科学物理部分知识竞赛辅导教案之一Word文档格式.docx
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牛顿第一定律、牛顿第二定律.
二.知识要点分析
(一)、力的概念
力是物体对物体的作用。
离开了物体就不会有力的作用。
力不能脱离物体而单独存在。
当一个物体受到了力的作用时,一定有另一个物体对它施加了力的作用,没有施力物体或受力物体,这个力是不存在的。
物体间力的作用是相互的。
施力物体给受力物体一个作用力时,受力物体也给施力物体一个反作用力,受力物体同时也是施力物体,施力物体同时也是受力物体,物体间力的相互作用是同时产生,同时消灭的,没有先后之分。
物体间力的作用是相互的,这一对相互作用的力叫做作用力和反作用力。
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,作用在一条直线上,这就是牛顿第三定律。
力的作用效果有两个:
一是使物体的形状发生变化。
二是可以改变物体的运动状态。
运动状态指物体运动速度的大小和方向,大小或者方向改变了,就可以说物体的运动状态发生了变化。
(二)、力学中常见的几种力
如果根据力的作用效果来分类,力可以分为拉力、推力、压力、支持力、动力、阻力等;
如果根据力的性质来分类,力学中的力可分为重力、弹力和摩擦力。
1.重力
地面附近的物体由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。
物体受到的重力也称为物重。
地面附近的一切物体都受到重力,重力的方向总是竖直向下的。
物体所受重力的大小跟物体的质量成正比,即
G=mg其中g=9.8牛/千克
在同一地点g值是一个不变的常数,而在不同地点的g值是不同的。
地球上纬度越高,g值就越大,离地面越高,g值就越小。
但是,因为g值改变量不是很大,通常我们认为g就等于9.8牛/千克。
重力在物体上的作用点叫做重心。
物体的重心不一定都在物体上。
质地均匀、外形规则的物体的重心,在它的几何中心上。
形状不规则的薄板类物体的重心,可用悬挂法确定。
形状不规则,质量分布不均匀的长条形物体的重心可用支撑法确定。
2.弹力
物体受到力的作用后,发生形变,外力撤掉以后,物体能恢复原来形状和体积的性质叫做弹性。
发生形变的物体,由于弹性,要恢复原状,对跟它接触使它发生形变的物体就会产生力的作用,这种力叫做弹力。
如压力、支持力、拉力、推力等。
弹力产生于直接接触并且发生弹性形变的两物体之间。
形变是产生弹力的必要条件。
弹力的方向始终跟物体的形变方向相反,或与使物体发生形变的外力方向相反,并且总是与接触面垂直。
对难以观察的微小形变,可用物体的平衡条件确定弹力的大小。
对于弹簧的弹力可以用胡克定律来确定。
胡克定律:
在弹性限度内,弹簧弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度成正比,即
F=kx
式中比例系数k叫做弹簧的劲度系数,其大小决定弹簧本身,k的单位是牛顿/米。
3.摩擦力
互相接触的两个物体,当它们要发生或已经发生相对运动时,就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力,这种力就叫做摩擦力。
摩擦力主要分为滑动摩擦力、滚动摩擦力和静摩擦力。
(1)滑动摩擦力
两个相互接触的物体,当一个物体在另一个物体表面上做相对滑动时,要受到另一个物体阻碍它运动的力,这种力就叫做滑动摩擦力。
滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反,它总是阻碍物体的相对滑动。
滑动摩擦力的大小跟两个物体间的压力、接触面的材料及粗糙程度有关。
压力越大,滑动摩擦力越大;
接触面越粗糙,滑动摩擦力越大,数学表达为
f=μn
其中N表示两物体间的正压力。
μ叫做滑动摩擦系数。
μ值与相互接触的物体的材料及表面情况有关。
它没有单位。
μ值总是小于1。
(2)滚动摩擦力
一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦力叫做滚动摩擦力。
同样条件下,滚动摩擦力比滑动摩擦力小得多,因此常用滚动代替滑动以减小摩擦。
(3)静摩擦力
两个互相接触的物体,在外力作用下,有相对运动的趋势而又保持相对静止时,接触面之间产生的摩擦力叫做静摩擦力。
静摩擦力的方向总是和物体相对运动趋势的方向相反。
