内容正文:
第八章 运动和力
第一节 牛顿第一定律
快速导读:
知识点1:阻力对物体运动的影响
知识点2:牛顿第一定律
知识点3:惯性
知识点1:阻力对物体运动的影响
1、运动是否需要力来维持
物体的运动并不需要力来维持,运动的物体之所以停下来,是因为受到了阻力。
2、实验探究,阻力对物体运动的影响
提出问题: 阻力对物体的运动有何影响?
猜想与假设:阻力可能是使物体运动速度减小的原因。
实验方法: 控制变量法、理想实验法
制订计划和设计实验:
取一辆小车,让它三次都在斜面的同一高度由静止滑下,如图所示.每次水平面的粗糙程度不同,依次在水平面上铺上毛巾、棉布、木板.比较小车每次在水平面上滑行的距离有什么不同.
毛巾表面
棉布表面
木板表面
实验器材:小车、斜面、棉布、木板、毛巾、米尺等.
实验过程:
(1)让小车从斜面上适当位置滑下,在水平面上铺上毛巾,观察小车在阻力较大的毛巾表面上运动的距离。
(2)让小车从斜面上同一位置滑下,撤去毛巾,铺上棉布,观察小车在阻力较小的棉布表面上运动的距离。
(3)让小车从斜面上同一位置滑下,撤去棉布,铺上木板,观察小车在更光滑的木板表面上运动的距离。
实验现象:
小车在毛巾表面上运动的距离最近,在棉布表面上运动的距离较远,在木板表面上运动的距离最远具体数据记录如表:
接触面
小车受到阻力大小
小车运动的距离
毛巾表面
较大
较近
棉布表面
较小
较远
木板表面
最小
最远
交流论证:
(1)表面越光滑,小车运动的距离越远.
(2)表面越光滑,小车受到阻力越小,运动速度减小得越慢.
(3)假如水平面足够光滑,小车受到的阻力为零,则它将以恒定不变的速度永远运动下去.
实验结论
如果运动的物体不受力的作用,它将做匀速直线运动.
实验注意
1.要探究阻力对物体运动的影响,需控制小车在水平面上开始运动时的速度相等,方法就是让小车从斜面的同一高度滑下,这是控制变量法的应用.
2.粗糙程度不同的物体表面对小车的阻力不同,让小车在粗糙程度不同的物体表面上运动,可以探究阻力对小车运动的影响.
3.一些物理现象,由于受实验条件所限,无法直接验证,需要先进行实验,
再进行合理推理得出正确结论,这种方法称为“理想实验法”,也叫“科学推理法”.科学推理法以大量事实为基础,以实验为原型.
4.在实验中,斜面的倾角与木板的长度要匹配,以使小车在木板上运动距离适当。另外,保证小车平滑滑入水平面,防止小车刚滑到水平面时卡住。当然,也可以用干电池等圆柱体代替小车.
知识点2:牛顿第一定律
1、牛顿第一定律的建立过程
(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,停止用力,物体就马上静止下来。即力是维持物体运动的原因,经过实验证明,这种说法是错误的。
(2)伽利略的观点:如果物体受到的阻力为零,速度就不会减小,物体将以
恒定不变的速度永远运动下去。
(3)笛卡儿的补充:如果运动物体不受任何力的作用,不仅速度大小不变,而且运动方向也不变,物体能按原来的方向匀速运动下去,即做匀速直线运动。
(4)牛顿总结概括:运动的物体在不受任何外力作用时,总保持匀速直线运
动状态,而静止的物体在不受外力作用时,总保持原来的静止状态。
2、牛顿第一定律的内容
一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态
3、牛顿第一定律的地位
牛顿第一定律是在大量经验事实的基础上,通过进一步的推理而概括出的.我们周围的物体,都要受到力的作用,因此不可能用实验来直接验证这一定律。 但是,从这个定律得出的一切推论,都经受住了实践的检验,因此,牛顿第-定律已经成为大家公认的物理学基本定律之一。
4、对牛顿第一定律的理解
(1)“一切"是说定律对所有的物体普遍适用.
