2019-2020学年高中物理 第四章 本章整合课件 新人教版必修1

本章整合牛顿第一定律伽利略的理想实验内容: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理解描述的是一种理想状态,不是实验定律力是改变物体运动状态的原因惯性:一切物体在任何情况下都具有惯性,质量是惯性大小的唯一量度牛顿第二定律探究过程:控制变量𝐹不变,𝑎与𝑚成反比𝑚不变,𝑎与𝐹成正比内容:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同表达式:𝐹=𝑚𝑎理解矢量性:𝑎的方向与𝐹的方向一致瞬时性:𝑎随𝐹的变化而变化独立性:每个力独立地使物体产生加速度相对性:相对于惯性参考系牛顿第三定律作用力与反作用力内容:两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上理解同时产生,同时变化,同时消失同种性质分别作用在两个相互作用的物体上相互作用力与平衡力的区别牛顿运动定律的应用两类基本问题已知运动情况求受力情况已知受力情况求运动情况共点力平衡平衡状态:静止或匀速直线运动(𝑎=0)平衡条件:𝐹合=0或𝐹合𝑥=0𝐹合𝑦=0超重与失重超重:加速度𝑎向上,𝐹N𝐺失重:加速度𝑎向下,𝐹N𝐺完全失重:𝑎=𝑔,𝐹N=0力学单位制基本量与基本单位导出单位单位制的应用专题一专题二专题三专题四专题一牛顿第二定律的瞬时性问题牛顿第二定律中合外力与加速度是瞬时对应关系,也就是说,加速度随外力瞬时变化,每一瞬时的加速度都与该瞬时物体受到的合外力相对应。通过分析某一瞬时物体的受力情况可以应用牛顿第二定律确定物体在该瞬时的加速度。应用牛顿第二定律解决瞬时加速度问题时应注意两种常见模型的不同,抓住模型的特点分析问题会事半功倍。专题五专题一专题二专题三专题四1.轻质弹簧类模型因弹簧的长度既可变长又可变短,且由于其形变量较大,产生形变或形变消失都有一个过程,因此弹簧上的弹力不能突变,在极短的时间内认为弹簧的弹力不变,但轻弹簧被剪断时其弹力立即消失。2.轻质细绳模型轻绳只能承受拉力且方向一定沿着绳子收缩的方向。由于绳子不可伸长,因此无论绳子所受拉力多大,长度不变。绳子的拉力可以发生突变,即瞬时产生、瞬时改变、瞬时消失。专题五专题一专题二专题三专题四【例题1】如图甲所示,一质量为50g的物体系于长度分别为l1、l2的两根细线上,l1的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为37°,l2水平拉直,物体处于平衡状态。现将l2线剪断,(1)求剪断瞬间细线l1的拉力和物体的加速度大小。(2)若将图甲中的细线l1改为长度相同、质量不计的轻弹簧,如图乙。求将l2线剪断瞬间物体的加速度大小。专题五专题一专题二专题三专题四解析:设l1线上拉力为FT1,l2线上拉力为FT2,重力为mg,物体在三力作用下保持平衡,有FT1cosθ=mg,FT1sinθ=FT2,FT2=mgtanθ。(1)剪断线的瞬间,FT2突然消失,因为l2被剪断的瞬间,l1上的弹力大小发生了变化。小球即将绕悬挂点向右下方向摆动,沿细线方向受力平衡,FT1'=mgcosθ=50×10-3×10×0.8N=0.4N,由mgsinθ=ma,物体的加速度a=gsinθ=6m/s2。(2)l2被剪断的瞬间,弹簧l1的长度来不及发生变化,其大小和方向都不变。物体即在FT2反方向获得加速度。因为mgtanθ=ma,所以加速度a=gtanθ=7.5m/s2,方向在FT2反方向。