高考物理专题复习三牛顿运动定律教程文件.doc
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1、2007年高考物理专题复习三牛顿运动定律精品资料2007年高考物理专题复习三-牛顿运动定律要点精析重点难点透视本章包含牛顿运动三大定律,是整个力学的关键一章,也是高考所必考的章节从知识点角度来看,本章主要有:牛顿第一定律、运动状态的改变、牛顿第二定律、牛顿第三定律、力学单位制、超重和失重、牛顿运动定律的应用和使用范围等。牛顿第一定律不是重点,但时常出现一些迷惑性很强的题,如运动速度大,惯性大;静止物体不受力运动状态不变等,对此只要记住质量是惯性有无及大小的唯一决定因数即可。牛顿运动定律是本章的重点和难点,对牛顿第二定律的考查,就物体而言分单个物体、连接体;就力而言,分为瞬时力和恒力解题过程中整
2、体法和隔离法的灵活运用,正确的受力分析是至关重要的超重和失重是牛顿第二定律的重要应用,就知识点角度而言并不难,但是涉及两个以上的物体构成的整体研究时,就会有相当的难度。牛顿第三定律不是难点,但必须把平衡力和作用力与反作用力加以区分,在具体应用中,牛顿第三定律为我们选择研究对象提供了重要依据,例如求压力通常是先求支持力,再运用此定律进行说明即可;此外牛顿第三定律在以后推导相互作用的物体构成的系统的动量守恒时是比不可少的力学的单位制是物理学单位制的一个组成部分,学习了单位制后,物理量之间的单位关系可以从公式进行相互的推导,同时也可以根据单位指来验证物理公式的正确性,在重要考试中单位制也是经常涉及的
3、内容二知识点精析和误点点拨(一)牛顿第一定律1内容: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 牛顿第一定律指出了物体具有惯性,同时也指出物体的运动状态是可以改变的,而改变物体的运动状态需要外力,为牛顿第二定律的得出指明了方向2惯性:物体保持原来的匀速直线运动或静止状态的性质叫做惯性(1)一切物体,无论做什么样的运动还是保持静止,都具有惯性当物体处于静止状态时,物体就具有保持静止状态的性质;当物体做匀速直线运动时,物体具有保持匀速直线运动的性质;当物体做变速运动时,在不同的时刻,物体具有保持该时刻的瞬时速度的性质例如气球下挂一重物一起匀速上升,某个时刻,绳子突然
4、断掉,则重物和气球分离时具有保持该速度上升的性质,在以后的运动中由于重力的作用缘故迫使重物改变运动状态,也就是说重物将做竖直上抛运动,而非直接往下掉(自由落体运动)(2)质量是物体惯性的量度质量是物体有无惯性和惯性大小的唯一决定因数,质量大的物体惯性大,质量小的物体惯性小质量大的物体,运动状态较难改变,意思是指在相同的外力作用下,物体产生的加速度就较小3物体运动状态的改变(1)物体的运动状态:描述物体运动状态的物理量是速度(在以后的学习中还会有其它的物理量也可以描述运动状态)(2)物体运动状态的改变:物体速度的改变由于速度是一个矢量,物体运动状态的改变通常可以细分为三种情况:(1)仅仅速度大小
5、的改变(例如变速直线运动);(2)仅仅速度方向的改变(匀速圆周运动);速度大小和方向同时在改变(曲线运动),在本章的学习中仅仅讨论第一种情况其余两种情况将在以后的章节中学习(3)力是产生加速度的原因力的作用使物体的运动状态发生改变,物体就具有了加速度,因此我们说力是产生加速度的原因不能误解为力是物体运动的原因,我们知道静止的物体和匀速直线运动的物体收的合外力为零;静止的物体要启动需要力的作用,运动的汽车要静止下来需要力的作用,而这两过程物体的运动状态都发生了变化。(二)牛顿第二定律1内容:物体的加速度跟所收的合外力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。2函数表达式:或3图
