内容正文:
第十讲 牛顿第一定律及惯性
二力平衡及受力分析
新课标要求
1.通过实验和科学推理,认识牛顿第一定律。能运用物体的惯性解释自然界和生活中的有关现象。
2.了解同一直线上的二力合成。知道二力平衡条件。
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考点一:牛顿第一定律
1.阻力对物体运动的影响:物体的运动不需要力来维持,运动的物体之所以停下来就是因为受到了阻力的作用。
2.内容:一切物体在 时,总保持 状态或 状态。
注意:运动的物体不一定受力,受力的物体也可以保持静止。
3.理解:(1)条件:不受力的作用。
(2)原来静止的物体保持静止状态,原来运动的物体做匀速直线运动(速度的大小和方向和原来不受力的一瞬间的速度大小和方向相同)。
(3)牛顿第一定律是在实验的基础上通过 得出的。
4.说明的问题:力是改变物体运动状态的原因。
没有受到力的作用
静止
匀速直线运动
推理
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考点二:惯性
1.定义:一切物体都有保持原来运动状态不变的性质。
2.理解:①惯性是物体的固有属性,一切物体在任何情况下都有惯性;
②惯性的大小只与物体的 有关,质量越大,物体的惯性就越 ,运动状态就越不容易改变;与物体是否受力、是否运动、运动快慢、是否失重等均无关;
③惯性不是力也不是作用,不能说“受到惯性”“产生了惯性”“受到惯性作用”,只能说“具有惯性”。
3.利用:拍打衣服上的灰尘,体育比赛中的各种投掷项目、跳远助跑等。
4.防止:汽车行驶时保持车距、司机系好安全带等。
质量
大
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考点三:二力平衡及受力分析
1.二力平衡的平衡状态:物体受到几个力作用时,如果保持 或 状态,我们就说这几个力相互平衡,物体处于平衡状态。
2.二力平衡的条件:作用在 物体上的两个力,如果 相等、 相反,并且在 条直线上,这两个力就彼此平衡。
3.相互作用力与平衡力的异同
相互作用力 平衡力
相同点 大小相等,方向相反,且在同一直线上
不同点 作用对象 分别作用在两个物体上 共同作用在同一个物体上
作用时间 同时产生,同时消失 一个力消失,另一个力可以存在
力的作用效果 相互作用的两个力分别作用在不同的物体上,一般产生不同的作用效果 两个力共同作用在同一个物体上,使物体保持平衡
4.力与运动的关系:不受力或受平衡力,物体保持静止或匀速直线运动状态,运动状态不变;受非平衡力,物体运动状态改变。
静止
匀速直线运动
同一
大小
方向
同一
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考点一:牛顿第一定律及惯性
【典题1】2024年6月14日,在世界女排联赛中,中国队以3∶0战胜德国队。在比赛过程中,当排球运动到最高点时,若它所受外力突然全部消失,则排球将( )
A.保持静止
B.沿水平方向做匀速直线运动
C.自由下落
D.先向上减速,再向下加速
【横向拓展1-1】(惯性与惯性现象)如图所示是小明乘车时看到地铁从某一站点向右直线行驶,经历启动、匀速行驶、减速进站到静止在另一站点的过程中,列车拉手所处的不同状态。在这一过程中,他看到的先后顺序应该是( )
A.③②①② B.③②③②
C.①②①② D.①②③②
B
① ② ③
D
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【横向拓展1-2】(惯性的利用及危害)(2024河北唐山二模)下列关于惯性的说法正确的是( )
A.交管部门要求驾驶员和前排乘客必须系好安全带,是为了防止惯性带来的危害
B.跳远运动员助跑后飞身跃起,受到惯性后继续向前运动
C.交通工具都配有刹车系统,遇到紧急情况时启动刹车系统可以减小惯性
D.拍打窗帘可以清除上面的灰尘,这是利用了窗帘的惯性
通用通法
(1)惯性是物体的性质,任何物体都有惯性,惯性的大小只与质量有关。
(2)如果物体在某一个方向上不受力,物体就在这个方向上保持静止状态或匀速直线运动状态。
(3)惯性的大小与速度大小无关。
(4)惯性只能说“具有”“利用”“防止”,不能说“受到”“增大”“减小”。
A
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考点二:二力平衡及受力分析
【典题2】(2024上海中考)小申坐电梯回家时,电梯匀速上升。若他对电梯的压力为F1,电梯对他的支持力为F2,他受到的重力为G,则下列判断中正确的是( )
A.F1>G
B.F2>G
C.F1和F2是平衡力
D.F2和G是平衡力
【横向拓展2-1】(平衡状态的辨别)(2024河北保定模拟)下列物体处于平衡状态的是( )
A.挂在墙上的黑板
B.竖直向上抛出的石子
C.沿光滑斜坡滚动的小球
D.在空中自由下落的苹果
D
A
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【横向拓展2-2】(平衡力和相互作用力的辨别)象棋起源于中国,拥有悠久的历史。如图所示为一种可以在竖直墙上随意移动的磁性象棋,下列说法正确的是( )
A.棋盘对棋子的吸引力和棋子受到的重力是一对平衡力
