两方面说明:第一,物体表现出具有对抗外力的作用而维持其原来运动状态不变的趋向。具体地说,外力要迫使物体改变原来的运动状态,而物体的惯性要对抗外力的作用而力图维持物体原来的运动状态,这一对矛盾斗争的结果表现为物体运动状态改变的快慢产生大小不同的加速度,在同样大小的力作用下,惯性大的物体运动状态改变较慢 加速度小,惯性小的物体运动状态改变较快加速度较大。第二,
8、做变速运动的物体虽然每时每刻速度都在变化,但是每时每刻物体都表现出要维持该时刻速度不变的性质,只是由于外力的存在不断地打破它本身惯性的这种“企求,致使速度继续变化。如果某一时刻外力突然撤销,物体就立刻“维持住该时刻的瞬时速度不变而做匀速直线运动,这充分反映了做变速运动的物体仍然具有保持它每时每刻的速度不变的性质惯性。有的同学总认为“惯性与物体的运动速度有关,速度大,惯性就大;速度小,惯性就小。理由是物体运动速度大,不容易停下来;速度小,容易停下来。产生这种错误认识的原因是把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度理解成“惯性大小表示把物体从运动变为静止的难易程度。事实上,在受到了相同阻力的情况下,
9、速度大小不同、质量相同的物体,在相同的时间内速度的减小量是相同的。这就说明质量相同的物体,它们改变运动状态的难易程度是相同的,所以它们的惯性是相同的,与它们的速度无关。2.关于牛顿第二律的理解,注意以下几点:1牛顿第二律反映的是加速度与力和质量的量关系:合外力和质量决了加速度,加速度不能决力和质量;大小关系:加速度与合外力成正比,与质量成反比;方向关系:加速度的方向总跟合外力的方向相同;单位关系:用Fma进行计算时,各量必须使用单位制中的单位。特别提示:特别提示:力和加速度有瞬时对关系,和速度没有瞬时对关系,有力必同时产生加速度,但不能同时产生速度。力的方向与其产生的加速度方向一相同,但力的方
10、向和速度的方向没有确关系。对一质量的物体,力的大小决加速度的大小,但力的大小和速度的大小没有确关系。2牛顿第二律是力的瞬时规律,它说明力的瞬时作用效果是使物体产生加速度。加速度跟力同时产生、同时变化、同时消失。3根据力的作用原理,用牛顿第二律处理物体在一个平面内运动的问题时,可将物体所受各力正交分解,在正交的方向上分别用牛顿第二律的分量形式:Fxmax,Fymay,列方程。3.牛顿第二律的适用范围是:低速相对于光速、宏观相对微观粒子。用Fma列方程时还必须注意其“相对性和“同一性。所谓“相对性是指:在阶段利用Fma求解问题时,式中的a相对的参考系一是惯性系,一般以为参考系。假设取的参考系本身有
11、加速度,那么所得的结论也将是错误的。“同一性是指式中的F、m、a三量必须对同一个物体。例如图中,在求物体A的加速度时,有些同学总认为B既然在A上,该有F一 1mA十mB g 一 2mBgmA十mBaA。分析此方程,方程的左边是物体A受的合外力,但方程的右边却是A和B的总质量,显然合力F与m不对,故此方程是错误的。4.对物体进行受力分析时,强调较多的是隔离法,但采用整体法求解,常能化难为易,化繁为简。如图,物块b沿静止的粗糙斜面a匀速下滑,判断地面与斜面间有无摩擦力。由于系统处于平衡状态,系统的重力与地面对它们的支持力平衡,水平方向无其他外力,故在水平方向不存在相对运动的趋势,系统和水平面之间就
12、不存在静摩擦力。5.动力学问题的一般解题步骤1选取研究对象。所选的研究对象可以是一个物体,也可以是多个物体组成的系统。同一题目,根据需要也可以先后选取不同的研究对象。2分析研究对象的受力情况和运动情况。3根据牛顿第二律和运动学公式列方程。由于所用的公式均为矢量,所以在列方程过程中,要特别注意各量的方向。一般情况下均以加速度的方向为正方向,分别用正负号表示式中各量的方向,将矢量运算转化为代数运算。4代入量求解。【典型例题】【典型例题】例 1 图 1 所示,质量为m的人站在自动扶梯上,扶梯正以加速度a向上减速运动,a与水平方向的夹角为。求人受的支持力和摩擦力。图 1剖析:剖析:利用牛顿律解题时,根
13、本思路是相同的,即先确研究对象,再对其进行受力分析,最后列方程求解。方法一:方法一:以人为研究对象,他站在减速上升的扶梯上,受到竖直向下的重力mg和竖直向上的支持力FN,还受到水平方向的静摩擦力Ff由于物体斜向下的加速度有一个水平向左的分量,故可判断静摩擦力的方向水平向左。人受力如图 2 所示,建立如下图的坐标系,并将加速度分解为水平加速度ax和竖直加速度ay,如图 3 所示,那么axacos,ayasin,由牛顿第二律得Ffmax,mgFNmay,求得Ffmacos,FNmgasin。图 2图 3方法二:方法二:以人为研究对象,受力分析如图 4 所示。因摩擦力Ff为待求,且必沿水平方向,设为
