内容正文:
运动和力(二)
专题一 二力平衡
专题二 牛顿第一定律
内容索引
实验探究与学科素养
专题一 二力平衡
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基础知识
一、二力平衡的概念及其条件
1.二力平衡的概念:如果一个物体受到两个力的作用,保持 或
运动状态,则这两个力互相平衡。
2.二力平衡的条件:作用在一个物体上的两个力,如果这两个力大小
,方向 ,作用在 上,这两个力就彼此平衡。
梳理
静止
匀速直线
相等
相反
同一条直线
深化理解 平衡力和相互作用力的理解和判断:
平衡力 相互作用力
相同点 两个力的大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
不同点 作用在同一物体上,可以是不同性质的力 作用在不同物体上,是相同性质的力
实例 放在水平桌面上的物体受到的重力G与桌面的支持力F支
放在水平桌面上的物体受到的桌面的支持力F支、物体对桌面的压力F压
二、二力平衡的应用
1.一个物体在平衡力的作用下,将保持原来的运动状态(静止或匀速直线运动);一个物体运动状态发生变化,物体一定受到了力,并且受到的是非平衡力。力不是维持物体运动的原因,力是 物体运动状态的原因。
改变
2.根据物体的受力情况判断物体的运动状态:
一个物体受到两个力F1、F2的作用 受力情况 合力大小 合力方向 运动状态
F1、F2
方向相同 F合=F1+F2 F1、F2
的方向 越来越快
F1、F2
方向相反
F合=F1-F2(F1>F2)
F合=F2-F1(F1<F2) 较大的力
的方向 越来越快
F合=0(F1=F2) 无 静止或沿原来的运动方向做匀速直线运动
命题点1 二力平衡的判定
1.一个文具袋静止在水平桌面上,下列说法正确的是( )
A.文具袋受到的重力和文具袋对桌面的压力是一对相互作用力
B.桌子受到的重力和文具袋对桌子的压力是一对相互作用力
C.文具袋受到的重力和桌子对文具袋的支持力是一对平衡力
D.桌子对文具袋的支持力和文具袋对桌子的压力是一对平衡力
解析 平衡力的判定条件之一是两个力要作用在同一个物体上,并且两个力大小相等方向相反,作用在一条直线上。
1
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4
5
C
答案
解析
命题规律
探究
命题点2 二力平衡条件
2.如图所示,给四个静止的物体同时施加方向相反的力F1和F2的作用,其中不能继续保持静止的物体是( )
答案
解析
A. B.
C. D.
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5
解析 判断两个力是否是一对平衡力,要看它们是否同时满足四个条件,即:作用在同一物体上,在一条直线上,大小相等,方向相反。图A中两个力不是作用在同一直线上,故不是一对平衡力。
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3
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5
命题点2 二力平衡条件
2.如图所示,给四个静止的物体同时施加方向相反的力F1和F2的作用,其中不能继续保持静止的物体是( )