原来静止的物体受到外力作用后仍保持静止,这说明静摩擦力跟外力是一对平衡力。
当外力逐渐增大时,静摩擦力也跟着增大。
当外力增大到某一数值时,物体便开始滑动。
物体开始滑动后所受到的摩擦力叫滑动摩擦力。
可见,静摩擦力随外力增大而增大是有限度的。
这个限度叫做最大静摩擦力。
静摩擦力是一个被动力。
静摩擦力在达到最大静摩擦力以前,总是跟外力大小相等,方向相反,它的大小可以是零到最大静摩擦力之间的任意数值。
最大静摩擦力通常大于相同条件下时的滑动摩擦力。
(三)、力和运动
牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,但自然界中不受外力作用的物体是不存在的。
而物体受到几个力的作用,如果几个力相互平衡,这个物体就保持静止状态或匀速直线运动状态。
此时几个相互平衡的力的合力为零。
二力平衡的条件是:
作用在一个物体上的两个力,大小相等。
方向相反,并且在同一直线上。
要注意区分一对平衡力与作用力和反作用力。
平衡力是作用在一个物体上的,力的性质不一定相同。
当一个力变化时,另一个力不一定有变化。
而作用力和反作用力是对应的两个物体(互为施力物体和受力物体)。
力的性质是相同的,并且这两个力同时物体受到的摩擦力是[]
三、例题分析:
[例1]某船在静水中航速为36km/h,船在河中逆流而上,经过一座桥时,船上的一只木箱不慎被碰落水中,经过2min,船上的人才发现,立即调转船头追赶,在距桥600m处追上木箱,则水的流速是多少m/s?
分析与解:
在研究机械运动时,通常选地面或固定在地面上的物体为参照物。
但参照物的选取是任意的。
我们要选择合适的参照物,使问题简单化。
本题参照物有两种解法,一种选地面为参照物,容易理解,但十分繁琐。
一种选河水为参照物,比较简便。
解法一∶以地面为参照物。
设船速为V船,水的流速为V水,船逆流而上的时间t1=2min=120s。
船调转船头顺流而下的时间为t2。
船逆流而上对地的速度为V船-V水,顺流而下对地的速度为V船+V水。
木箱顺水而下的速度与水速相同,根据路程的等量关系:
船顺流而下的路程减去船逆流而上的路程,即为木箱在这段时间通过的路程。
即:
(V船+V水)t2-(V船-V水)t1
=V水(t1+t2)化简后得到V船t2=V船t1
∴t2=t1=120s
∵V水(t1+t2)=600m∴V水=2.5m/s
[例2]相距3750m的甲、乙两车站之间有一条笔直的公路,每隔2min有一辆摩托车由甲站出发以20m/s的速度匀速开往乙站,每一辆摩托车在抵达乙站后都立即掉头以10m/s的速度匀速开回甲站。
这样往返的车辆共有48辆;
若在第一辆摩托车开出的同时,有一辆汽车由甲站出发匀速开始乙站,速度为15m/s,那么汽车抵达乙站前最后将与从甲站开出的第辆摩托车迎面相遇,相遇处距乙站m。
摩托车从甲地到乙地所需时间为t1=S/v1=3750m/(20m/s)=187.5s
设汽车速度为v=15m/s 摩托车从乙地开往甲地的速度v2=10m/s
设汽车抵达乙站前最后与甲站开出的第n辆摩托车相遇,相遇时汽车行驶的时间为t。
由题意知,每隔2min即Δt=120s有一辆摩托车由甲站开出,则相遇时,第n辆摩托车行驶的时间为t-Δt(n-1),第n辆摩托车从到乙站后和汽车相遇所经历的时间为
t-Δt(n-1)·
t1
依据题意,摩托车在t-Δt(n-l)-t1这段时间内行驶的距离与汽车在时间t内行驶的距离之和正好等于甲、乙两地之间的距离。
即
vt+v2[t-Δt(n-1)-t1]=s 化简得(v+v2)t=S+v2t1+v2Δt(n-1)
(15m/s+10m/s)t=3750m+10m/s×
187.5s+10m/s×
120s(n-1)
整理得25m/s×
t=4425m+1200m×
n
汽车从甲地到乙地所需时间
故t<t0=250s
n为正整数
当n=1时可得t=225s
当n=2时可得t=273s>t0=250s
则根据上述分析,当n≥2时,都不合题意,只能取n=1,此时t=225s
汽车行驶距离为S1=vt
此时汽车离乙站距离
S2=S-S1=s-vt=3750m-15m/s×
225s=375m
即汽车抵达乙站前最后将与从甲站开出的第1辆摩托车相遇,相遇处距乙站375m。
[例题3]
如图,ABCD是4块质量相同的砖,每块重50牛,A、D两侧是两块竖直的木板,木板外侧分别用1000牛的力压紧,砖处于静止状态。
求:
B砖与C砖之间的摩擦力?