(2)“没有受到力的作用”是指定律成立的条件,包含两层意思:一是理想情
况,即物体确实没有受到任何力的作用;二是物体所受各力的合力为零.
(3)“总"指的是总这样,没有例外.
(4)“或”即两种状态居其一,不能同时存在.定律表明:物体不受力时,原来
静止的物体将永远保持静止状态,原来运动的物体将永远做匀速直线运动。考虑问题也应从这两个方面出发,首先判断物体原来所处的运动状态,然后再根据牛顿第一定律来解答.
5、有关牛顿第一定律的两个易错问题
(1)由牛顿第一定律可知,一切物体都有保持运动状态不变的性质,说明物
体的运动不需要力来维持,原来运动的物体,不受任何力的作用时,将保持
匀速直线运动状态。因此,应当切记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”。
(2)牛顿第一定律不是实验定律,而是在大量经验事实的基础上,通过进一步的推理而概括出来的.
知识点3:惯性
1、惯性的概念
一切物体都有保持原来运动状态不变的性质,我们把这种性质叫做惯性.
2、惯性的普遍性
一切(任何)物体在任何情况下都具有惯性。无论物体是固体、液体还是气体,也无论物体质量是大还是小,是静止还是运动,受不受力,都具有惯性。
3、惯性大小的决定因素
惯性的大小由质量来衡量,质量越大的物体,惯性越大。如以同样速度运动的自行车和火车,自行车在紧急刹车时容易刹住,而火车需要滑行相当长一
段距离才能停下来,说明火车的惯性比自行车的大。
【注意】
1、惯性大小与速度无关,假如惯性大小与速度有关,且速度越大惯性越
大,那么速度越小惯性越小,进一步推理,当运动物体的速度为零时,物
体就不具有惯性了.但是一切物体都具有惯性,所以惯性大小与速度无关。
2、惯性是物体的固有属性,它不是力,所以不能把惯性说成“惯性力”或“受惯性作用”,应该说成“由于惯性”或“物体具有慣性”。
3、惯性的利用与防止
(1)利用:生活中利用惯性可带来很多方便,如体育运动中跳远、跳高、射
击、球类比赛等项目都在利用惯性。
(2)防止:惯性有时会给人们带来危害,需要防范,如车辆在急转弯时容易
翻车,车速太快、车距太近容易发生交通事故等.为了防止惯性带来的危害,要求驾驶员与前排乘客必须系安全带,限制车速禁止超载.
4、解释惯性现象的思路
1 确定研究对象,即明确研究对象是哪--个物体或物体的哪部分.
2 弄清该物体原来处于什么状态,是运动还是静止.
3 弄清什么原因使该物体(或物体的某部分)改变了原来所处的状态.
4 判断该物体(或物体的另一部分)由于惯性要保持原来所处的状态,出
现了怎样的现象(或造成了何种结果).
5、惯性和惯性定律的区别
惯性:是指物体保持原来运动状态不变的性质,一切物体都具有惯性。惯性与物体是否受外力,处于何种状态无关。
惯性定律:即牛顿第一定律,是描述物体在不受力的作用时,由于惯性而表现出来的一种运动规律.它的实质说明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。
第二节 二力平衡
快速导读:
知识点1:平衡力和平衡状态
知识点2:实验探究 二力平衡的条件
知识点3:二力平衡条件的应用
知识点1:平衡力和平衡状态
1、平衡力和平衡状态
(1)平衡力: 如果一个物体在几个力的作用下处于静止或匀速直线运动状态,我们就说这几个力相互平衡.
(2)二力平衡:当一个物体同时受到两个力作用时,如果物体保持静止或匀速直
线运动状态,那么这两个力就彼此平衡.