答案:(1)0.4N6m/s2(2)7.5m/s2专题五专题一专题二专题三专题四专题二应用牛顿第二定律解连接体问题1.连接体是指运动中几个物体叠放在一起或由绳子、细杆连接在一起的物体组。在实际问题中,常常会碰到几个物体连接在一起在外力作用下运动,求解它们的运动规律及所受外力和相互作用力,这类问题被称为连接体问题。与求解单一物体的力学问题相比较,连接体问题要复杂得多。对于有相同加速度的连接体问题是比较简单的,目前我们只限于讨论这类问题。专题五专题一专题二专题三专题四2.处理连接体问题的方法(1)整体法:把整个系统作为一个研究对象来分析的方法,不必考虑系统内力的影响,只考虑系统受到的外力,依据牛顿第二定律列方程求解。此方法适用于系统中各部分物体的初速度、加速度大小和方向相同的情况。(2)隔离法:把系统中的各个部分(或某一部分)隔离,作为一个单独的研究对象来分析的方法。此时系统的内力就有可能成为该研究对象的外力,在分析时应加以注意,然后依据牛顿第二定律列方程求解。此方法对于系统中各部分物体的加速度大小、方向相同或不相同的情况均适用。专题五专题一专题二专题三专题四【例题2】质量为m0、长为3𝑙的杆水平放置,杆两端𝐴、𝐵系着长为3𝑙的不可伸长且光滑的柔软轻绳,绳上套着一质量为𝑚的小铁环。已知重力加速度为𝑔,不计空气影响。若杆与环保持相对静止,在空中沿𝐴𝐵方向水平向右做匀加速直线运动,此时环恰好悬于𝐴端的正下方,如图所示。(1)求此状态下杆的加速度大小a;(2)为保持这种状态需在杆上施加一个多大的外力,方向如何?专题五专题一专题二专题三专题四解析:(1)此时,对小铁环的受力分析如图所示,有FTsinθ=ma①FT+FTcosθ-mg=0②由图中几何关系可知θ=60°,代入①②式解得a=33𝑔。③专题五专题一专题二专题三专题四(2)如图所示,设外力F与水平方向成α角,将杆和小铁环当成一个整体,有Fcosα=(m0+m)a④Fsinα-(m0+m)g=0⑤联立③④⑤式,解得F=233(𝑚0+𝑚)𝑔tanα=3(或α=60°)。答案:(1)33𝑔(2)外力大小为233(𝑚0+𝑚)𝑔,方向与水平方向成60°角斜向上专题五专题一专题二专题三专题四专题三物理图像在动力学中的应用1.物理图像信息量大,包含知识内容全面,好多习题的已知条件是通过物理图像给出的,动力学问题中常见的有x-t、v-t、F-t及a-F图像。2.遇到带有物理图像的问题时,要认真分析图像,要从它的物理意义、点、线段、斜率、截距、交点、拐点、面积等方面了解图像给出的信息,再利用共点力平衡、牛顿运动定律及运动学公式去解题。专题五专题一专题二专题三专题四【例题3】放在水平地面上的一物块,受到方向不变的水平推力F的作用,F的大小与时间t的关系如图甲所示,物块速度v与时间t的关系如图乙所示。重力加速度g取10m/s2。由此两图像可以求得物块的质量m和物块与地面之间的动摩擦因数μ分别为()A.m=0.5kg,μ=0.4B.m=1.5kg,μ=215C.m=0.5kg,μ=0.2D.m=1kg,μ=0.2专题五专题一专题二专题三专题四解析:由F-t图像和v-t图像可得,物块在2s到4s内,所受外力F=3N,物块做匀加速运动,a=Δ𝑣Δ𝑡=42m/s2=2m/s2,F-Ff=ma。物块在4s到6s所受外力F'=2N,物块做匀速直线运动,则F'=Ff,F'=μmg。解得m=0.5kg,μ=0.4,故选项A正确。答案:A专题五专题一专题二专题三专题四专题四动力学中的传送带问题1.水平传送带(1)若物体到达传送带的另一端时速度还没有达到传送带的速度,则该物体一直做匀变速直线运动;(2)若物体到达传送带的另一端之前速度已经和传送带相同,则物体先做匀变速直线运动,后做匀速直线运动。