第四章 牛顿运动定律导学案.docx
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第四章牛顿运动定律导学案
第四章牛顿运动定律
§4.1 牛顿第一定律
一、【学习目标】
1.能简述伽利略的理想实验的基本思路、主要推理过程和结论。
2.能记住牛顿第一定律的内容和意义。
3.知道惯性的含义,会运用质量的大小去判断物体惯性的大小,能解释简单惯性现象。
二、【重点难点】
本节的重点是牛顿第一定律,难点是力和运动的运用。
三、【课前预习】
1.伽利略理想实验
亚里士多德认为,必须有______作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就要_______在某一个地方,这种认识是错误的。
伽利略通过___________和____________,得出的结论是:
一旦物体具有某一速度,如果它不受力,就将以这一速度__________地运动下去。
也即是:
力不是_______物体运动的原因,而恰恰是_______物体运动状态的原因。
物体运动状态的改变是指物体由静止变为________________或由___________变为静止。
如果物体_________的大小或方向变了,也说它的运动状态发生改变。
笛卡尔对伽利略观点的补充和完善:
法国科学家笛卡尔指出:
除非物体受到力的作用,物体将永远保持其_________________或运动状态,永远不会使自己沿________________运动,而只保持在直线上运动。
2.惯性及牛顿第一定律
惯性是物体具有保持原来___________________状态或_________状态的性质,任何物体都具有惯性。
量度物体惯性大小的物理量是物体的_________,质量只有大小,没有方向,是_______,符号是m,国际单位是__________。
牛顿第一定律的内容是:
一切物体总保持____________状态或___________状态,除非作用在它上面的力迫使它______________,牛顿第一定律又叫_____________。
四、【课堂导学】
例1.关于伽利略理想实验,以下说法中正确的是()
A.完全是理想的,没有事实为基础
B.是以可靠事实为基础的,经科学抽象,深刻反映自然规律
C.无须事实基础,只是理想推理
D.以上说法都不对
针对性练习1.伽利略的斜面实验证明了()
A.要物体运动必须有力作用,没有力作用的物体将静止
B.要物体静止必须有力作用,没有力作用的物体就运动
C.物体不受外力作用时,一定处于静止状态
D.物体不受外力作用时,总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态
例2.关于惯性,下列说法正确的是()
A.惯性是一切物体的基本属性B.物体受到的力大,则惯性改变的快
C.物体运动快,惯性就大D.惯性大小用物体的质量大小来量度
针对性练习2.关于物体的惯性以下说法中正确的是()
A.物体的运动速度越大,物体越难停下来,说明运动速度大的物体惯性大
B.汽车突然减速时,车上的人向前倾,拐弯时人会往外甩,而汽车匀速前进时,车上的人感觉平稳,说明突然减速和转弯时有惯性,匀速运动时没有惯性
C.在同样大小的力作用下,运动状态越难改变的物体,其惯性一定越大
D.在长直水平轨道上匀速运动的火车上,门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起后,发现落回原处,这是因为人跳起后,车继续向前运动,人落下后必定向后偏些,但因时间太短,偏后距离太小,不明显而已
例3.关于牛顿第一定律,以下说法正确的是()
A.牛顿第一定律是依靠实验事实,直接归纳总结得出的
B.牛顿第一定律是以可靠实验为基础,通过抽象出理想化实验而得出的结论
C.根据牛顿第一定律可知,力是维持物体运动的原因
D.根据牛顿第一定律可知,力是改变物体速度的原因
针对性练习3.歼击机在进入战斗状态时要丢掉副油箱,这样做是为了()
A.减小重力,使运动状态保持稳定
B.增大速度,使运动状态易于改变
C.增大加速度,使运动状态不易变化
D.减小惯性,有利于运动状态的改变
迁移应用2
1.伽利略根据理想实验进行推论,认识到:
力不是维持__________的原因,而是改变________的原因。
2.下列说法中正确的是()
A.运动越快的汽车越不容易停下来,是因为汽车运动得越快,惯性越大
B.小球由于重力的作用而自由下落时,它的惯性就不存在了
C.一个小球被竖直上抛,当抛出后能继续上升,是因为小球受到了向上的推力
D.物体的惯性是物体保持匀速直线运动状态或静止状态的一种属性,与物体的速度大小无关
3.关于力和运动的关系,下列说法中正确的是()
A.物体的速度不断增大,表示物体必受外力的作用