(3)平衡状态:物体处于平衡状态时,可能保持静止或匀速直线运动的状态,物体处于的静止或者匀速直线运动状态就是平衡状态。
【注意】
1.物体受平衡力时,几个力的作用效果相互抵消,相当于不受力,所以说
物体处于平衡状态时运动状态不变.
2.平衡力与平衡状态之间的关系:若物体处于静止或匀速直线运动状态,一定受平衡力的作用.如搬而未起、推而不动,实际隐含的就是静止的物体受平衡力的作用.
2、“平衡”不是“静止”
“静止”表示物体的速度为零,“平衡” 则表示物体运动状态保持不变,平衡指静止和匀速直线运动两种状态。当物体保持静止时,一定处于平衡状
态,而物体处于平衡状态时,可能保持静止,也可能做匀速直线运动。
3、物体受平衡力与物体不受力的区别
(1)从运动状态上看,受平衡力与不受力对物体的运动而言是等效的,物体都处于静止状态或匀速直线运动状态
(2)从物体是否产生形变来看,物体不受外力时,它不产生形变,物体受平衡
力时,它会产生形变。
4、牛顿第一定律中“物体在没有受到力的作用时”是一种理想状态
物体不受力和受平衡力的作用效果是等同的,因此可以把牛顿第一定律拓展为“物体在没有受到外力或者只受平衡力作用的时候,它会保持静止状态或匀速直线运动状态。”
知识点2:实验探究 二力平衡的条件
1、实验结论
作用在同一物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,并且在同一直线上。这两个力就彼此平衡。二力平衡的条件可简记为“同体、等大、反向、共线。”
2、实验注意事项
(1)为减小小车与桌面间的摩擦阻力对实验的影响,应选择光滑的桌面,同时小车的质量小一点
(2)实验中应选取质量较大的砝码,使两个拉力尽量大-些,以削弱摩擦阻力的影响,且所用的两个托盘要相同.
(3)实验中选用小车而不选用木块,是为了减小与桌面间的摩擦,有利于得
出更准确的实验结论.
3、判断二力是否平衡的方法
(1)看两个力是否同时满足二力平衡的条件:作用在同一物体上的两个力,如果大小相等、方向相反,并且在同-条直线上,这两个力就彼此平衡.
(2)根据物体的运动状态来判断:若物体只受两个力的作用,且处于静止状态或匀速直线运动状态,则这两个力一定是平衡力.
知识点3:二力平衡条件的应用
1.利用二力平衡的条件,根据一个力的大小方向,确定另外一个力的大小和方向。
2.根据物体的受力情况判断物体的运动状态
(1)不受力或受平衡力时物体处于静止或匀速直线运动状态。
(2)受非平衡力:物体的运动状态一定发生改变。
3.根据物体的运动状态判断物体的受力情况
(1)物体静止或做匀速直线运动:物体不受力或受到平衡力的作用。
(2)物体的运动状态发生改变:物体-定受力且受到非平衡力的作用。
【拓展延伸】
非平衡力和物体运动状态的变化
1.两个力作用在同一个物体上,如果物体不能保持静止或匀速直线运动状态,则这两个力的作用效果不可相互抵消(合力不为零),我们就说这两个力不平衡,这两个力也叫非平衡力。
2.物体受非平衡力作用时,其运动状态是会变化的,有的由静到动,有的由动到静;有的由快变慢,有的由慢变快,还有的改变物体原始运动方向做曲线运动.
合力
1.当一个力的作用效果与几个力共同作用产生的效果相同时,这个力就叫做那几个力的合力。
2. 同一直线上方向相同的两个力的合力,大小等于两力之和,即F合=F1 +F2,方向与两力方向相同;同一直线上方向相反的两力的合力,大小等于两力之差,即F合=F大 - F小 ,方向与较大力的方向相同。
3. 平衡力的合力为零。
第三节 摩擦力
快速导读:
知识点1:摩擦力
知识点2:摩擦力的方向
知识点3:影响滑动摩擦力大小的因素
知识点4:摩擦力的利用与防止
知识点1:摩擦力
1、摩擦力的产生条件
①接触面粗糙;
②两物体相互接触并相互挤压(产生压力);
③两物体间发生相对运动或相对运动趋势.
