江苏省扬州市邗江中学届高三物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律导学案.docx
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江苏省扬州市邗江中学届高三物理一轮复习第三章牛顿运动定律导学案
第三章牛顿运动定律
第一课时牛顿第一定律、第三定律
学习活动一:
基础自测
1.牛顿第一定律:
内容:
一切物体总保持_______状态或______状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止.
2.惯性:
(1)定义:
物体具有保持原来_______状态或_____状态的性质,叫做惯性.
(2)惯性的性质:
惯性是一切物体都具有的性质,是物体的_______,与物体的运动情况和受力情况无关.
(3)惯性的量度:
_______是惯性大小的唯一量度.
【针对训练1】如图所示为伽利略的“理想实验”示意图,两个斜面对接,让小球从其中一个固定的斜面滚下,又滚上另一个倾角可以改变的斜面,斜面的倾角逐渐减小直至为零.这个实验的目的是为了说明( )
A.如果没有摩擦,小球将运动到与释放时相同的高度
B.如果没有摩擦,小球运动时机械能守恒
C.维持物体做匀速直线运动并不需要力
D.如果物体不受到力,就不会运动
【针对训练2】关于牛顿第一定律的下列说法中,正确的是()
A.牛顿第一定律是实验定律B.牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因
C.惯性定律与惯性的实质是相同的D.物体的运动不需要力来维持
【针对训练3】关于物体的惯性,下列说法中正确的是( )
A.运动速度大的物体不能很快停下来,是因为物体速度越大,惯性也越大
B.静止的火车启动时,速度变化慢,是因为静止时物体惯性大的缘故
C.乒乓球可以快速抽杀,是因为乒乓球惯性小的缘故
D.物体受到的外力大,则惯性小;受到的外力小,则惯性就大
2.牛顿第三定律:
(1)内容:
两个物体之间的作用力和反作用力总是________、___________、作用在_________________.
(2)表达式:
F反=-F.
(3)牛顿第三定律的适用性:
不仅适用于静止的物体之间,也适用于相对的物体之间,这种关系与作用力的性质、物体质量的大小、作用方式、物体的及参考系的选择均无关.
【针对训练4】在春天,河水边上的湿地是松软的,人在这些湿地上行走时很容易下陷,此时()
A.人对湿地地面的压力大于湿地地面对他的支持力
B.人对湿地地面的压力等于湿地地面对他的支持力
C.人对湿地地面的压力小于湿地地面对他的支持力
D.无法确定
【针对训练5】如图课本放在水平桌面上,下列说法正确的是( C )
A.力F1和力F2是一对平衡力B.力F1就是课本的重力
C.力F1和力F2是一对作用力和反作用力D.力F1的大小大于力F2的大小
学习活动二:
概念辨析:
区分一对作用力和反作用力与一对平衡力
项目
一对平衡力
一对作用力与反作用力
不同点
两个力作用在______物体上
两个力分别作用在__________物体上
可以求合力,且合力一定为零
不可以求合力
两个力的性质________相同
两个力的性质_______相同
两个力共同作用的效果是使物体平衡,物体一定处于平衡状态
两个力的效果分别表现在相互作用的两个物体上,两物体不一定处于平衡状态
一个力的产生、变化、消失不一定影响另一个力
两个力一定同时产生、同时变化、同时消失
共同点
大小___________,方向__________,作用在一条直线上
例1.物体静止于一斜面上如图所示.则下述说法正确的是()
A.物体对斜面的压力和斜面对物体的持力是一对平衡力
B.物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力
C.物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对作用力和反作用力
D.物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力
【变式训练1】有下列说法中说法正确的是()
A.一质点受两个力作用且处于平衡状态(静止或匀速运动),这两个力在同一段时间内的冲量一定相同。
B.一质点受两个力作用且处于平衡状态(静止或匀速运动),这两个力在同一段时间内做的功或者都为零,或者大小相等符号相反。
C.在同样时间内,作用力和反作用力的功大小不一定相等,但正负号一定相反。
D.在同样时间内,作用力和反作用力的功大小不一定相等,正负号也不一定相反
【变式训练2】下列说法正确的是()
A.人走路时,地对脚的力大于脚蹬地的力,所以人才往前走
B.只有你站在地上不动,你对地面的压力和地面对你的支持力,才是大小相等、方向相反的
C.物体A静止在物体B上,A的质量是B的质量的100倍,则A作用于B的力大小等于B作用于A的力的大小
D.以卵击石,石头没损伤而鸡蛋破了,这是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力
例2.由同种材料制成的物体A和B放在长木板上,随长木板一起以速度v向右做匀速直线运动,如图所示,已知MA>MB,某时刻木板停止运动,下列说法正确的是〔)
A.若木块光滑,由于A的惯性较大,A、B间的距离将增大
B.若木板光滑,由于B的惯性较小,A、B间距离将减小
C.若木板粗糙,A、B一定会相撞
D.不论木板是否光滑,A、B间的相对距离保持不变
第二课时牛顿第二定律
学习活动一:
基础自测
1、牛顿第二定律:
(1)内容:
物体与所受成正比,与物体的成反比,加速度的方向与相同.