6、象表达:如图3-1所示,A图表示了质量一定时,加速度与合外力成正比,直线的斜率为,即斜率的额倒数表示质量的大小;B图表示合外力一定时,加速度与质量的倒数成正比,斜率为,表示了和外力的大小图C表示合外力一定时,加速度与质量之间的关系为一双曲线4力的单位的由来在SI指中力的单位是根据牛顿第二定律来定义的,在实验研究中我们只能得到,式中为比例系数,如果规定使质量为的物体产生的加速度的力叫做,则比例系数就可以取1,这对我们研究问题时带来很多计算上的方便因此在上述公式中,力的单位,加速度单位取,质量单位取,并且5牛顿第二定律的“四性”(1)“同体性”:公式中,物体的质量、加速度和物体受到的合外力均应对应
7、同一个物体,如果是研究两个以上的物体构成的整体(或称系统),则上述三个物理量均应对应于同一个系统,不能张冠李戴(2)“瞬时性”:物体受到随时间而变化的合外力作用时,物体的加速度也将随时间而变化,此时上式应变为,即合外力和加速度存在瞬时对应关系(3)“同向性”:从牛顿第二定律的文字内容可以看出,牛顿第二定律的表达式实际上应是一个矢量式,即合外力的方向就是物体的加速度的方向,反之在具体问题中我们知道了物体的加速度的方向,也可以据此到推合外力的方向(4)“相对性”:中的加速度是指相对于惯性参考系(指对地静止、或对地匀速运动的物体为参考系)的加速度,在大多数场合一般取地面为参考系6应用牛顿第二定律的解
8、题(1)利用牛顿第二定律要解决的两类问题已知物体的受力情况,要求物体的运动情况;已知物体的运动情况,要求物体的受理情况这两类问题的处理,加速度是联系力和运动的桥梁(2)解题步骤A确定研究对象(单个物体或两个以上的物体构成的系统)B对研究对象进行完整的受力分析,并画出受力分析图C对研究对象进行运动分析,弄清必要的运动物理量如速度、位移、时间等,并画出运动的示意图或速度图象D据牛顿第二定律列方程并求解(一般可取初速度方向为正方向,或加速度方向为正方向,但必须注意在一个问题中只能规定一个正方向)(三)牛顿第三定律1内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反作用在一条直线上2表达式:用
9、表示作用力,表示反作用力,则牛顿第三定律可以表达为3作用力和反作用力与平衡力的区别(1)平衡力作用在同一个物体上,其合力为零,对物体的运动状态的变化不起作用(即平衡力产生的加速度为零);作用力和反作用力作用在不同的物体上,对作用的物体的运动状态的变化是起作用的,因此作用力和反作用力的效果是不能抵消的如图9-2所示,不计质量的弹簧秤两端用绳子通过定滑轮挂住重力都是G的物体,弹簧秤处于静止状态,则弹簧秤的读数是多少?有些学生认为读数为零,答出这样的结果的原因是没有区分平衡力和作用力与反作用力考察弹簧秤,受到的是一对平衡力,故弹簧秤处于平衡状态右边的重物通过绳子对弹簧的拉力,与弹簧通过绳子对重物的拉
10、力是作用力与反作用力,它们的作用效果不能抵消,因为受力物不同,重物通过绳子对弹簧拉力的作用效果使弹簧秤有了读数,数值上等于G(2)作用力和反作用力总是性质相同的两个力,例如支持力与压力是作用力与反作用力,它们都属于弹力;而组成平衡力的两个力可以性质不同,例如支持力和重力可以平衡,它们分别属于弹力和重力(四)超重与失重1超重与现象:当物体具有向上的加速度时,物体对支承面的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体的重力的现象,叫做超重现象2失重现象:当物体具有向下的加速度时,物体对支承面的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体的重力的现象,叫做失重现象若向下的加速度等于重力加速度,则物体对支承面的压力(或对悬挂
11、物的拉力)等于零,这种现象称为完全失重3超重与失重的判断:判断物体处于超重还是失重状态的依据是看物体的加速度方向,与物体的运动方向是无关的有些同学认为物体向上运动就超重,向下运动就失重,这种观点是错误的,根据牛顿第二定律力只能与加速度发生直接关系,与物体的速度方向和大小是无关的当电梯向上加速或向下减速时,电梯中的乘客都是处于超重状态,就是一个很好的例子4超重与失重的计算:设支持面对物体的支持力为(绳子对物体的拉力为),根据牛顿第二定律,当物体超重时: (或);当物体失重时:(或)(五)力学单位制1基本量:任意被选定的物理量叫做基本量,力学中选定长度,时间,质量为基本量2基本单位:基本量的单位叫