B.棋子对墙的压力和墙对棋子的支持力是一对相互作用力
C.墙对棋子的摩擦力和棋子受到的重力是一对相互作用力
D.棋盘对棋子的吸引力和棋子对棋盘的吸引力是一对平衡力
B
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【横向拓展2-3】(受力分析作图)(2024山东临沂中考)图甲是天蒙山索道的吊厢随钢索向下方做匀速直线运动的情景,图乙是吊厢及吊厢内物体的简图。请画出物体所受力的示意图(力的作用点画在物体的重心O上)。
甲 乙
通用通法
判断二力是否平衡的两种方法:
方法一:根据物体的运动状态来判断,如果物体在两个力的作用下处于静止状态或匀速直线运动状态,这两个力一定是一对平衡力。
方法二:根据二力平衡的条件来判断,如果两个力作用在同一物体上,两个力大小相等、方向相反,并且作用在同一条直线上,则这两个力一定是一对平衡力。
答案:如图所示
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实验一:探究阻力对物体运动的影响
【五步法过实验】
1.实验器材:小车、斜面、木板、棉布、刻度尺。
2.实验装置:
3.实验步骤:
(1)如图所示,将棉布铺在水平木板上,让小车从斜面顶端由 滑下,观察小车在棉布表面上滑行的距离。
(2)去掉木板上的棉布,再次让小车从斜面顶端由 滑下,观察小车在木板表面上滑行的距离。
静止
静止
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4.实验结论:
(1)小车受到的阻力越小,小车滑行的距离越 。若运动的小车所受的阻力进一步减小,小车运动的距离将 (选填“变长”或“变短”)。
(2)如果物体表面绝对光滑,物体受到的阻力为零,物体的速度就 (选填“会”或“不会”)减小,物体将 。
5.交流讨论:
(1)实验时一定要让小车从同一斜面顶端由静止滑下,其目的是
。
(2)在实验中是通过 来判断阻力对小车运动影响的,这种方法为
法。实验中还利用了 的探究方法。
远
变长
不会
以恒定不变的速度永远运动下去
保证小车进入水平面时
的速度相同
小车滑行的距离
转换
科学推理(理想实验)
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【针对训练1】(2024河北保定一模)在“探究阻力对物体运动的影响”的实验中,让同一小车每次从同一斜面顶端由静止自由滑下,分别滑到铺有毛巾、棉布和木板的水平面上,小车在水平面上运动一段距离后,停下来的位置如图所示。
(1)实验中用同一小车从同一斜面的同一高度由静止自由滑下,目的是使小车在水平面上开始运动时的初速度 (选填“相同”或“不相同”)。
(2)小车在水平面上运动得越远,说明小车速度减小得越 (选填“慢”或“快”)。分析实验证据,并进一步推测:运动的物体在没有受到力的作用时,将做 运动。
(3)在图甲中画出小车在斜面上所受重力的示意图(O点是小车的重心)。
甲 乙 丙
相同
慢
匀速直线
答案:如图所示
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实验二:探究二力平衡的条件
【五步法过实验】
1.实验器材:小车、光滑的水平桌面、砝码、定滑轮(2个)、细线、两个相同的托盘等。
2.实验装置:
3.实验步骤:
(1)在左右两个托盘内放质量相同的砝码,观察小车的运动状态,小车 。
(2)在左右两个托盘内放质量不同的砝码,观察小车的运动状态,小车 。
(3)在左右两个托盘内放质量相同的砝码,把小车转动一个角度,松手时观察小车的运动状态,小车 。
(4)小车静止后,把两根细线全都绕在左边的滑轮上,使两根细线都向左拉,观察小车的运动状态,小车 。
静止
运动
运动
运动
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4.实验结论:
(1)互相平衡的两个力大小 。
(2)互相平衡的两个力作用在 直线上,方向 。
5.交流讨论:
(1)实验中,应使用质量较 的砝码,可以 对实验的影响。
(2)实验中,可用 (选填“轻质硬卡片”或“木块”)代替小车。
相等
同一
相反
大
减小摩擦力
轻质硬卡片
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【针对训练2】(核心素养·科学探究)小明用如图所示的实验装置“探究二力平衡的条件”。
(1)如图甲所示,左边用细线挂一个钩码、右边用细线挂两个钩码时,木块仍然保持静止,这时木块在水平方向受到的力 (选填“平衡”或“不平衡”)。
(2)小明重新设计了如图乙所示的改进装置,目的是减小 对小车平衡的影响,小车所受拉力F3的施力物体是 。
(3)实验时,将小车扭转一个角度,松手后小车转回原来位置,说明相互平衡的两个力作用在 。
(4)继续对这一问题进行探究:如图丙所示,将系于轻质卡片两端的细线分别跨过高度不同的定滑轮,细线两端分别挂上钩码,该装置 (选填“能”或“不能”)探究二力平衡的条件。
(5)在图丙中,将卡片剪断,卡片左右分开,说明平衡的两个力要作用在 。
甲 乙 丙
平衡
摩擦力
细线
同一直线上
能
同一物体上
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$$