(2)公式:
(3)物理意义:
反映物体运动的加速度大小、方向与所受合外力的关系,且这种关系是.合力为零,a=;合外力增大,a;合外力减小,a。
(4)适用范围:
①牛顿第二定律只适用于惯性参考系(相对地面或的参考系).
②牛顿第二定律只适用于物体(相对于分子、原子)、运动(远小于光速)的情况,不适用于(接近光速)运动的微观粒子.
【针对训练1】电梯内有一个物体,质量为m,用绳子挂在电梯的天花板上,当电梯以g/3的加速度竖直加速下降时,细线对物体的拉力为()
A.mgB.2mg/3C.4mg/3D.5mg/3
【针对训练2】在光滑的水平面上做匀加速直线运动的物体,当它所受的合力逐渐减小而方向不变时,物体的()
A.加速度越来越大,速度越来越大B.加速度越来越小,速度越来越小
C.加速度越来越大,速度越来越小D.加速度越来越小,速度越来越大
学习活动二:
对牛顿第二定律理解
(1)F=ma中的F为物体所受到的.
(2)F=ma中的m,当对哪个物体受力分析,就是哪个物体的质量,当对一个系统(几个物体组成一个系统)做受力分析时,如果F是系统受到的合外力,则m是系统的合质量.
(3)F=ma中的F与a有对应关系,F变a则变,F大小变,a则大小变,F方向变a也方向变.
(4)F=ma中的F与a有对应关系,a的方向一定与F的方向相同。
(5)F=ma中,可根据力的原理求某个力产生的加速度,也可以求某一个方向合外力的加速度.
(6)F=ma中,F的单位是牛顿,m的单位是千克,a的单位是米/秒2.
例1.如图所示,轻绳跨过定滑轮(与滑轮问摩擦不计)一端系一质量为M的物体,一端用PN的拉力,结果物体上升的加速度为a1,后来将PN的力改为重力为PN的物体,M向上的加速度为a2则()
A.a1=a2;B.a1>a2;C、a1<a2;D.无法判断
【变式训练1】建筑工人用图所示的定滑轮装置运送建筑材料.质量为70.0kg的工人站在地面上,通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以0.500m/s2的加速度拉升,忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦,则工人对地面的压力大小为(g取10m/s2)(B)
A.510NB.490N
C.890ND.910N
学习活动三:
物体运动状态的分析
牛顿第二定律的核心是加速度与合外力的瞬时对应关系,瞬时力决定瞬时加速度。
物体的运动性质决定于物体所受的和。
例2.如图所示,一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M和N,它们只能在图所示平面内摆动,某一瞬时出现图示情景,由此可知车厢的运动及两单摆相对车厢运动的可能情况是()
A.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N在静止;
B.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N也在摆动;
C.车厢做匀速直线运动,M静止,N在摆动;
D.车厢做匀加速直线运动,M静止,N也静止
【变式训练2】关于运动和力的关系,以下论点正确的是()
A.物体所受的合外力不为零时,其速度一定增加
B.物体运动的速度越大,它受到的合外力一定越大
C.一个物体受到的合外力越大,它的速度变化一定越快
D.某时刻物体的速度为零,此时刻它受到的合外力一定为零
【变式训练3】一个质量为2kg的物体,在5个共点力作用下匀速直线运动.现同时撤去大小分别为10N和15N的两个力,其余的力保持不变,关于此后该物体运动的说法中正确的是()
A.可能做匀减速直线运动,加速度大小是2m/s2
B.可能做匀速圆周运动,向心加速度大小是5m/s2
C.可能做匀变速曲线运动,加速度大小可能是5m/s2
D.一定做匀变速直线运动,加速度大小可能是15m/s2
例3.如图所示,轻弹簧下端固定在水平面上.一个小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落,接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度后停止下落.在小球下落的这一全过程中,下列说法中正确的是( )
A.小球刚接触弹簧瞬间速度最大
B.从小球接触弹簧起加速度变为竖直向上
C.从小球接触弹簧到到达最低点,小球的速度先增大后减小
D.从小球接触弹簧到到达最低点,小球的加速度一直减小为零
【变式训练4】
所示,竖直向下的力F作用在质量为M的小球上,使球压紧轻质弹簧并静止,已知弹簧未超过弹性限度,小球没有与弹簧连接.现撤去力F,则下列说法正确的是()
A.刚撤去力F时,弹簧弹力大于小球重力
B.撤去力F后,小球加速度先增大后减小
C.撤去力F后,小球在上升过程中一定先加速后减速
D.撤去力F后,小球在上升过程中一定会脱离弹簧
第三课时牛顿运动定律应用
(一)
学习活动一:
基础自测
(1)超重和失重的定义
超重:
物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)_______物体所受重力的现象.