12、做基本单位在SI制中,力学中长度的单位是米()、时间的单位是秒()、质量的单位是千克()3导出量和导出单位:由基本量配合物理公式推导出的其它物理量称为导出量,例如:速度、加速度、面积、体积、密度、压强等;导出量的单位称为导出单位4单位制:由基本单位和导出单位组成的单位的体制称为单位制5单位制的应用:(1)利用单位制的原理,在解题前,如果所有已知物理量的单位都换算成SI制中的主单位,则在运算过程中就没有必要代入单位运算,最后结果的单位肯定是该物理两在SI制中的主单位(2)利用单位制可以检验物理公式是否正确三.知识点迁移1加速度的方向 根据牛顿第二定律,是力决定了物体的加速度,力是原因,加速度是结
13、果,力的方向决定了加速度的方向在第二章中指出:当物体做匀加速运动时,加速度,说明加速度的方向与初速度方向相同,从牛顿运动定律的角度来看,其物理意义是合外力与物体的初速度方向相同,是物体运动的动力;当物体做匀减速运动时,加速度方向与初速度方向相反,其物理意义是合外力的方向与初速度方向相反,是物体运动的阻力2牛顿运动定律的适用范围(1)只适用于惯性参考系牛顿运动定律成立的参考系称为惯性参考系,简称惯性系牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系,简称非惯性系研究地面上物体的运动时,地面参考系可以认为是惯性系,相对于地面静止或做匀速直线运动的参考系,也是惯性系相对于地面做加速运动的参考系是非惯性系,
14、如图3-3所示,质量为的物体放在小车的地板上,和小车一起做向右的加速度,以地面为参考系,小车地板对物体的静摩擦力提供了物体向右做加速运动的力,且满足,这说明取地面为参考系,牛顿运动定律是成立的,所以地面为惯性参考系;但是如果取小车为参考系,物体是静止的,若牛顿运动定律成立,则物体将不收静摩擦力作用,即,显然是矛盾的,因此相对于地面做加速运动的小车是非惯性参考系,牛顿运动定律不成立(2)牛顿运动定律只适用于宏观、低速运动的物体,不适用于微观粒子的运动1整体法和隔离法运用牛顿运动定律时,必不可少的是要对物体进行受力分析,进行受力分析时,首先应选择研究对象,在物理学中,研究对象可以是质点、结点或两个
15、以上物体组成的整体(或称系统),对应的受力分析法有两种:隔离法和整体法隔离法无论什么情况都可以用,但有时可能比较复杂;整体法必须满足整体中的各个物体的加速度相等,此时物体之间的相互作用力变为系统内部的作用力,对整个系统的运动状态变化就不起作用了不必分析,因此通常是整体法时的力个数较少,解题比较简洁结合具体问题,是选择隔离法还是整体法还是两者联合使用,反映了个人的思维能力,不论是整体法还是隔离法,解题时受力分析图应该保留在卷面上,因为解题时的列式、方程都要和受力分析图相对应,好多学生做不到这一点,解题效果就大打折扣 范例剖析与思维发散例1: 关于惯性,下列说法正确的是 A惯性是物体固有的属性,惯
16、性越大的物体,它的运动状态越难改变B同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性C同一物体在地球与月球上的惯性是相等的D各种机床和发电机的底座做得很笨重,并用螺丝固定在地面上,目的是增大惯性分析与解答:惯性大即是因为质量大,在同样的外力作用下,物体产生的加速度就小,即运动状态难改变,答案A是正确的;在低速运动时,物体的质量和速度无关,是恒定的,所以同一物体运动和静止时的惯性是一样大的,答案B是错误的;同一物体在地球和月球上受到的引力是不同的,但质量是一样的,所以答案C是正确的;答案D是增大惯性的具体应用,是正确的;本题的正确选项是ACD归纳与发散:“一切物体都有惯性,质量是惯性大小的量度”, 在经典力