三个条件缺一不可.
【注意】
摩擦力的产生有两种情况,一种是两个互相接触的物体已经发生相对运动,此时在接触面上会产生摩擦力;另一种是两物体没有发生相对运动,但有相对运动的趋势,如用力推箱子但未推动时,虽然箱子处于静止状态,但箱子在推力作用下已有了“要发生”相对运动的趋势,此时地面对箱子就产生了摩擦力。
摩擦力:两个相互接触的物体,当他们相对运动时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动得力,这种力叫做滑动摩擦力。若题中出现了光滑的接触面意味着不存在摩擦力。
2、摩擦力的作用效果
摩擦力的作用是阻碍物体相对运动(或相对运动趋势),而不是阻碍物体运
动。相对运动”(或相对运动趋势)是以相互接触的物体作为参照物的;“物体运动”可能是以其他物体作为参照物的。
知识点2:摩擦力的方向
1、摩擦力的方向
摩擦力的方向一定与物体相对运动(或相对运动趋势)方向相反,而不是与运动方向相反。如骑自行车时,地面给后车轮的摩擦力向前,与车运动的方向
相同.
由此可知:
①摩擦力的方向不一定总是与物体运动方向相反,有时也与物体运动方向同。
②摩擦力也不一定都是阻力,有时也可以是动力,如人走路时脚向后蹬地,脚相对地面有一个向后运动的趋势,地面对脚有一个向前的摩擦力,使人相对于地面向前运动,成为人向前的动力。
· 归/纳/总/结:
2、判断摩擦力方向的三种方法
Ⅰ、由摩擦力概念判断
摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。
Ⅱ、由假设方法判断
此方法通常用来判断相对静止的物体间所受静摩擦力的方向。首先假设物体不受摩擦力,确定研究对象与参照物之间将会出现的相对运动情况,则研究对象所受摩擦力的方向与将会出现的运动趋势方向相反。
Ⅲ、由二力平衡的性质判断
一对平衡力的方向相反,可以通过判断平衡力来判断摩擦力的方向。
受力分析的顺序:一重二弹三摩擦。
3、摩擦力的分类:静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力
4、三种摩擦的比较
【静摩擦】
1.定义:两个相互接触的静止物体,当它们之间存在相对运动趋势时产生的摩擦,称为静摩擦
2.简介:推物体而不动产生的摩擦为静摩擦.
3.示例:手握瓶子静止时,手与瓶子之间的摩擦.
【滑动摩擦】
1.定义:一个物体在另一个物体表面上相对滑动时,产生的阻碍相对滑动的摩擦叫滑动摩擦。
2.简介:在粗糙面上滑动的物体产生的摩擦为滑动摩擦.
3.示例:人滑冰时,早冰鞋和冰面之间的摩擦。
【滚动摩擦】
1.定义:一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦叫滚动摩擦。
2.简介:沿水平方向拉动小车,运动的小车的车轮产生的摩擦为滚动摩擦。
3.示例:正常行驶的自行车,车轮与地面之间的摩擦。
【注意】 滚动摩擦与滑动摩擦的巧妙区分
1.滚动摩擦的特点:物体之间是点与面或者线与面的接触,而且在滚动的
过程中,接触的点或者线在不断变化。
2.滑动摩擦的特点:物体之间是面与面的接触,在滑动的过程中,接触面
保持不变.
同一物体,静摩擦力的大小会随着拉力的增大而增大;同一物体,在同一接触面上运动时,当压力大小与接触面粗糙程度不变时,滑动摩擦力大小不变.