B.物体向着某个方向运动,则在这个方向上必受力的作用
C.物体的速度大小不变,则其所受的合外力必为零
D.物体处于平衡状态,则该物体必不受外力作用
4.下列说法正确的是()
A.掷出的铅球速度不大,所以其惯性很小,可以用手去接
B.用力打出的乒乓球速度很大,因此其惯性很大,不能用手去接
C.相同的两辆车,速度大的比速度小的难以停下来,因为速度大的车惯性大
D.相同的两辆车,速度大的比速度小的难以停下来,因为速度大的车运动状态变化大
5.伽利略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来,能更深刻地反映规律,有关的实验程序内容如下:
(1)减小第二个斜面的角度,小球在这个斜面上仍要达到原来的高度。
(2)两个对接的光滑斜面,使静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面。
(3)如果没有摩擦,小球将上升到释放的高度。
(4)继续减小第二个斜面的倾角,最后使它处于水平位置,小球沿水平面做持续的匀速运动。
请按程序先后次序排列,并指出它究竟属于可靠事实,还是通过思维过程的推论,下列选项中正确的是:
()
A.事实2→事实1→推论3→推论4B.事实2→推论1→推论3→推论4
C.事实2→推论3→推论1→推论4D.事实2→推论1→推论4
6.关于牛顿第一定律,下列说法正确的是()
A.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",揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性,即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。
B.牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性。
C.定律的后半句话“直到有外力迫使它改变这种运动状态为止”,实际上是对力的定义,即力是改变物体运动状态的原因,并不是维持物体运动状态的原因。
D.牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律,所描述的物体不受外力的状态是一种理想化的状态,而实际中不受外力作用的物体是不存在的.当物体所受合外力为零时,其效果跟不受外力作用相同,因此,可以把“不受外力作用"理解为“合外力为零”。
五、【本课小结】
1.牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系,指出了物体具有惯性,它所描述的状态是一种理想状态,所以牛顿第一定律只能靠理想实验和科学推理得出。
2.惯性的理解。
(1)一切物体都具有惯性,它是物体的固有属性。
(2)惯性只与物体质量有关,与其他因素如速度受力压强地理位置等均无关。
(3)惯性不是力。
3.牛顿第一定律满足的条件是
,此时有
(其中c为常数)
4.关于合外力为的计算,是对不与运动面平行或垂直的力进行力的分解后,只去考虑与运动面平行的力。
六、【课堂反馈】
(一)课堂练习
1.一个重10N的物体受到10N的向上的拉力,该物体处于()
A.一定是静止状态B.一定匀速上升
C.一定匀速下降D.都有可能
2.关于伽利略的理想实验,下列说法正确的是()
A.只要接触面相当光滑,物体在水平面上就能匀速运动下去
B.这个实验实际上是永远无法做到的
C.利用气垫导轨,就能使实验成功
D.虽然是想象中的实验,但是它建立在可靠的实验基础上
(二)高考链接
1.传送带带着物块A以
的速度共速上升,传送带倾角为
,求物体受到的摩擦力。
七、【课后作业】
1.有人设想,乘坐气球飘在高空,由于地球的自转,一昼夜就能周游世界,请你评价一下,这个设想可行吗?
2.在路上奔跑的人绊倒时是向前趴着倒下的,而慢走的人滑到时,则是向后仰着倒,试论述其原因。
§4.2实验:
探究加速度与力、质量的关系
一、【学习目标】
1、理解物体运动状态的变化快慢,即加速度大小与力有关,也与质量有关。
2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。
3、会分析数据表格利用图象寻求物理规律。
4、知道怎样测量物体的加速度
二、【重点难点】
本节的重点内容是让学生动手做好实验。
让学生通过实验探究得出数据并对数据进行处理,进而自己归纳出a与F和m的关系是本节的难点。
因此,引导学生自已设计实验就成为本课的关键点。
同时,也只有让学生在实际的设计与操作当中才能使学生体会到物理学研究的方法,才能达到掌握方法、提高素质的目标。
三、【课前预习】
1.外力是使物体产生_____________的原因.物体运动状态发生改变时,物体一定具有___________,物体一定受到____________的作用.
