专题03 牛顿运动定律（期末知识清单）高一物理上学期粤教版

专题03 牛顿运动定律 考点要求 课标要求 牛顿运动定律 1通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的 关系。理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象，解决有关问题。通过实验，认识超重和失重现象。 2知道国际单位制中的力学单位。了解单位制在物理学中的重 要意义 牛顿运动定律是力学的关键基础，是运动学和动力学的桥梁，且属于必考内容。主要包括以牛顿运动定律、超重和失重等基础知识。因此在备考中，应熟记相关知识和分析方法，熟悉基础知识的应用。本专题中相关考点考查的频率都比较高。 本专题考查题型有：选择题、实验题、计算题等。 区分作用力、反作用力与平衡力的技巧 (1)看研究对象：作用力与反作用力作用在不同物体上，而一对平衡力作用在同一物体上。 (2)看依存关系：作用力与反作用力同生同灭，相互依存，而一对平衡力则彼此没有依存关系。 受力分析常用的方法 (1)整体法与隔离法 项目 整体法 隔离法 概念 将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法 将研究对象与周围物体分隔开分析的方法 选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度 研究系统内物体之间的相互作用力 (2)假设法：在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在或不存在的情况假设，然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在。 (1)条件法：对于发生明显形变的物体，可直接根据弹力产生的条件判断． (2)对于形变不明显的物体，通常采用以下方法： ①假设法：假设将与研究对象接触的物体撤去，判断研究对象的运动状态是否发生改变．若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力． ②替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学状态．如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧(橡皮条)或细绳来替换． ③状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律(如二力平衡等)来判断物体间的弹力． 解决瞬时性问题的基本思路 (1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况，求出各力大小(①若物体处于平衡状态，则利用平衡条件；②若处于加速状态，则利用牛顿第二定律)。 (2)分析当状态变化时(剪断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等)，哪些力变化，哪些力不变，哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力，发生在被撤去物接触面上的弹力都立即消失)。 (3)求物体在状态变化后所受的合外力，利用牛顿第二定律，求出瞬时加速度。 求解加速度的两种方法 (1)合成法：若物体只受两个力作用时，应用平行四边形定则求这两个力的合力的大小，再应用牛顿第二定律求加速度的大小，物体所受合外力的方向即为加速度的方向。 (2)正交分解法：当物体受多个力作用处于加速状态时，常用正交分解法求物体所受的合力，再应用牛顿第二定律求加速度。为减少矢量的分解以简化运算，建立坐标系时，可有如下两个角度： 分解力 通常以加速度a的方向为x轴正方向，建立直角坐标系，将物体所受的各个力分解在x轴和y轴上，分别得x轴和y轴的合力Fx和Fy，得方程 分解加速度 若物体所受各力都在互相垂直的方向上，但加速度却不在这两个方向上，这时可以把力的方向规定为x轴、y轴正方向，只需分解加速度a，得ax和ay，根据牛顿第二定律得方程 牛顿第一定律 1．亚里士多德的观点：必须有力作用在物体上 ，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某个地方 。 2．伽利略的理想实验 (1)斜面实验：如图所示，让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将到达原来的高度 。如果第二个斜面的倾角减小，小球仍将到达原来的高度 ，但是运动的距离更长 ，当第二个斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去 。 (2)推理结论：力不是 (选填“是”或“不是”)维持物体运动的原因。 3．笛卡儿的观点：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度 沿同一直线 运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 4．理想实验的推论 一切运动着的物体在没有受到外力的时候，它的速度将保持不变，并且一直运动下去。 5．