物理必修一第四章--总复习

高一物理阶段复习课第四章牛顿三定律新郑一中高一物理组理想实验匀速直线运动状态静止状态质量控制变量法成正比成反比作用力网络构建大小相等方向相反同一条直线上超重失重完全失重复习纲领1个实验：牛顿第二定律的探讨2类问题：力学与运动学的联系3个定律：牛顿三定律的描述与理解4个专题：牛顿三定律解决实际问题常见类型：连接体，临界，传送带，板块第一部分牛顿运动定律的理解牛顿第一运动定律：物体总是保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力改变这种状态；牛顿第二运动定律：在加速度和质量一定的情况下，物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；牛顿第三运动定律：相互作用的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；牛1：不受力——保持运动状态（静止或匀速直线运动）牛2：受力时——瞬时即获得加速度（F=ma）牛3：受力后——同时也产生反向作用力（等大反向）从不受力，到受力，到产生反作用力的时间顺序去理解考点一牛顿第一定律1.牛顿第一定律是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论，物体不受外力是牛顿第一定律的理想条件，所以，牛顿第一定律不是实验定律．2．惯性是物体保持原来运动状态的性质，与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关，物体的惯性只与其质量有关，物体的质量越大其惯性越大；牛顿第一定律揭示了力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因．【典例】[2016·江苏南通如皋模拟]飞机在迫降前应该把机载的燃油放空，消防车在跑道上喷出了一条泡沫带．下列说法中正确的是()A．放空燃油除了防止起火爆炸，同时也增加飞机的惯性B．放空燃油除了防止起火爆炸，同时也减小飞机的惯性C．泡沫带是为了减小飞机所受的合力D．泡沫带是为了减小飞机所受的阻力[解析]惯性的大小只跟质量有关，质量越小，惯性越小，放空燃油除了防止起火爆炸，同时也减小飞机的惯性，故A错误，B正确；泡沫带是给飞机降温的，不是为了减小飞机的合力或阻力，故C、D错误．[答案]B【典例】关于运动状态的改变，下列说法正确的是()A．只要物体在运动，其运动状态一定改变B．物体受到多个力作用，其运动状态一定改变C．只要物体的速度大小不变，运动状态就不变D．只要物体的速度大小或方向中有一个改变，其运动状态就一定改变[解析]物体的运动状态是否改变，需要看速度是否变化，速度是矢量，其大小和方向有一个改变，速度就改变，运动状态也就改变，选项C错误，选项D正确；做匀速直线运动的物体的速度不变，选项A错误；物体受到多个力作用，当其合力为零时，物体应处于静止或匀速直线运动状态，选项B错误．[答案]D■要点总结1．对牛顿第一定律的理解包含两方面：其一，定义了“惯性”和“力”；其二，指出了“惯性”和“力”对运动的影响．2．惯性不是力，惯性和力是两个截然不同的概念．物体受到外力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度，惯性越大，物体运动状态越难以改变．但要判断物体下一时刻的运动状态，必须掌握物体的受力情况和初始状态．考点二牛顿第二定律对牛顿第二定律的理解矢量性公式F＝ma是矢量式，任一时刻，F与a总同向瞬时性a与F对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，F为该时刻物体所受的合外力因果性F是产生加速度a的原因，加速度a是F作用的结果同一性(1)加速度a是相对同一个惯性参考系的(一般指地面)；(2)F＝ma中，F、m、a对应同一个物体或同一个系统；(3)F＝ma中，各量统一使用国际单位独立性(1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都满足F＝ma；(2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和；(3)力和加速度在各个方向上的分量也满足F＝ma，即Fx＝max，Fy＝may【典例】(多选)[2016·全国卷Ⅰ]一质点做匀速直线运动，现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则()A．质点速度的方向总是与该恒力的方向相同B．质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直C．质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同D．质点单位时间内速率的变化量总是不变[解析]由牛顿第二定律，质点的加速度总是与该恒力方向相同，且加速度恒定，单位时间内速度的变化量不变，但速率的变化量可能不同，选项C正确，选项D错误；当恒力与速度方向不在同一直线上时，质点做匀变速曲线运动，速度方向与恒力方向不相同，但速度方向不可能总与该恒力方向垂直，选项B正确；只有当恒力与速度同向，做匀加速直线运动时，速度方向才与该恒力方向相同，选项A错误．[答案]BC【典例】[2016·贵阳质量检测]如图3­6­1所示，质量为m的球置于斜面上，被一个固定在斜面上的竖直挡板挡住而处于静止状态．现用一个水平力F拉斜面体，使球和斜面体在水平面上一起做加速度为a的匀加速直线运动，若忽略一切摩擦，与球静止时相比()A．竖直挡板对球的弹力不一定增大B．斜面对球的弹力保持不变C．斜面和挡板对球的弹力的合力等于maD．若加速度足够大，斜面对球的弹力可能为零图3­6­1[解析]球受重力和两个弹力作用，斜面对球的弹力的竖直分力等于球的重力，故斜面对球的弹力不变，B正确，D错误；挡板对球的弹力与斜面对球的弹力的水平分力之差等于ma，当整体匀加速运动时，竖直挡板对球的弹力随加速度的增大而增大，A错误；两弹力的合力的水平分力等于ma，竖直方向分力等于mg，C错误．[答案]B牛顿第二定律的瞬时性1.两种模型:牛顿第二定律的表达式为F=ma,其核心是加速度与合外力的瞬时对应关系,二者总是同时产生、同时消失、同时变化,具体可简化为以下两种模型:(1)刚性绳(或接触面)——不发生明显形变就能产生弹力的物体,剪断(或脱离)后,其弹力立即消失,不需要形变恢复时间。(2)弹簧(或橡皮绳)——两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳),特点是形变量大,其形变恢复需要较长时间,在瞬时性问题中,其弹力的大小往往可以看成保持不变。【典例】(多选)[2015·海南卷]如图所示，物块a、b和c的质量相同，a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连，通过系在a上的细线悬挂于固定点O，整个系统处于静止状态．