2.质量一定时物体的加速度与它所受的外力成;外力一定时加速度与物体的质量成。
实验预习内容:
1.实验目的:
探究加速度与、三者的关系。
这个探究目的是在以下两个定性研究的基础上建立起来的。
(1)小汽车和载重汽车的速度变化量相同时,小汽车用的时间短,说明加速度的大小与物体的有关。
(2)竞赛用的小汽车与普通小轿车质量相仿,但竞赛用的小车能获得巨大的牵引力,所以速度的变化比普通小轿车快,说明加速度的大小与有关。
2.实验思路:
本实验的基本思路是采用。
(1)保持物体的质量不变,测量物体在不同外力作用下的加速度,探究加速度与外力的关系。
探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法,也可以采用比较的方法,看不同的外力与由此外力产生的加速度的比值有何关系。
(2)保持物体所受的力相同,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,探究加速度与力的关系。
探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法。
3.实验方案:
本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。
测量质量用天平,需要研究的是怎样测量加速度和外力。
(1)测量加速度的方案:
采用较多的方案是使用打点计时器,根据连续相等的时间T内的位移之差求出加速度。
条件许可也可以采用和。
(2)提供并且测量物体所受的外力的方案:
由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动,所以我们必须给物体提供一个,并且要测量这个。
4.实验结果的分析:
如果根据实验数据描出的a-F图象和a-1/m图象都非常接近一条通过原点的直线,也只能说我们的实验结果是“在质量不变的条件下,加速度与外力成;在外力不变的条件下,加速度与质量成。
”这一结果决不能说找出了定律,一个定律的发现不可能是几次实验就能得出的。
四、【课堂导学】
典例1一个乒乓球向运动员飞来,运动员可以用球拍突然改变乒乓球的速度大小和方向。
如果换一个排球向运动员飞来,运动员仍然用球拍击球,其结果与击乒乓球有何不同?
简述理由。
针对练习1.物体A的质量为10kg,物体B的质量为20kg,A、B分别以20m/s和10m/s的速度运动,则()
A.A的惯性比B大B.B的惯性比A大
C.A、B的惯性一样大D.不能确定
典例2通过那些方法可以验证a与F的正比关系?
经验告诉我们在相同力的作用下,质量m越大,加速度a越小,这可能是“a与m成反比”或“a与m2成反比”等等,有何办法知道a与m成反比?
典例3图4-2-4是某同学利用教材提供的方案进行实验时,正要打开夹子时的情况。
指出该同学的几个错误。
针对练习3.某学生用图4-2-4所示的装置做实验时,保持小车的质量不变,测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示:
F/N
0.20
0.30
0.40
0.50
a/ms-2
0.10
0.21
0.29
0.40
根据表中的数据在图4-2-5中作出a-F图线。
(1)把图线延长,看看图线是否通过原点?
如果不通过原点,试分析在操作过程中可能遗漏了哪个步骤?
(2)这条图线在F轴上截距有何物理意义?
。
五、【本课小结】
与加速度有关的因素
1.物体受的合外力2.物体的质量
实验方法
控制变量法
实验过程与结论
物体的质量一定时,合外力越大,物体的加速度也越大
合外力一定时,物体的质量越大,其加速度越小
拓展如果测出的图象在纵轴上的截距大于零,则说明F=0时a>0,产生的原因可能是平衡摩擦力时木板倾斜角过大。
六、【课堂反馈】
(一)课堂练习
1.物体运动状态的变化是指()
A.位移的变化B.速度的变化C.加速度的变化D.质量的变化
2.以下物体在运动过程中,运动状态不发生变化的是()
A.小球做自由落体运动B.枪弹在枪筒中做匀加速运动
C.沿斜坡匀速下滑的汽车D.汽车在水平面上匀速转弯
3.关于力和运动的关系,下列说法中正确的是()
A.物体受力一定运动,力停止作用后物体也立即停止运动
B.物体所受的合力越大,其速度越大
C.物体受力不变时,其运动状态也不变
D.物体受外力的作用,其速度一定改变
4.关于力下列说法中确的是()
①力是使物体运动状态改变的原因;②力是维持物体运动的原因;
③力是改变物体惯性大小的原因;④力是使物体产生加速度的原因.
A.①④B.①②C.②③D.③④
5.下列说法中正确的是()
A.物体不受力时,一定处于静止状态
B.物体的速度等于零时,一定处于平衡状态
C.物体的运动状态发生变化时,一定受到外力的作用
D.物体的运动方向,一定是物体所受外力合力的方向
6.教材在探究牛顿第二定律的实验方案中,比较初速为零的两个不同物体加速度大小与力和质量的关系所使用的方法是()
A.控制变量法.
B.两物体的质量不同,比较在不同外力作用下的位移关系.
C.两物体的质量相同,比较在不同外力作用下的位移关系.