3.在自行车的轮胎上涂上一些红漆,在漆未干时让它在公路上行驶,可发现地面上有间隔的红点;若在刹车橡皮上涂一些红漆,在漆未干时刹车,可发现车圈内侧出现连续的红带.前者是滚动摩擦的现象,后者是滑动摩擦的现象。
知识点3:影响滑动摩擦力大小的因素
1、得出结论:滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗物程度有关。当接触面的粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;当压力相同时,按触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
2、实验注注意事项
(1)大为了保证压力等于木板上物体的重力,必须在水平桌面上做实验,
(2)实验中应注意保持长木板水平,
(3)实验时所用的木板要足够长,以保证木块在木板上滑动时有匀速运动的过程.
(4)实验时应保持弹簧测力计与长木板平行.
(5)弹簧测力计拉动木块做匀速直线运动,目的是使木块在水平方向上受到
的拉力和摩擦力为一对平衡力 ,这样读出拉力的大小,就可以知道摩擦力的大小。由此推理可知,当物体在同一直线上的摩擦力和拉力作用下处于平衡状态时,可利用平衡力的知识求摩擦力的大小。
(6)实验中要做到匀速拉动木块不好控制,建议采用如下操作:将弹簧测力
计的挂钩与木块相连,拉环处固定,拉动长木板进行实验。
【拓展延伸】
1.探究滑动摩擦力的大小与接触面积的关系
方法:将长方体木块平放在长木板上,用弹簧测力计拉动使其做匀速直线运动,然后将其竖放在同一个长木板上,用弹簧测力计拉动使其以相同的速度做匀速直线运动,比较弹簧测力计的示数.若弹簧测力计的示数相同,说明滑动摩擦力的大小与接触而积无关,若示数不同,说明滑动摩擦力的大小与接触面积有关。
结论:滑动摩擦力的大小与物体的接触面积无关。
2.探究滑动摩擦力的大小与运动速度的关系
方法:将长方体木块平放在长木板上,用弹簧测力计拉动使其以一定的速度做匀速直线运动,增大速度,仍然使其做匀速直线运动,比较弹簧测力计的示数,若弹簧测力计示数相同,说明滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小无关;若示数不同,说明滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小有关。
结论:滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小无关。
知识点4:摩擦力的利用与防止
许多情况下摩擦是有用的,人们常常设法增大它。而摩擦在很多情况下又是有害的,这时就要设法减小摩擦。
常见的增大有益摩擦和减小有害摩擦的方法如下。
类别
方法
应用举例
增大有
益摩擦
增大接触面的压力
自行车车闸
增大接触面的粗糙程度
汽车、拖拉机、自行车车轮上有凹凸不平的花纹,运动员往手上涂镁粉.
变滚动摩擦为滑动摩擦
火车、汽车在紧急制动时,车轮只滑不滚。
减小有
害摩擦
减小接触面的压力
单杠运动员在做旋转动作时,手握单杠时握得很松.
减小接触面的粗糙程度
涂润滑剂.冰壶运动
变滑动摩擦为滚动摩擦
轮滑鞋
使接触面分离
气垫船、磁悬浮列车
给机器的某些部件加润滑剂
给机械部件加润滑油
自行车前轮和后轮的摩擦力:后轮受到向前的向前的摩擦力,前轮受到向后的摩擦力。
1、后轮:是主动轮,就是动力的来源,对于后轮来说,后轮与地面的接触点是相对静止的,运动的是地面,所以受到的是静摩擦这时的情况和人走路是脚受到的摩擦力的情况是相同的.它受到的是向前的摩擦力,在与地面的切点处有向后的相对运动趋势,会受到地面施加的向前的摩擦力,这个摩擦力就是使整个自行车前进的动力。
2、前轮:前轮是控制方向的,不提供动力只是受到阻力,阻力的方向是与运动方向相反的,对于前轮来说地面是静止的,前轮与地面的接触点是相对运动的,所以受到的是滚动摩擦.在与地面的切点处有向前的相对运动趋势,会受到地面施加的向后的摩擦力,从而转动起来,这个摩擦力就是整个自行车前进的阻力;
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