理想实验的意义 (1)伽利略用“实验和科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。 (2)第一次确立了物理实验在物理学研究中的基础地位。 (3)揭示了力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。 (4)“理想实验”的研究方法在自然科学的理论研究中有着重要的作用。但是，“理想实验”的方法也有其一定的局限性，由“理想实验”所得出的任何推论，都必须由观察或实验的结果来检验。 6．运动状态变化的三种情况 (1)速度的方向不变，只有大小改变。(物体做直线运动) (2)速度的大小不变，只有方向改变。(物体做匀速圆周运动) (3)速度的大小和方向同时发生改变。(物体做曲线运动) 7．对牛顿第一定律的理解 (1)明确了惯性的概念 牛顿第一定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，表明了物体所具有的一个重要的属性－－惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性。因此牛顿第一定律又叫惯性定律。 (2)揭示了力和运动的关系 牛顿第一定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”，实质上是揭示了力和运动的关系，即力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。 (3)反映了物体不受外力时的运动状态 匀速直线运动或静止(即原来运动的保持其速度不变，原来静止的保持静止)。不受外力作用的物体是不存在的，但物体所受外力的合力为零与不受外力在效果上是等效的，这就使牛顿第一定律具有了实际意义。 惯性与质量 1．对惯性的理解 (1)惯性是物体保持原来运动状态的一种性质，是物体维持运动状态的原因。 (2)一切物体都具有惯性，惯性是物体的固有属性。 2．惯性的表现形式 (1)物体不受力时，惯性表现为保持原来的运动状态。 (2)物体受力且合力不为零时，物体仍然具有惯性，此时惯性表现为物体运动状态改变的难易程度，惯性越大，物体运动状态越难改变。 3．四个关系 (1)惯性与质量的关系：质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。 (2)惯性与力的关系：惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，惯性大小与物体的受力情况无关。 (3)惯性与速度：一切物体都有惯性，惯性大小与物体是否有速度及速度的大小无关。 (4)惯性与惯性定律：惯性是物体具有的一种固有属性，惯性定律是物体不受外力时所遵循的一条规律，属性不同于规律。惯性定律揭示了物体的惯性。 作用力和反作用力 1．作用力和反作用力的三个性质 2．作用力和反作用力的四个特征 等大 作用力和反作用力大小总是相等的 反向 作用力和反作用力方向总是相反的 共线 作用力和反作用力总是作用在同一条直线上 同性质 作用力和反作用力的性质总是相同的 牛顿第三定律 1．牛顿第三定律：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 。 2．表达式：F＝－F′(负号表示方向相反)。 3．牛顿第三定律中“总是”表现在以下三个方面： (1)与物体的大小和形状无关。 (2)与物体的运动状态无关。 (3)与物体受不受其他力无关。 4．作用力和反作用力与平衡力的比较 比较项目 作用力和反作用力 平衡力 不同点 作用对象 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上 依赖关系 相互依存，不可单独存在，同时产生，同时变化，同时消失 无依赖关系，撤除一个，另一个依然可存在 叠加性 两力作用效果不可叠加，不可求合力 两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，且合力为零 力的性质 一定是同种性质的力 可以是同种性质的力，也可以是不同种性质的力 相同点 大小相等、方向相反、作用在一条直线上 受力的初步分析 1．受力分析 分析研究对象 受到的力。 2．受力分析的思路 (1)根据物体运动状态的变化来分析和判断其受力情况。 (2)根据各种力的特点，从相互作用 的角度来分析物体的受力。 3．力学中常见的三种性质力：重力、弹力 、摩擦力 。 4．受力分析要注意的几个问题 (1)明确要分析哪个物体所受的力。 (2)受力分析的一般顺序：先分析重力，再分析弹力，然后分析摩擦力，并且画出力的示意图 。 (3)在受力分析时，不要把某个力的反作用力跟这个力的平衡力混淆起来。 5．受力分析的一般顺序 一般先分析重力；再分析弹力，环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用；然后分析摩擦力，对凡有弹力作用处逐一进行分析；最后是其他力。 加速度与力、质量之间的关系 1．