D.两物体受到的外力相同,比较不同质量物体间的位移关系.
7.关于物体运动状态的改变,下列说法正确的是()
A.运动物体的加速度不变,则其运动状态一定不变.
B.物体的位置在不断变化,则其运动状态一定在不断变化.
C.做直线运动的物体,其运动状态可能不变.
D.做曲线运动的物体,其运动状态也可能不变.
(二)高考链接
1.如图4-2-10所示是甲、乙两个物体运动的v-t图象,根据图象回答:
(1)哪个物体加速度大?
(2)哪个物体速度变化快?
(3)如果它们受到的力相等,那么哪个物体的惯性大?
(4)如果它们的质量相等,那么哪个物体所受力大?
2.如果用如图4-2-3所示的斜面和小车做实验研究加速度与外力的关系。
选择摩擦阻力很小的小车和长木板(两长木板长度相等)。
调整两车同时静止释放的起始位置,使两车在斜面的对接处相遇。
如果两车的质量相等,只要测量斜面末端的高度H1和H2和小车各自的位移,就可以比较质量相同时加速度与外力的关系。
这个装置有那些缺点?
七、【课后作业】
1.向右运动的车厢顶上用细线拴住两个小球,固定在车厢顶端于M和N,它们只能在如图所示的平面内摆动.某一瞬时出现图示情景,由此可知车厢的运动及两个小球相对于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
2.在探究加速度与力、质量的关系得实验中,得到以下三个实验图线a、b、c,描述加速度与质量关系的图线是;加速度与力的关系图线是;图线是描述加速度与质量的倒数关系.
3.某两个同学用图4-2-6所示的装置(图中A为小车,B为带滑轮的长木板,C为水平桌面),分别在《探究加速度与外力间的关系》实验中,各自得到的图象如图4-2-6中甲和乙所示,则出现此种现象的原因甲是,乙是.
4.在保持质量不变时加速度与物体受力间关系的实验中(使用图4-2-7所示的装置),小车质量M和砝码质量m分别选取下列四组值.
A.M=500g,m分别为50g、70g、100g、125g
B.M=500g,m分别为20g、30g、40g、50g
C.M=200g,m分别为50g、75g、100g、125g
D.M=200g,m分别为30g、40g、50g、60g
若其它操作都正确,那么在选用组值测量时所画出的图线较准确.在选用此组值,m取g时实验误差较大.
5.a、b、c、d四位同学在做《验证牛顿第二定律》的实验(使用图4-2-6所示的装置),设小车质量和车上砝码质量之和为M,砂及砂桶的总质量为m,分别得出如图4-2-7中a、b、c、d四条图线,其中图a、b、c是a—F图线,图d是a—1/M图线,则以下列说法中正确的是:
()
A.a和b较好地把握了实验条件M远大于m
B.c和d则没有把握好实验条件M远大于m
C.a同学长木板的倾角太小,而b同学长木板倾角太大
D.a、b、c三同学中,c同学较好地完成了平衡摩擦力的操作
6.某次实验用打点计时器交流电的频率为50Hz,纸带的记录如图4-2-9所示(使用图4-2-3所示的装置),图中前几个点模糊,因此从A点开始每打五个点取一个计数点,其中B、C、D、E点的对应速度vB=_____m/s,vC=_____m/s,vD=_____m/s,vE=_____m/s,由此测得小车的加速度是多大?
7.某同学在做“当外力一定时,加速度和质量的关系”的实验时,得到下表中的实验数据:
(1)请使用a-1/m图象来处理这些数据,并说明为什么不用a-m图象来处理数据。
(2)根据作出的图象,可以得到的结论是小车的加速度与它的.
§4.3牛顿第二定律
一、【学习目标】
1、理解牛顿第二定律,知道牛顿第二定律表达式的确切含义。
2、知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。
3、会用牛顿第二定律的公式进行计算和处理有关问题。
二、【重点难点】
1、牛顿第二定律的实验过程;
2、牛顿第二定律。
3、牢固掌握定律的物理意义和应用
三、【课前预习】
一、牛顿第二定律
1、内容:
物体运动的加速度大小跟其所受的合力成 ,跟 成反比,加速度的方向跟合力的方向相同。
2、表达式:
a∝ 或F∝ 或F= .