2.倾斜传送带对于沿倾斜传送带斜向下运动的物体,分析物体受到的最大静摩擦力和重力沿斜面方向的分力的关系是关键。如果最大静摩擦力小于重力沿斜面的分力,则物体做匀变速运动;如果最大静摩擦力大于重力沿斜面的分力,则物体先做匀加速运动,后做匀速运动。专题五专题一专题二专题三专题四【例题4】如图所示,传送带与水平面夹角为37°,传送带以10m/s的速率运动,传送带轮沿顺时针方向转动。现在在传送带上端A处无初速度地放上一个质量为m=0.5kg的小物块,它与传送带间的动摩擦因数为0.5。若传送带A到B的长度为16m,g取10m/s2,则物块从A运动到B的时间为多少?专题五专题一专题二专题三专题四解析:由于μ=0.5tanθ=0.75,物块一定沿传送带对地下移,且不会与传送带相对静止。设从物块刚放上到达到传送带速度10m/s时,物块位移为x1,加速度为a1,时间为t1,因物块速率小于传送带速率,根据牛顿第二定律,a1=𝑚𝑔sin𝜃+𝜇𝑚𝑔cos𝜃𝑚=10m/s2,方向沿斜面向下。t1=𝑣𝑎1=1s,x1=12𝑎1𝑡12=5m,小于传送带长度。设从物块速度为10m/s到B端所用时间为t2,加速度为a2,位移为x2,物块速度大于传送带速度,物块受滑动摩擦力沿斜面向上,有a2=𝑚𝑔sin𝜃-𝜇𝑚𝑔cos𝜃𝑚=2m/s2x2=vt2+12𝑎2𝑡22,解得t2=1s(t2=-11s舍去)所用总时间t=t1+t2=2s。答案:2s专题五专题一专题二专题三专题四专题五专题五“滑板—滑块”问题叠放在一起的滑块,它们之间存在相互作用力,在其他外力作用下它们或者以相同的加速度运动,或者加速度不同,当然无论是哪种情况,受力分析和运动过程分析是解题的关键。对此类问题的分析,必须清楚加速度、速度、位移等的关系。(1)加速度关系。如果滑块之间没有发生相对运动,可以用“整体法”求出它们一起运动的加速度;如果滑块之间发生相对运动,应采用“隔离法”求出每一个滑块运动的加速度。应注意找出滑块是否发生相对运动等隐含的条件。专题一专题二专题三专题四专题五(2)速度关系。滑块之间发生相对运动时,认清滑块的速度关系,从而确定滑块受到的摩擦力。应注意当滑块的速度相同时,摩擦力会发生突变的情况。(3)位移关系。滑块叠放在一起运动时,应仔细分析各个滑块的运动过程,认清滑块对地的位移和滑块之间的相对位移之间的关系。这些关系就是解题过程中列方程所必需的关系,各种关系找到了,自然也就容易列出所需要的方程式。专题一专题二专题三专题四专题五【例题5】如图所示,质量m0=4kg的小车放在水平光滑的平面上,在小车左端加一水平推力F=6N,当小车向右运动的速度达到2m/s时,在小车前端轻轻地放上一个大小不计、质量为m=1kg的小物块,物块与小车间的动摩擦因数μ=0.2,小车足够长。(g取10m/s2)求:(1)小物块放上后,小物块及小车的加速度各为多大?(2)经多长时间两者达到相同的速度?(3)从小物块放上小车开始,经过t=3s小物块通过的位移大小为多少?专题一专题二专题三专题四专题五解析:(1)物块的加速度am=μg=2m/s2小车的加速度:am0=𝐹-𝜇𝑚𝑔𝑚0=1m/s2。(2)由amt=v0+am0t得t=2s。(3)在开始2s内小物块的位移:x1=12𝑎𝑚𝑡2=4m2s末的速度:v=amt=4m/s在接下来的1s物块与小车相对静止,一起做加速运动这1s内的位移:x2=vt+12𝑎𝑡2=4.6m通过的总位移x=x1+x2=8.6m。答案:(1)2m/s21m/s2(2)2s(3)8.6m