失重:
物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)_______物体所受重力的现象.
完全失重:
物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)_______物体所受重力的现象.
(2)发生超重或失重现象的条件
发生超重现象的条件:
具有向_____的加速度.如物体向上做______运动或向下做_____运动.
发生失重现象的条件:
具有向_____的加速度.如物体向上做______运动或向下做_____运动.
【针对训练1】下列关于超重和失重的说法中,正确的是()
A.物体处于超重状态时,其重力增加了
B.物体处于完全失重状态时,其重力为零
C.物体处于超重或者失重状态时,其惯性比物体处于静止状态时增加或减小了
D.物体处于超重或者失重状态时,其质量和受到的重力都没有发生变化
【针对训练2】某同学站在体重计上,在他迅速下蹲的过程中体重计示数将()
A.始终变小B.始终变大
C.先变大,后变小,最后等于他的重力D.先变小,后变大,最后等于他的重力
学习活动二:
超重与失重状态的分析
(1)物体处于超重或失重状态时,只是物体的视重发生改变,物体的重力始终存在,大小也没有变化,因为万有引力并没有改变.
(2)发生超重或失重现象与物体的速度大小及方向无关,只决定于加速度的方向及大小.
(3)在完全失重的状态下,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等。
例1.如图所示滑轮的质量不计,已知三个物体的质量关系是:
m1=m2十m3,这时弹簧秤的读数为T,若把物体m2从右边移到左边的物体m1上,弹簧秤的读数T将()
A.增大;B.减小;
C.不变;D.无法判断
【变式训练1】如图所示,有一个装有水的容器放在弹簧台秤上,容器内有一只木球被容器底部的细线拉住浸没在水中处于静止,当细线突然断开,小球上升的过程中,弹簧秤的示数与小球静止时相比较有:
()
A.增大;B.不变;
C.减小;D.无法确定
学习活动三:
瞬时加速度的计算
(1)F=ma中的F与a有对应关系,F变a则变,F大小变,a则大小变,F方向变a也方向变.
(2)F=ma中的F与a有对应关系,a的方向一定与F的方向相同。
例2.所示,质量为m的小球被水平绳AO和与竖直方向成θ角的轻弹簧系着处于静止状态,现用火将绳AO烧断,在绳AO烧断的瞬间,下列说法正确的是()
A.弹簧的拉力F=mg/cosθ
B.弹簧的拉力F=mgsinθ
C.小球的加速度为零
D.小球的加速度a=gsinθ
【变式训练2】如图所示,A、B质量均为m,中间有一轻质弹簧相连,A用绳悬于O点,当突然剪断OA绳时,关于A物体的加速度,下列说法正确的是( )
A.0B.gC.2gD.无法确定
【变式训练3】
惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中,这个系统的重要元件之一是加速度计.加速度计的构造原理的示意图如图所示.沿导弹长度方向安装在固定光滑杆上的滑块m,滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连;两弹簧的另一端与固定壁相连.滑块原来静止,弹簧处于自然长度,滑块上有指针,可通过标尺测出滑块的位移,然后通过控制系统进行制导.设某段时间内导弹沿水平方向运动,指针向左偏离O点的距离为s,则这段时间内导弹的加速度()
A.方向向左,大小为ks/m
B.方向向右,大小为ks/m
C.方向向左,大小为2ks/m
D.方向向右,大小为2ks/m
【拓展训练】将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中,如图所示,在箱的上顶板和下顶板装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动,当箱以a=2.0m/s2的加速度竖直向上作匀减速运动时,上顶板的压力传感器显示的压力为6.0N,下底板的压力传感器显示的压力为10.0N。
(g取10m/s2)
(1)若上顶板的压力传感器的示数是下底板的压力传感器的示数的一半,试判断箱的运动情况;
(2)要使上顶板的压力传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的?
第四课时牛顿运动定律应用
(二)
学习活动一:
动力学的两类基本问题
(1)已知物体的受力情况,求物体的运动情况.