17、学中,物体的质量是不会改变的,所以说质量和惯性是物体固有的属性,讨论有关惯性的问题,只有抓住上述两点,就不会被一些是是而非的说法弄混了头脑例2:如图3-4-1所示,位于水平地面上的质量为M的物体,在大小为F,与水平方向成的拉力作用下沿地面作加速运动,已知物体与地面间的动摩擦系数为,则物体的加速度为 AF/M B C D分析与解答:本题是通过受力分析计算物体运动的加速度,不涉及运动的速度和位移等量的计算,故是牛顿运动定律的简单应用,受力分析如图3-4-2所示,取水平方向为垂直方向进行正交分解,并列出牛顿第二定律方程为:并且有方程整理得,本题的正确答案是D归纳与发散:求解动力学问题的关键一步是正确
18、的受力分析,有些同学没有进行完整的受力分析,以至于认为物体对地面的压力大小仍然等于物体的重力,得出答案C的形式,答案B是认为物体不收摩擦力作用,显然是错误的有兴趣的学生可以计算一下,如果把斜向右上的力F变为斜向下的力F,则物体运动的加速度等于多大?例3:原来作匀速运动的升降机内,有一被伸长的弹簧拉住的,具有一定质量的物体A静止在地板上,如图3-5所示,现在A突然被弹簧拉向右方,由此可判断,此时升降机的运动可能是 A加速上升 B减速上升 C加速下降 D减速下降 分析与解答:弹簧原伸长了,也就有了弹力,物体之所以匀速运动是因为受到了平衡力的作用,由此可以判断地板对物体有向左的静摩擦力作用,且静摩擦
19、力小于最大静摩擦力,只有当物体失重时(物体有向下的加速度),物体对地板的压力减小,也就减小了最大静摩擦力,当最大静摩擦力小于弹簧的弹力时,物体就将向右运动,故应选BC 归纳与发散:物体之间的最大静摩擦力是和压力有关的,压力越大,静摩擦力越大,反之压力越小,静摩擦力也越小从现象来看物体被弹簧拉向右方,是因为静摩擦力减小了,这说明压力减小了,也就是物体处于失重状态,可以肯定物体具有向下的加速度,但不能肯定物体的速度方向,故应有两种可能,注意不要漏选思考:一辆小车在水平地面上行驶,车内悬挂的摆球相对小车静止是与竖直方向成角,如图3-6所示,则小车的加速度多大?加速度有几种可能的方向?例4:如图3-7
20、所示,木块A与B用一轻质弹簧相连,竖直放在木板C 上,三者静置于地面,它们的质量之比是1:2:3,设所有接触面都光滑,当沿水平面方向迅速抽出木板C的瞬时,A和B的加速度大小分别为多大?分析与解答:要求抽出木板C的瞬时,A和B的加速度大小,必须分析此瞬间A和B所收的合力为多大?而分析此时的受力情况,离不开原来的受力情况的分析,如图3-7-2为原来的受力分析根据共点力平衡条件得:,;迅速抽出木板C的瞬时,A物体的受力情况不变,所以A的加速度为零B物体受到的支持力突然变为零,所以A此时受到的合外力大小为,方向竖直向下,其加速度为归纳与发散:本题属于研究牛顿第二定律的瞬时性问题,关键是要求分析清楚此瞬
21、间各个物体的受力情况,然后应用计算加速度在物理学中,弹簧中的弹力是不可能在瞬间发生变化的,因为弹簧中弹力和弹簧的形变紧密联系,在瞬间弹簧的形变量不可能发生明显的改变绳子则不然,绳子中的张力(拉力)上可以杂瞬间发生改变的有些同学认为A、B两个物体的瞬时加速度都等于重力加速度,这一结果是错误的,是没有对各个物体进行隔离法受力分析的结果把A、B看成整体,此瞬间所受的合外力为,牛顿第二定律方程应列成:,但两个物体的加速度可以不相等,本题中也确实不等例5:为了安全,在高速公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离已知某高速公路的最高限速为,假设前方车辆突然停止,后车司机从发现这一情况,经操纵刹车,到汽车开始减
22、速所经列的时间(即反应时间)为刹车后汽车受到阻力的大小为车重的倍该高速公路上汽车的间距至少应为多少?(取重力加速度为)分析与解答:在反应时间内,汽车作匀速直线运动,运动的距离为,设汽车刹车时的加速度大小为,汽车的质量为,则,自刹车到静止,汽车运动的距离为所求的距离为,代入数据得归纳与发散:本题的关键是要分析清楚在反应时间内汽车作匀速直线运动,有些考生认为汽车一直作匀减速运动直至静止,显然对物体的运动过程没有分析清楚对于运动分析,一般可以画出大概的图象,如图3-8所示,图象下面所围出的“面积“表示汽车的位移大小在应用牛顿第二定律计算物体的加速度时,通常只计算加速度的大小,代入位移公式中时,必须考
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