现将细线剪断．将物块a的加速度的大小记为a1，S1和S2相对于原长的伸长分别记为Δl1和Δl2，重力加速度大小为g，在剪断的瞬间()A．a1＝3gB．a1＝0C．Δl1＝2Δl2D．Δl1＝Δl2[答案]AC[解析]以a、b、c整体为研究对象，细线拉力F＝3mg，以b、c整体为研究对象，弹簧S1的弹力为F1＝kΔl1＝2mg，以c为研究对象，弹簧S2的弹力为F2＝kΔl2＝mg，剪断细线瞬间，对a，有mg＋F1＝ma1，可得a1＝3g，在剪断细线瞬间，弹簧的伸长来不及改变，则F1＝2F2，Δl1＝2Δl2，选项A、C正确．■要点总结1．作用在物体上的每一个力都将独立地产生各自的加速度，合外力产生的加速度是这些加速度的矢量和；2．关于牛顿第二定律的瞬时性，主要考查轻绳和轻弹簧中力的突变对比；3．牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的．牛顿第一定律是在物体不受外力的理想情况下经过科学抽象、归纳推理而总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律，牛顿第二定律的意义在于力是如何改变物体运动状态的．考点三牛顿第三定律对相互作用力的理解(与平衡力对比)比较相互作用力平衡力方向方向相反、作用在同一条直线上方向相反、作用在同一条直线上大小大小相等大小相等受力物体两个相互作用的物体上同一物体上力的性质一定是同性质的力性质不一定相同同时性一定同时产生、同时消失不一定同时产生、同时消失叠加性两力作用效果不可求合力两力作用效果可以求合力【典例】(多选)[2016·海阳一中模拟改编]北京时间2016年9月15日晚10时04分，中国在酒泉卫星发射中心用“长征二号F－T2”火箭将“天宫二号”空间实验室成功发射升空，顺利入轨并正常开展各项科研活动．关于“天宫二号”与火箭起飞的情形，下列叙述正确的是()图3­6­4A．“天宫二号”进入运行轨道之后，与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力B．运载火箭尾部向下喷气，喷出的气体对火箭产生反作用力，火箭获得向上的推力C．运载火箭尾部喷出的气体对空气产生作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力D．运载火箭飞出大气层后，由于没有空气，火箭虽向下喷气，但无法获得前进的动力[答案]AB【典例】[2016·江苏南通如皋模拟]下列关于小鸟和飞机相撞时的说法正确的是()A．小鸟对飞机的作用力比飞机对小鸟的作用力大B．飞机对小鸟的作用力比小鸟对飞机的作用力大C．小鸟对飞机的作用力与飞机对小鸟的作用力一样大D．主动撞击的一方产生的作用力大[解析]作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，所以小鸟对飞机的作用力与飞机对小鸟的作用力一样大，与是否主动无关，故A、B、D错误，C正确．[答案]C■注意事项区分一对相互作用力与一对平衡力是牛顿第三定律问题的重点，平衡力是同一物体受到的一对力，其作用效果可以抵消，相互作用力是两个不同物体受到的一对力，二力分别作用在不同物体上，其作用效果不能抵消；牛顿第三定律的重要作用之一是转换研究对象，当根据已知条件无法直接求得物体受到的某作用力时，可以根据牛顿第三定律，先求得该力的反作用力．第二部分实验：探究加速度与力、质量的关系1．实验目的：探究加速度与力、质量的关系．2．实验原理：利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系．如图所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和m做加速运动时，可以得到mgaMmMFmgMm当M》m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg.►探究点一：实验过程本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，探究a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，探究a与M的关系．3．实验器材打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，导线，天平，刻度尺，砝码。4.实验步骤(1)用天平测出小车和小桶的质量M和m，把数值记录下来．(2)把实验器材安装好．(3)平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂沙桶的小车刚好在斜面上保持________直线运动为止．(4)将沙桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码．(5)保持________的质量不变，改变沙桶中的沙的多少，重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，将记录的数据填写在表格内．(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系中描点，画出相应的图线，探究a与F的关系．(7)保持________________的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)，探究a与M的关系．匀速小车沙及小桶2.实验操作时的注意事项(1)在本实验中，必须平衡摩擦力，在平衡摩擦力时，不要把重物系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．(2)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与斜面平行，且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后．(3)改变小车的质量或拉力的大小时，改变量应尽可能大一些，但应满足砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量．一般来说，砝码盘和盘内砝码的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%.(4)改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．【典例】图是某同学做验证牛顿第二定律的实验时正要打开电源进行实验的情况．指该同学的几个错误．【典例解答】(1)未平衡摩擦力；(2)应使用低压交流电源；(3)拉小车的细线应与木板平行；(4)小车应靠近打点计时器；(5)打点计时器应置于木板右端[点评]本实验中，平衡摩擦力是重要的一步，如果没有平衡摩擦力，小车的加速度就不能与拉力F成正比，导致实验失败．使用直流电源则无法让打点计时器正常工作．每次实验时，小车应尽量靠近打点计