其解题基本思路是:
(2)已知物体的运动情况,求物体的受力情况
其解题基本思路是:
【针对训练1】一物体初速度v0=5m/s,沿着倾角37°的斜面匀加速向下运动,若物体和斜面间的动摩擦因数为0.25,求3秒末的速度(斜面足够长)()
A.12m/sB.15m/sC.17m/sD.20m/s
【针对训练2】商场工作人员拉着质量m=20kg的木箱沿水平地面运动。
若用F1=100N的水平力拉木箱,木箱恰好做匀速直线运动;现改用F2=150N、与水平方向成53°斜向上的拉力作用于静止的木箱上,如图所示。
已知sin53°=0.80,cos53°=0.60,取重力加速度g=10m/s2。
求:
(1)木箱与地面之间的动摩擦因数;
(2)F2作用在木箱上时,木箱运动的加速度大小;
(3)F2作用在木箱上4.0s时间内木箱移动的距离。
学习活动二:
多过程问题
例1.如图甲所示,质量m=2kg的物体在水平面上向右做直线运动.过a点时给物体一个水平向左的恒力F并开始计时,选水平向右为速度的正方向,通过速度传感器测出物体的瞬时速度,所得v-t图像如图乙所示.取重力加速度为g=10m/s2.求:
(1)物体在0~4s内和4~10s内的加速度的大小和方向;
(2)力F的大小和物体与水平面间的动摩擦因数μ;
(3)10s末物体离a点的距离;
(4)10s后撤去拉力F,求物体再过15s离a点的距离.
【变式训练1】质量为2kg的物体
在水平推力F的作用下沿水平面作直线运动,一段时间后撤去F,其运动的v-t图像如图所示。
g取10m/s2,求:
(1)物体与水平面间的滑动摩擦因系数μ;
(2)水平推力
的大小;
(3)
内物体运动位移的大小。
学习活动三:
正交分解法:
例3.如图所示,质量为m的人站在自动扶梯上,扶梯正以加速度a向上减速运动,a与水平方向的夹角为θ,求人受的支持力和摩擦力.
【变式训练2】倾角θ=37°的斜面固定在水平面上,质量m=2.0kg的小物块受到沿斜面向上的F=20.0N的拉力作用,小物块由静止沿斜面向上运动。
小物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.25(斜面足够长,取g=l0m/s2。
sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)求小物块运动过程中所受摩擦力的大小;
(2)求在拉力的作用过程中,小物块加速度的大小;
(3)求小物块沿斜面向上运动0.25m时的速度;
第五课时牛顿运动定律应用(三)
学习活动一:
基础自测
几个相关联的物体一起运动时,形成的整体叫体,对加速度相同的连接体求解的一般方法:
整体法求,隔离法求物体间的。
两种方法互相配合交替应用,常能更有效地解决有关连接体的问题.
【针对训练1】如图所示,A、B两物体质量分别为mA、mB,紧靠着放在光滑水平面上,现用水平力F推A,用FN表示A对B的压力,以下判断正确的是()
A.若mA=mB,则FN=FB.若mA=mB,则FN C.若mA>mB,则FN 【针对训练2】两个质量相同的物体1和2紧靠在一起放在光滑水平桌面上,如图所示.如果它们分别受到水平推力F1和F2,且F1>F2,则1施于2的作用力的大小() A.F1B.F2 C. (F1+F2)D. (F1-F2) 学习活动二: 加速度相同的连接体问题 例1.一质量为M,倾角为θ的楔形木块,放在水平桌面上,与桌面间的动摩擦因数为μ,一物块质量为m,置于楔形木块的斜面上,物块与斜面的接触是光滑的.为了保持物块相对斜面静止,可用一水平力F推楔形木块,如图所示,求此水平力大小的表达式. 【变式训练1】如图,m和M保持相对静止,一起沿倾角为θ的光滑斜面下滑,则M和m间的摩擦力大小是多少? 【变式训练2】如图所示,质量均为m的两个木块P、Q叠放在水平地面上,P、Q接触面的倾角为θ,现在Q上加一水平推力F,使P、Q保持相对静止一起向左做加速直线运动,下列说法正确的是( ) A.物体 Q对地面的压力一定为2mg B.若Q与地面间的动摩擦因数为μ,则μ= C.若P、Q之间光滑,则加速度a=gtanθ D.地面与Q间的滑动摩擦力随推力F的增大而增大 学习活动三: 加速度不同的连接体问题 有些问题中系统内物体的加速度不同,也可用整体法来研究处理。 如图中物块m沿斜面体M以加速度a下滑,斜面体不动.欲求地面对斜面体的静摩擦力f时,就可把此系统(m和M)作为整体处理,由牛顿第二定律得f=macosθ+M×0=macosθ.式中acosθ为物块加速度的水平分量. 例2.