二、力的单位
1、在国际单位制中,力的单位是 ,符号为 ,它是根据牛顿第二定律定义的,使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力,叫做1N,即1N=
2、比例系数k的意义
①在F=kma中,k的选取有一定的。
②在国际单位制中k=1,牛顿第二定律的数学表达式为 ,式中F、m、a的单位分别为 、 、 。
四、【课堂导学】
一、牛顿第二定律的简单应用
典例1、一个质量m=500g的物体,在水平面上受到一个F=1.2N的水平拉力,水平面与物体间的动摩擦因数μ=0.06,求物体加速度的大小(g=10m/s2)
针对练习1、如图所示,质量为m的滑块沿倾角为θ的斜面加速下滑,滑块与斜面间的动摩擦因数为μ,求滑块的加速度?
二、考查力、加速度、速度的关系
典例2、静止在光滑水平面上的物体,受到一个水平拉力,在力刚开始作用的瞬间,下列说法中正确的是( )
A、物体立即获得加速度和速度
B、
物体立即获得加速度,但速度仍为零
C、物体立即获速度,但加速度仍为零
D、物体的加速度和速度均为零
针对练习2、如图所示,一小球从空中自由落下,当它刚与下面的轻弹簧接触时,它将( )
A、立即被反弹上来 B、立即开始做减速运动
C、立即停止运动 D、继续做加速运动
五、【本课小结】
应用牛顿运动定律解决问题的步骤:
1.确定研究对象.
2.分析物体的受力情况和运动情况,画出研究对象的受力分析图.
3.求出合力.注意用国际单位制统一各个物理量的单位.
4.根据牛顿运动定律和运动学规律建立方程并求解.
六、【课堂反馈】
(一)课堂练习
1、下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形式的理解,正确的是( )
A、由F=ma可知,物体所受的合力与物体的质量成正比,与物体的加速度成反比
B、由m=F/a可知,物体的质量与其所受合力成正比,与其运动的加速度成反比
C、由a=F/m可知,物体的加速度与其所受合力正比,与其质量成反比
D、由m=F/a可知,物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力求出
2、下列说法正确的是()
A物体速度为零时,合力一定为零
B物体所受的合力为零时,速度一定为零
C物体所受的合力减小时,速度一定减小
D物体受到的合力减小时,加速度一定减小
3.在光滑水平面上的木块受到一个方向不变,大小从某一数值逐渐变小的外力作用时,木块将作()
A.匀减速运动
B.匀加速运动
C.速度逐渐减小的变加速运动
D.速度逐渐增大的变加速运动
4、由牛顿第二定律知道,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度,可是当我们用一个很小的力去推很重的桌子时,却推不动,这是因为( )
A、牛顿第二定律不适用于静止的物体
B、桌子的加速度很小,速度增量很小,眼睛不易觉察到
C、推力小于静摩擦力,加速度是负的
D、桌子所受的合力为零
5、对静止在光滑的水平面上的物体施加一个水平拉力,当力刚开始作用的瞬间()
A物体立即获得速度
B物体立即获得加速度
C物体同时获得速度和加速度
D由于物体未来得及运动,所以速度和加速度都为零。
6、力F1单独作用于某物体时产生的加速度是3m/s2,力F2单独作用于些物体时产生的加速度是4m/s2,两力同时作用于此物体时产生的加速度可能是( )
A、1m/s2 B、5m/s2 C、4m/s2 D、8m/s2
7、质量为1kg的物体受到3N和4N两个共点力的作用,这两个共点力的夹角为900,则该物体的加速度是()
A5m/s
B7m/s
C8m/s
D9m/s
(二)高考链接
1、水平路面上质量是30kg的手推车,在受到60N的水平推力时做加速度为1.5m/s
的匀加速运动。
如果撤去推力,车的加速度是多少?
七、【课后作业】
1.下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解,正确的是()
A.由F=ma可知,物体所受的合外力与物体的质量成正比,与物体的加速度成反比
B.由m=F/a可知,物体的质量与其所受合外力成正比,与其运动的加速度成反比
C.由a=F/m可知,物体的加速度与其所受合外力成正比,与其质量成反比
D.由m=F/a可知,物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合外力而求得
2.在牛顿第二定律的数学表达式F=kma中,有关比例系数k的说法正确的是
A.在任何情况下k都等于1()
B.因为k=1,所以k可有可无
C.k的数值由质量、加速度和力的大小决定
D.k的数值由质量、加速度和力的单位决定
3.对于静止在光滑水平面上的物体施加一水平拉力,当力刚开始作用的瞬间()
A,物体立即获得速度
B,物体立即获得加速度
C,物体同时获得速度
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