先以ABCD整体为研究对象,整体受重力为G总=50×
4=200(N),另外A的左侧(即整体的左侧)和D的右侧(即整体的右侧)各受一个向上的静摩擦力f,由平衡条件知:
2f=G总,则f=G/2=200/2=100(N)。
再以AB两块砖为研究对象,AB总重力为GAB=100牛,已与A左侧的静摩擦力f平衡,故B的右侧不受摩擦力。
若以CD为研究对象,同理可得C的左侧不受摩擦力,因此,BC之间的摩擦力为零。
四.课后练习
[练习1]甲、乙两辆汽车沿平直公路从某地同时驶向同一目标,甲车在前一半时间里以速度V1做匀速直线运动,后一半时间里以速度V2做匀速直线运动;
乙车在前一半路程中以速度V1做匀速直线运动,后一半路程中以速度V2做匀速直线运动则:
A、甲车先到达B、乙车先到达C、甲、乙同时到达D、不能确定。
分析和解:
甲车的平均速度:
乙车的平均速度:
所以由有t甲<t乙
即甲车先到,正确答案是:
A
[练习2]请你阅读下面的短文:
绕几圈之后
增大摩擦力的方法通常有两种,即增大压力、使接触面粗糙。
那么,还有没有别的方法了呢?
小明对自己提出了这样的问题。
对此,他进行了如下的研究:
找一段棉线,在棉线的一端拴上一个沉重的东西(例如一把大锁),然后,把它搭在一个平放的圆棍上(如铁床的横梁、自行车的大梁等)。
像图中那样,通过弹簧秤来拉棉线的另一端,如图1所示。
这时,要使重物不下落,用的力虽然比竖直向上提要少,但少的力却不算多。
再如图2所示那样,将棉线在圆棍上绕一圈,发现弹簧秤的示数变小了。
再如图3那样,将棉线在圆棍上绕两圈,发现弹簧秤的示数更小了。
再如图4那样,将棉线在圆棍上绕四圈,发现弹簧秤的示数几乎等于零。
对上述现象,小明进行了归纳分析,得出了结论。
根据你的阅读,请回答下列问题:
(1)小明同学可以得出一个什么结论?
(2)这一结论在日常生活、生产中有何应用?
请列举两例。
(3)小明在上述研究过程中采取了怎样的思维程序?
(1)结论:
缠绕的圈数越多,摩擦力就越大。
(2)应用举例:
①船靠岸时,将缆绳在缆柱上绕几圈。
②系鞋带。
③两段电线拧在一起要相互缠绕。
(3)思维程序:
提出问题——搜寻事实(或实验)——归纳分析——得出结论。
[练习3]在一静水湖的南北两岸,有两只船同时相向开出,各以其速度垂直于湖岸匀速驶向对岸。
两船在离北岸800m处迎面相会,相会后继续驶向对岸。
靠岸后立即返航,两船又在离南岸600m处迎面相会。
若不计两船
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- 科学 物理 部分 知识竞赛 辅导 教案 之一