14、水平向右。建立图示坐标,并规正方向。图 4根据牛顿第二律得x方向mgsinFNsinFfcosmay方向mgcos+FfsinFNcos0 由两式可解得FNmgasin,Ffmacos。Ff为负值,说明摩擦力的实际方向与假设方向相反,为水平向左。深化拓展1扶梯以加速度a加速上升时如何?2请用失重和超重知识性分析人对扶梯的压力是大于人的重力还是小于人的重力。说明:说明:1利用正交分解法解决动力学问题建立坐标系时,常使一个坐标轴沿着加速度方向,使另一个坐标轴与加速度方向垂直,从而使物体的合外力沿其中一个轴的方向,另一轴上的合力为零。但有时这种方法并不简便,例如此题。所以要根据具体问题进行具体分析,
15、以解题方便为原那么,建立适宜的坐标系。2判断静摩擦力的方向、计算静摩擦力的大小是一难点。在物体处于平衡状态时,可根据平衡条件判断静摩擦力的方向,计算静摩擦力的大小;假设物体有加速度,那么根据牛顿第二律判断静摩擦力的方向,计算静摩擦力的大小。例 2 如图 5 所示,一个弹簧台秤的秤盘和弹簧质量都不计,盘内放有一质量m12 kg 并处于静止的物体P,弹簧劲度系数k300 Nm,现给P施加一个竖直向上的力F,使P从静止开始始终向上做匀加速直线运动,在此过程中,头 0.2 s 内F是变力,在 0.2 s 后F是恒力,那么1物体P做匀加速运动的加速度大小为多少?2F的最小值、最大值分别为多少?图 5剖析
16、:剖析:物体P与托盘别离的条件为相互间弹力为零。物体P与托盘别离前F为变力,别离后F为恒力。因托盘不计质量,所以别离时必是弹簧原长的时刻。想一想:假设考虑托盘质量,别离时弹簧还处于原长吗?答案:不处于原长mgkxx12at2由得a20 ms2F最小值为P刚开始加速时,P与托盘整体受力如图 6 所示。即Fmaxma1220N240 NF最大值即为P刚要离开托盘时和离开托盘后,Fmaxmgma,所以Fmaxmga360N。图 6深化拓展你能否写出力F随时间变化的关系式。说明:说明:有弹簧弹力参与下的物体做匀加速运动,必有其他力也为变力,所以F的取值有一范围。图F仍为恒力作用,那么物体做加速度减小的
17、变加速运动。此题中假设托盘也有质量,那么 0.2 s 末,即物体P与托盘别离处只有相互作用力为零的结论,而无弹簧处于原长的结论弹簧有一的压缩量。详细分析物体运动的各个阶段特征及其受力情况,找出各阶段的转折点、临界点,是解答好变力问题或变加速运动问题的根底。对于临界问题,关键是根据临界状态的特点判断临界条件,如本例题中物体和秤盘别离的临界条件为它们之间相互作用的弹力为零。例 3 如图 7 所示,一小圆环A套在一均匀圆木棒B上,A和B的质量都于m,A和B之间的滑动摩擦力为ffa就能抽出木板,即FMmg所以F4N。2当F=10 N,设拉力作用的最少时间为t1,加速度为a1,撤去拉力后木板运动时间为t
18、2,加速度为a2,那么:a1F mgM3ms2amg2M13m/s2木板从木块下穿出时:木块的速度:vatl+t2木块的位移:s1at22l+t2木板的速度:v木板a1tla2t2木板的位移:s木板1a21221t1 a1t1t22a2t2木板刚好从木块下穿出满足:v木板v s木板L可解得t10.8 s例 5 如图 9 所示,传输带与水平面间的倾角为 37,皮带以 10 ms 的速率运行,在传输带上端A处无初速地放上质量为 0.5 kg 的物体,它与传输带间的动摩擦因数为 0.5。假设传输带A到B的长度为 16m,那么物体从A运动到B的时间为多少?图 9剖析:首先判 与 tan 的大小关系,0
19、.5,tan0.75,所以物体一沿传输带对地下滑,不可能对地上滑或对地相对静止。其次皮带运行速度方向未知,而皮带运行速度方向影响物体所受摩擦力方向,所以分别讨论。当皮带的上外表以 10ms 的速度向下运行时,刚放上的物体相对皮带有向上的相对速度,物体所受滑动摩擦力方向沿斜坡向下如图 10 所示,该阶段物体对地加速度方向沿斜面向下,物体赶上皮带对地速度需时间t1va1s1在 1 s 内物体沿斜坡对地位移 s112a1t215m当物体速度超过皮带运行速度时物体所受滑动摩擦力沿斜面向上,物体对地加速度amgsinmgcos1m 2m/s2物体以 2 ms2加速度运行剩下的 11m位移需时间t2那么
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