实验原理 (1)控制变量法 ①保持滑块的质量不变，改变其所受合外力探究a与F的关系． ②保持滑块所受的合外力不变，改变其质量探究a与M的关系． (2)三个物理量的测量方法 ①滑块质量的测量 利用天平测出，在滑块上增减橡皮泥可改变滑块的质量． ②拉力的测量 在砝码的质量远小于滑块质量的情况下，可以认为砝码的重力近似等于滑块受到的拉力，即F≈mg． ③加速度的测量 在气垫导轨中间选一段距离s，在s两端设置两个光电门，分别测出滑块通过s两端的始、末速度v1和v2，则滑块的加速度为a＝． 2．实验器材：气垫导轨、滑块(包括遮光条)、橡皮泥、光电门、数字计时器、砝码、天平． 3．实验与探究 (1)实验装置如图所示，让滑块在砝码拉力的作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、砝码的质量、两光电门之间的距离． (2)保持滑块质量不变，通过增加(或减少)砝码的数量来改变拉力的大小，重复实验3次． (3)将实验结果填入表一，并计算每一次滑块的加速度a． 表一 滑块质量M＝________kg 砝码的质量m/kg 滑块所受拉力大小的近似值F/N 滑块通过光电门1的速度v1/(m·s-1) 滑块通过光电门2的速度v2/(m·s-1) 两光电门间的距离s/m 滑块加速度的计算值a/(m·s-2) (4)用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出滑块运动的a-F图像，从而得出a与F的关系． (5)保持砝码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，在滑块上增加(或减少)橡皮泥来改变滑块的质量，重复进行几次实验，记下实验数据，将实验结果填入表二． 表二 拉力F＝________N 滑块(含橡皮泥)的质量M/kg 滑块(含橡皮泥)质量的倒数/(kg-1) 滑块通过光电门1的速度v1/(m·s-1) 滑块通过光电门2的速度v2/(m·s-1) 两光电门间的距离s/m 滑块加速度的计算值a/(m·s-2) (6)用纵坐标表示加速度，横坐标表示，画出滑块运动的a-图像，得出a与的关系，从而得出a与M的关系． (7)实验结论：当M一定时，a与F成正比；当F一定时，a与M成反比． 4．实验数据的处理方法——图像法、“化曲为直”法 (1)研究加速度a和力F的关系，以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图像，如图甲所示，若图像是一条通过原点倾斜的直线，就能说明a与F成正比． 甲 (2)研究加速度a与质量M的关系如图乙所示，因为a-M图像是曲线，检查a-M图像是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和M成反比，则a与必成正比．我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a-图像，如图丙所示，若像是一条过原点倾斜的直线，说明a与成正比，即a与M成反比． 乙　　　　　　　　丙 5．实验注意事项 (1)气垫导轨是较精密仪器，实验中必须避免导轨受碰撞、摩擦而变形、损伤，没有给气垫导轨通气时，不准在导轨上强行推动滑块． (2)实验时滑块的速度不能太大，以免在与导轨两端缓冲弹簧碰撞后跌落而使滑块受损． (3)实验中滑块由静止释放，应防止砝码盘摆动且滑块最好在同一位置处释放，这样便于检查数据的准确性． (4)用图像法处理实验数据，作图时应使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点尽可能分布在所作直线的两侧，偏离直线太远的点应舍弃掉． 对牛顿第二定律的理解 1．对牛顿第二定律的理解 (1)公式F＝ma中，若F是合力，加速度a为物体的实际加速度；若F是某一个力，加速度a为该力产生的加速度。 (2)a＝是加速度的决定式，它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素。 (3)F、m、a三个物理量的单位都为国际单位制时，才有公式F＝kma中k＝1，即F＝ma。 2．牛顿第二定律的六个性质 性质 理解 因果性 力是产生加速度的原因，只要物体所受的合力不为0，物体就具有加速度 矢量性 F＝ma是一个矢量式。物体的加速度方向由它受的合力方向决定，且总与合力的方向相同 瞬时性 加速度与合外力是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失 同体性 F＝ma中F、m、a都是对同一物体而言的 独立性 作用在物体上的每一个力都产生加速度，物体的实际加速度是这些加速度的矢量和 相对性 物体的加速度是相对于惯性参考系而言的，即牛顿第二定律只适用于惯性参考系 牛顿第二定律的瞬时性问题 1．瞬时加速度问题：牛顿第二定律是力的瞬时作用规律，加速度和力同时产生，同时变化，同时消失。分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻前后物体的受力情况及其变化。 2．两种基本模型 刚性绳模型(细钢丝、细线、轻杆等) 此类形变属于微小形变，其发生变化过程时间极短，在物体的受力情况改变(如某个力消失)的瞬间，其形变可随之突变，弹力可以突变 轻弹簧模型(轻弹簧、橡皮绳、弹性绳等) 此类形变属于明显形变，其发生改变需要一段的时间，在瞬时问题中，其弹力的大小不能突变，可看成是不变的 位制的理解 1．