答案
解析
A. B.
C. D.
A
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5
答案
解析
3.在探究二力平衡条件的实验中:
(1)图1所示,水平放置的实验装置中,将系于小车两端的线挂上钩码,分别跨过两定滑轮,使作用在小车上的两个拉力方向相反,并通过调整
来改变拉力的大小。当小车平衡时,将小车水平转过一个角度,松手后小车不能保持平衡,这样的操作是为了探究相互平衡的二力是否 。
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解析 实验中通过调整钩码的个数来改变拉力的大小。当小车平衡时,将小车水平转过一个角度,这样两个力不在同一直线上,这样的操作是为了探究相互平衡的二力是否作用在同一直线上。
1
2
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5
3.在探究二力平衡条件的实验中:
(1)图1所示,水平放置的实验装置中,将系于小车两端的线挂上钩码,分别跨过两定滑轮,使作用在小车上的两个拉力方向相反,并通过调整
来改变拉力的大小。当小车平衡时,将小车水平转过一个角度,松手后小车不能保持平衡,这样的操作是为了探究相互平衡的二力是否 。
答案
解析
钩码的个数
作用在同一直线上
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3
4
5
(2)图2所示,A、B小车内装有电磁铁,电磁铁的通、断电可遥控实现,当通电时,A、B 小车吸合成一体。为了探究二力平衡时,二力是否作用在同一物体上,在图中所示情况下,下一步的操作是_____________
______。
答案
解析
解析 探究二力平衡时,二力是否作用在同一物体上,可通过遥控断开电源,使电磁铁失去磁性,这样两个小车便会成为两个物体。
遥控实现电磁
铁断电
1
2
3
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5
(3)本实验用带轮的小车为研究对象,是因为滚动摩擦比滑动摩擦 。
解析 滚动摩擦力远小于滑动摩擦力,实验中用小车代替木块,可减
小摩擦力对实验的影响。
答案
解析
小
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5
答案
解析
命题点3 应用二力平衡条件解释有关问题
4.甲起重机将一台机器沿竖直方向向上以15m/s的速度匀速提升,甲起重机对机器的拉力为F1;乙起重机将同一台机器沿竖直方向向下以5m/s的速度匀速下降,乙起重机对机器的拉力为F2;则( )
A.F1>F2 B.F1<F2 C.F1=F2 D.无法确定
解析 当起重机以15m/s的速度匀速向上提起,则起重机的钢绳对重物的拉力F1和重物受到的重力是一对平衡力,大小相等、方向相反;当起重机以5m/s的速度匀速下降时,起重机的钢绳对重物的拉力F2和重物受到的重力仍是一对平衡力,大小相等、方向相反;所以拉力F1和拉力F2的大小都等于重物的重力,故F1=F2。
C
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5
答案
解析
命题点4 根据物体的受力情况,解释物体运动状态变化的原因
5.如图所示,物体在重力、支持力和摩擦力的作用下沿水平面向右做减速直线运动。假设在运动过程中重力突然消失,物体将( )
A.立即停止运动
B.向右沿水平方向做减速直线运动直至停止
C.向右沿水平方向做匀速直线运动
D.向右上方做匀速直线运动
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5
解析 物体因受到重力作用,对水平面产生压力,压力等于重力;物体间力的作用是相互的,物体对水平面有压力,水平面对物体有一个支持力,二力平衡;因压力的存在,产生了摩擦力。假设在运动过程中重力突然消失,对水平面的压力、水平面对物体的支持力、摩擦力都会同时消失,根据牛顿第一定律我们知道,物体不受外力作用时,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,速度的大小和方向都不改变。因为物体原来是向右运动,当外力突然消失,物体仍然保持原来的运动状态,所以物体将保持原来的速度向右做匀速直线运动。
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5
答案
解析
命题点4 根据物体的受力情况,解释物体运动状态变化的原因
5.如图所示,物体在重力、支持力和摩擦力的作用下沿水平面向右做减速直线运动。假设在运动过程中重力突然消失,物体将( )
A.立即停止运动
B.向右沿水平方向做减速直线运动直至停止
C.向右沿水平方向做匀速直线运动
D.向右上方做匀速直线运动
C
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专题二 牛顿第一定律
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基础知识
一、牛顿第一定律
1.牛顿第一定律的内容:一切物体在没有受到外力作用时,总保持_____
运动状态或 状态。
2.牛顿第一定律的解释:牛顿第一定律中,条件是 ,结果是原来运动的物体(不管它做什么运动)将做 运动,原来静止的物体将 。
特别提醒 由于牛顿第一定律是在实验的基础上通过推理得出结论的,这是一种重要的科学方法,称之为“理想实验法”。
梳理
匀速
直线
静止
不受外力
匀速直线
保持静止
二、惯性
1.惯性的概念:物体具有保持原来 不变的性质叫做惯性。惯性是物体的属性,任何物体不论是静止的还是运动的都具有惯性;当物体运动状态发生改变时,能够体验到物体抵抗状态改变的这种能力。
2.惯性的理解:
(1)惯性的大小只与物体的 有关,与物体是否受力、运动状态等因素无关。
(2)惯性是物体本身的一种性质,它不是力,不能说物体“受到惯性作用”或“惯性力”,只能说由于研究对象具有惯性,或说由于惯性,物体保持原来的运动状态。
运动状态
质量
3.惯性的利用和防范:
(1)利用:①拍掉衣服上的灰尘;②运动员起跳时快速助跑;③用撞击锤柄下端的方法使锤头紧套在锤柄上。
(2)防范:①不允许汽车超载;②交通工具配备刹车系统;③乘客和司机配备安全带。
命题点1 牛顿第一定律
1.如图所示,一小车在一水平拉力F作用下
沿水平面做匀速直线运动,如果知道物体受到的摩擦
力是12N,则水平拉力F的大小是 N;如果某一时刻起,小车所受的所有力全部消失,那么这辆小车将 (选填“会”或“不会”)继续做匀速直线运动。
解析 小车在拉力F作用下沿水平面做匀速直线运动,所以受到的拉力与摩擦力平衡,则F=f=12N;小车正在运动,若小车所受的所有力全部消失,那么这辆小车将做匀速直线运动。
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答案
解析
命题规律
探究
6
12
会
2.被细绳拴着的小球在水平面绕O点做圆周运动,轨迹如图中虚线所示,不计阻力。某时刻细绳断,小球速度为v,过一段时间小球出现在P点,速度为v′(见图)。v v′(选填“>”、“=”、“<”),作图找出细绳断时小球的位置,用点在轨迹图上表示。
答案
解析
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5
6
解析 此题难度中等,考查对牛顿第一定律的理解。运动的物体在不受任何力的情况下,保持匀速直线运动。因为小球在水平面上运动,在细绳断掉和忽略空气阻力的情况下,小球在水平方向上没有受到力的作用,因此,小球在水平面上做匀速直线运动,速度v=v′。
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答案
解析
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2.被细绳拴着的小球在水平面绕O点做圆周运动,轨迹如图中虚线所示,不计阻力。某时刻细绳断,小球速度为v,过一段时间小球出现在P点,速度为v′(见图)。v v′(选填“>”、“=”、“<”),作图找出细绳断时小球的位置,用点在轨迹图上表示。
=
答案 细绳断时小球的位置见下图:
命题点2 用惯性解释有关常见现象
3.下列事例或现象中不能用惯性知识解释的是( )
A.在马路上骑自行车不宜太快,防止造成交通事故
B.树上熟透的苹果,沿竖直方向落下
C.汽车在刹车或启动时,乘客会前倾或后仰
D.在匀速行驶的列车上,晓明向上跳起后仍然落回原处
答案
解析
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解析 在马路上骑自行车,若车速太快,当需要停车时,由于惯性,很难立刻停下,容易造成交通事故;
树上苹果沿竖直方向落下,是受到重力的作用,与惯性知识无关;
汽车在刹车或启动时,乘客的脚随车静止或运动,身体由于惯性会前倾或后仰;
在匀速行驶的列车上,晓明本来随车一起作匀速直线运动,向上跳起后车向前行驶,晓明在空中仍然保持原来的运动状态继续向前匀速运动,所以仍然落回原处,能用惯性知识来解释。
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命题点2 用惯性解释有关常见现象
3.下列事例或现象中不能用惯性知识解释的是( )
A.在马路上骑自行车不宜太快,防止造成交通事故
B.树上熟透的苹果,沿竖直方向落下
C.汽车在刹车或启动时,乘客会前倾或后仰
D.在匀速行驶的列车上,晓明向上跳起后仍然落回原处
答案
解析
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5
6
B
4.小明学习惯性的知识之后,在探究跳远成绩
是否与地球自转有关的研究中,他查了相关资料,发现
地球由西向东自转,赤道附近的速度约为460m/s,滨州
城区地面的自转速度约为370m/s。关于跳远成绩与地球
自转关系的分析中正确的是( )
A.因为人有惯性,地球没有惯性,所以向东跳成绩更好
B.因为人的惯性小,地球的惯性大,所以向西跳成绩更好
C.因为跳起后,地球会向东自转一段距离,所以向西跳更有利于提高成绩
D.因为人和地球都有惯性,且自转速度相同,无论向哪跳对成绩都没有影响
答案
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D
命题点3 应用力的知识解释相关现象
5.如图所示,一重为G的物体,用一水平压力F=kt(k为大于0的常数,t为作用时间)压在足够长的平整竖直粗糙墙面上,则物体的运动情况是( )
A.始终静止
B.速度先增加后不变
C.速度先增大,后减小,最终静止
D.速度始终增大
答案
解析
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6
解析 对物体进行受力分析,根据物体的受力情况判断物体的运动情况。物体受力如图所示,开始时水平压力F=kt较小,物体受到的摩擦力f较小,小于物体的重力,物体受到的合力向下,物体向下做加速运动;随着推力F的增大,摩擦力f变大,当f=G时,物体速度最大;然后摩擦力f大于重力G,合力向上,物体做减速运动,最后物体静止。
命题点3 应用力的知识解释相关现象
5.如图所示,一重为G的物体,用一水平压力F=kt(k为大于0的常数,t为作用时间)压在足够长的平整竖直粗糙墙面上,则物体的运动情况是( )
A.始终静止
B.速度先增加后不变
C.速度先增大,后减小,最终静止
D.速度始终增大
答案
解析
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C
答案
解析
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5
6
6.图甲是商场里常用的垂直电梯和自动扶梯,图乙记录了小强乘坐电梯的s—t图象。则他搭乘垂直电梯受到的支持力 搭乘自动扶梯受到的支持力(选填“大于”、“等于”或“小于”);当随自动扶梯到达扶梯口时,若不小心,则会由于 向前倾倒。
解析 (1)由图象可知小明在垂直电梯和自动扶梯上都是做匀速直线运动的,受到平衡力的作用,所以小明受到的重力和支持力大小相等、方向相反、作用在一条直线上,即电梯对小明的支持力等于重力。
(2)在运动的扶梯上,当运动到楼面时脚被绊住,脚的速度变慢,上身由于惯性,保持原先速度,所以向前倾倒。
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解析
答案
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6.图甲是商场里常用的垂直电梯和自动扶梯,图乙记录了小强乘坐电梯的s—t图象。则他搭乘垂直电梯受到的支持力 搭乘自动扶梯受到的支持力(选填“大于”、“等于”或“小于”);当随自动扶梯到达扶梯口时,若不小心,则会由于 向前倾倒。
等于
惯性
实验探究与学科素养
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探究体验14
探究二力平衡的条件
甲 乙
解析
答案
典例1 如图甲所示是小华同学探究二力平衡条件时的实验情景。
(1)如图甲所示,小华将系于小卡片(重力可忽略不计)两对角上的细线分别跨过左右支架上的滑轮,在细线的两端挂上钩码,使作用在小卡片上的两个拉力方向 ,并通过调整 来改变拉力的大小。
探究体验14
探究二力平衡的条件
解析 在小卡片两对角沿水平方向施加力的作用,则两个力在同一条直线上,两个力的大小可以通过增减两边的钩码来调节。
探究体验14
探究二力平衡的条件
典例1 如图甲所示是小华同学探究二力平衡条件时的实验情景。
甲 乙
(1)如图甲所示,小华将系于小卡片(重力可忽略不计)两对角上的细线分别跨过左右支架上的滑轮,在细线的两端挂上钩码,使作用在小卡片上的两个拉力方向 ,并通过调整 来改变拉力的大小。
解析
答案
相反
钩码数量
解析
答案
(2)当小卡片平衡时,小华将小卡片转过一个角度,松手后小卡片______
(选填“能”或“不能”)平衡。设计此实验步骤的目的是为了探究
_________________________________。
解析 当卡片转过一角度后,两对角上的拉力便不在同一条直线上,这两个拉力会产生一个旋转的力,使卡片不能平衡,这是验证不在同一条直线上的两个力是否能平衡。
不能
不在同一条直线上的两个力能否平衡
解析
答案
(3)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡,在图甲所示情况下,小华下一步的操作是:_________________。
解析 若验证不作用在同一个物体上的情况,可用剪刀将卡片剪为两半。
甲
把小纸片一剪两半
解析
答案
(4)在探究同一问题时,小明将小车放在水平桌面上,设计了如图乙所示的实验,同学们认为小华的实验优于小明的实验。其主要原因是 。
A.减小摩擦力对实验结果的影响
B.小卡片是比较容易获取的材料
C.容易让小卡片在水平方向上保持平衡
D.小卡片容易扭转
解析 将小车放置在水平桌面上探究二力平衡时,由于小车与桌面间有摩擦会影响实验的效果。
乙
A
解析
答案
(5)在图乙左盘中再添加一个砝码,小车将运动,说明彼此平衡的两个力大小 。
解析 探究二力平衡的条件时,小车静止就说明小车在水平方向受到的力是平衡力,在左盘中再添加一个砝码,小车运动,说明两个力不平衡,则可得平衡的两个力大小相等。
乙
相等
解析
答案
(6)由上述实验可得:作用在同一物体上的两个力,如果大小 ,方向 ,且作用在 ,这两个力就平衡,此时这两个力的合力为0。
解析 通过实验可以得出二力平衡的条件是:大小相等,方向相反,作用在同一直线上。
甲 乙
相等
相反
同一直线上
要点 若遇到某个作用力是否作用在物体上,答案不好确定时,就可以用假设方法。
素养提升14
受力分析中的假设法
典例2 如图所示,水平传送带上,一物体随传送带一起做匀速运动,
问物体受到向前的水平作用力吗?
解析 物体在水平方向上的受力不好确定,这时假设法就派上用场了。假设物体受到向前的作用力,但这样一来,由于物体受到非平衡力的作用,那么物体就得做加速运动。这与已知的做匀速运动相矛盾,所以,水平方向上的作用力是不存在的。
答案 物体没有受到向前的力。
解析
答案
解析
答案
典例3 如下几个图中,物体A相对于小车静止,地面不光滑,物体A在哪种情况下没有受到摩擦力( )
A.①一起做加速向前运动 B.②一起做匀速直线运动
C.③一起做加速向前运动 D.④一起做匀速直线运动
解析 图①,当物体A与小车一起做加速向前运动时,如果A不受力,A的运动状态肯定不变,会做匀速直线运动或静止,因此与事实矛盾,所以假设有误,则A肯定受到力的作用,故A错误。
图②,当物体A与小车一起做匀速直线运动时,对A分析,A在水平方向上所受到的是平衡力,则A在水平方向上受到拉力外,还应该有一摩擦力,故B错误。
图③,当物体A与小车一起做加速向前运动时,对小车分析,小车在加速前进,则小车在水平方向上所受的向前的力,此力是A对它水平向右的摩擦力,根据力的作用是相互的,则小车对A也有摩擦力,故C错误。
图④,物体A与小车整体做匀速直线运动,如果A受到摩擦力,在水平方向必然还有一力与摩擦力平衡,可是在水平方向找不到另一个力,故假设错误,所以A在水平方向上不受力,故D正确。
典例3 如下几个图中,物体A相对于小车静止,地面不光滑,物体A在哪种情况下没有受到摩擦力( )
A.①一起做加速向前运动 B.②一起做匀速直线运动
C.③一起做加速向前运动 D.④一起做匀速直线运动
D
解析
答案
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本课结束
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