如图所示为杂技“顶杆”表演,一人站在地上,肩上扛一质量为M的竖直杆,当杆上一质量为m的人以加速度a加速度下滑时,杆对地面上的人的压力大小为( ) A.( M+m)g-ma B.(M+m)g+ma C.(M+m)g D.(M-m)g 【变式训练3】如图,倾角为30°的斜面体置于粗糙的水平地面上,已知斜面体的质量为M=10kg,一质量为m=1.0kg的木块正沿斜面体的斜面由静止开始加速下滑,木块滑行路程s=1.0m时,其速度v=1.4m/s,而斜面体保持静止。 求: ⑴求地面对斜面体摩擦力的大小及方向。 ⑵地面对斜面体支持力的大小 第六课时牛顿运动定律应用(四) 学习活动一: 动力学的极值问题 例1.如图所示,2kg的物体放在水平地面上,物体离墙20m,现用30N的水平力作用于此物体,经过2s可到达墙边,若仍用30N的力作用于此物体,求使物体到这墙边作用力的最短作用时间? 注意: 力的作用时间最短与物体运动时间最短有什么区别? 如何求物体运动到墙的最短时间? 【变式训练1】如图所示,在劲度系数为k的弹簧下端挂一质量为m的物体,物体下有一托盘,用托盘托着物体使弹簧恰好处于原长.然后使托盘以加速度a竖直向下做匀加速直线运动(a<g),试求托盘向下运动多长时间能与物体脱离? 【变式训练2】如图所示,一质点自倾角为θ的斜面的上方点O,沿一光滑斜槽OA下滑.欲使此质点到达斜面所需的时间最短,则斜槽OA与竖直线OB所成的角β应为何值? 学习活动二: 动力学的临界问题 例2.如图,一个质量为0.2kg的小球用细绳吊在倾角θ=530的斜面顶端,斜面静止时球紧靠在斜面上,绳与斜面平行,不计摩擦,当斜面以10m/s2的加速度向右运动时,求绳子的拉力及斜面对小球的弹力. 【变式训练3】 如图所示,物体A叠放在物体B上,B置于光滑水平面上。 A,B质量分别为6.0kg和2.0kg,A、B之间的动摩擦因数为0.2。 在物体A上施加水平方向的拉力F,开始时F=10N,此后逐渐增大,在增大到45N的过程中,以下判断正确的是() A.两物体间始终没有相对运动 B.两物体间从受力开始就有相对运动 C.当拉力F<12N时,两物体均保持静止状态 D.两物体开始没有相对运动,当F>18N时,开始相对滑动 【变式训练4】一小圆盘静止在桌布上,位于一方桌的水平桌面的中央.桌布的一边与桌的AB边重合,如图.已知盘与桌布间的动摩擦因数为μ1,布与桌面间的动摩擦因数为μ2.现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面,加速度的方向是水平的且垂直于AB边.若圆盘最后未从桌面掉下,则加速度a满足的条件是什么? (用g示重力加速度) 第七课时牛顿运动定律应用(五) 一、传送带模型中要注意摩擦力的突变 ①滑动摩擦力消失②滑动摩擦力突变为静摩擦力③滑动摩擦力改变方向 二、传送带模型的一般解法 ①确定研究对象; ②分析其受力情况和运动情况,(画出受力分析图和运动情景图),注意摩擦力突变对物体运动的影响; ③分清楚研究过程,利用牛顿运动定律和运动学规律求解未知量。 难点疑点: 传送带与物体运动的牵制。 牛顿第二定律中a是物体对地加速度,运动学公式中S是物体对地的位移,这一点必须明确。 分析问题的思路: 初始条件→相对运动→判断滑动摩擦力的大小和方向→分析出物体受的合外力和加速度大小和方向→由物体速度变化再分析相对运动来判断以后的受力及运动状态的改变。 学习活动一: 水平放置运行的传送带 例1.水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,用于对旅客的行李进行安全检查右图为一水平传送带装置示意图,绷紧的传送带A、B始终保持v=1m/s的恒定速率运行;一质量为m=4kg的行李无初速地放在A处,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动,随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动.设行李与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,AB间的距离l=2m,g取10m/s2. (1)求行李刚开始运动时所受的滑动摩擦力大小与加速度大小; (2)求行李做匀加速直线运动的时间; (3)如果提高传送带的运行速率,行李就能被较快地传送到B处.求行李从A处传送到B处的最短时间和传送带
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