物理公式功能：物理学的关系式在确定了物理量之间的数量关系的同时，也确定了物理量的单位 之间的关系。 2．基本量：被选定的能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位 ，这些被选定的物理量叫作基本量。 3．基本单位：基本量 的单位。 4．导出单位：由基本量根据物理关系 推导出来的其他物理量相应的单位。 5．单位制 (1)单位制：基本 单位和导出 单位一起组成单位制。 (2)国际单位制：1960年第11届国际计量大会制订了一种国际通用 的、包括一切计量领域的单位制。 (3)国际单位制中的七个基本量和相应的基本单位 物理量名称 物理量符号 单位名称 单位符号 长度 l 米 m 质量 m 千克 (公斤) kg 时间 t 秒 s 电流 I 安[培] A 热力学温度 T 开[尔文] K 物质的量 n 摩[尔] mol 发光强度 I 坎[德拉] cd 6．力学中三个基本物理量及单位 (1)三个基本物理量：长度 、质量 和时间 。 (2)国际单位制中三个基本单位：米 、千克 和秒 。 超重和失重现象 1．重力的测量 方法一：先测量物体做自由落体运动的加速度g ，再用天平 测量物体的质量，利用牛顿第二定律得：G＝mg 。 方法二：利用力的平衡条件 对重力进行测量。 将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止 状态，这时测力计的示数反映了物体所受的重力 大小。 2．超重和失重 (1)失重 ①定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于 物体所受重力的现象。 ②产生条件：物体具有竖直向下 (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。 (2)超重 ①定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于 物体所受重力的现象。 ②产生条件：物体具有竖直向上 (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。 3．完全失重 ①定义：物体对支持物(或悬挂物)完全 没有作用力的状态。 ②产生条件：a＝g，方向竖直向下 。 4．重力与视重 (1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化。 (2)视重：当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。 6．超重和失重的理解与判断 (1)当视重与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象。 (2)判断物体超重与失重的方法 ①从受力的角度判断： 超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力。 失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力。 ②从加速度的角度判断： 当物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时，处于超重状态。 当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，处于失重状态。 7．平衡、超重、失重、完全失重的比较 特征状态 加速度 视重(F)与重力关系 运动情况 受力图 平衡 a＝0 F＝mg 静止或匀速直线运动 超重 向上 F＝m(g＋a)>mg 向上加速或向下减速 失重 向下 F＝m(g－a)<mg(a<g) 向下加速或向上减速 完全失重 a＝g F＝0 自由落体运动、抛体运动、沿圆轨道运行的卫星 8．有关超重、失重问题的分析方法 求解此类问题的关键是确定物体加速度的大小和方向。首先应根据加速度方向判断物体处于超重状态还是失重状态，然后选加速度方向为正方向，分析物体的受力情况，利用牛顿第二定律进行求解。 动力学中的连接体问题 1．连接体 两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同加速度的整体叫连接体。如几个物体叠放在一起，或并排挤放在一起，或用绳子、细杆等连在一起。 2．处理连接体问题的方法 (1)整体法：把多个物体组成的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。 (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，在分析时要特别注意。 3．整体法与隔离法的选用 (1)求解各部分加速度都相同的连接体问题时，要优先考虑整体法；如果还需要求物体之间的作用力，再用隔离法。 (2)求解连接体问题时，随着研究对象的转换，往往两种方法交叉运用．一般的思路是先用其中一种方法求加速度，再用另一种方法求物体间的作用力或系统所受合力。 (3)无论运用整体法还是隔离法，解题的关键还是在于对研究对象进行正确的受力分析。 学科网（北京）股份有限公1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $