第9讲 牛顿第一定律 二力平衡.docx
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第9讲牛顿第一定律二力平衡
第9讲 牛顿第一定律 二力平衡
牛顿第一定律及惯性
1.阻力对物体运动的影响
(1)实验结论:
在相同条件下,平面越光滑,小车所受的阻力越__小__,速度变化越__慢__,前进得越__远__.
(2)伽利略推论:
在理想情况下,如果表面绝对光滑,物体将__以恒定不变的速度永远运动下去__.
2.牛顿第一定律
(1)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.
(2)理解:
①该结论是由实验推理概括出来的;②“总保持静止状态或匀速直线运动状态”是指物体不受外力时,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;③力不是维持物体运动的原因,力是改变物体运动状态的原因.
3.惯性
(1)定义:
一切物体都有__保持原来运动状态不变__的性质,我们把这种性质称为惯性.
(2)影响因素:
惯性的大小与物体的__质量__有关,与物体的运动状态和速度大小无关.物体的__质量__越大,其运动状态越难以改变,我们就说它的惯性越大.
(3)理解:
①任何物体,无论是运动还是静止,都具有惯性.②惯性不是力,不能把惯性说成是“惯性力”“受到惯性作用”或“克服物体的惯性”,一般只能说“具有惯性”.
(4)利用:
如拍打尘土、体育比赛中的各种投掷项目、助跑等.
(5)危害:
如刹车倾倒、走路滑倒和绊倒等.
【图片解读】
图1
1.如图1,降落伞匀速下降时,相对于地面是__运动__的;在降落伞匀速下降时,人和伞受到的重力和伞受到的阻力是一对__平衡力__;人和伞在匀速下降过程中,动能__不变__,重力势能__减小__,机械能__减小__.
2.如图2,锤子的锤头松了,人们常用撞击锤柄下端的方法使锤头紧紧套在锤柄上.撞击时,锤柄停止运动,锤头由于__惯性__会继续向下运动,从而牢牢套在锤柄上.用力撞击锤柄使之突然静止,说明__力是改变物体运动状态的原因__.
图2
图3
3.如图3,弹簧片把小球与支座间的木片打出去,小球却落在支座上,没有飞出去,原因是小球具有__惯性__.
二力平衡
1.平衡状态:
指物体保持__静止__或__匀速直线运动__状态.
2.二力平衡
(1)定义:
物体在两个力的作用下保持静止或匀速直线运动状态,我们就说这两个力平衡.
(2)条件:
①同物:
两个力作用在同一个物体上;②等大:
两个力大小相等;③反向:
两个力的方向相反;④共线:
两个力在同一条直线上.
(3)注意:
二力平衡要求四个条件同时具备、缺一不可.
【提示】
(1)判断两个力是否平衡既可利用二力平衡的条件来判断,也可以根据物体是否处于平衡状态来判断.
(2)平衡力和相互作用力的区别
一对平衡力
一对相互作用力
不同点
作用在同一个物体上
分别作用在两个物体上
不一定为同性质的力
一定为同性质的力
其中一个力消失,另一个力不受影响
同时产生,同时消失
相同点
大小相等、方向相反、在同一条直线上
【图片解读】
1.如图所示,跳水运动员站在跳板上静止时,她受到的__重__力和__支持__力是一对平衡力,运动员将跳板压弯,说明力可以改变物体的__形状__,压弯的跳板将运动员弹开,这一过程是把弹性势能转化为__动能__.
重难点 惯性的理解及应用
(2019·凉山)在凉山州举行的中小学运动会中,来自各校的运动员们奋力拼搏,取得了优异的成绩.比赛中涉及的一些物理现象,下列说法正确的是(D)
A.乒乓球比赛时,球在空中飞行,所有力全部消失,球一定落向地面
B.百米比赛时,运动员冲线后不能立即停下,是因为运动员受到惯性力的作用
C.跳远比赛时,运动员需要助跑,是为了增大惯性,跳得更远
D.足球比赛时,抱在守门员手中的足球也具有惯性
【变式训练1】 (2018·新疆)下列交通提示用语和惯性无关的是(D)
A.车辆转弯,请坐稳扶好
B.雨天路滑,请减速慢行
C.注意安全,请保持车距
D.遵守交规,请靠右行驶
【变式训练2】 重为20N的篮球,当竖直向上抛出到达最高点时,速度为__0__m/s;当重力消失后,篮球将__静止__.如图所示,当斜向上抛出到达最高点时,重力为__20__N;当重力消失后,篮球将__水平向右做匀速直线运动__.
实验突破1 探究阻力对物体运动的影响
【命题点】
1.实验装置图
2.实验方法
(1)转换法(通过小车在①__水平面上运动的距离__来判断阻力的大小)
(2)控制变量法(让小车从斜面同一高度由静止自由下滑,控制小车到达水平面的②__初速度__相同;通过改变水平面的粗糙程度改变阻力的大小)
(3)实验推理法(由实验推理出,若物体不受阻力时,物体的速度将不会减小,即永远做③__匀速直线__运动)
3.交流反思
(1)小车运动到斜面底端后继续运动的原因(小车具有④__惯性__)
(2)小车最终在水平面停下来的原因(小车受到阻力的作用)
(3)在运动过程中的能量转化
实验结论:
一切物体在没有受到力的作用时,总保持⑤__静止__或⑥__匀速直线运动__状态.
(2019·乐山)小秋为探究“运动与力的关系”,设计了如图所示的斜面实验.让同一小车滑到接触面分别为毛巾、棉布和木板的水平面上,观察小车在水平面上滑行的距离.
图1
(1)为了使小车滑到水平面时的初速度相同,实验时应让小车从同一斜面的__同一高度__滑下,这种研究问题的方法是__控制变量__(填“微小量放大”“模型”或“控制变量”)法.
(2)比较甲、乙、丙三次实验,发现阻力越小,小车滑行的距离就越__远__(填“远”或“近”),说明小车运动的速度改变得越__慢__(填“快”或“慢”).
(3)伽利略对类似的实验进行了分析,并进一步推测:
如果水平面光滑,小车在运动时不受阻力,则小车将在水平面上__匀速直线运动__.说明运动的物体__不需要__(填“需要”或“不需要”)力来维持.
(4)牛顿在伽利略等人的研究成果上概括出了牛顿第一定律.该定律__C__.
A.能用实验直接验证
B.不能用实验直接验证,所以不能确定这个定律是否正确
C.是在大量经验事实的基础上,通过进一步的推理概括得出的
(5)小车到达水平面后会继续向前运动,请在图2中画出小车在木板上运动时受力的示意图.
图2
(6)运动的小车在木板上最终停下来,是因为小车在水平方向上受__非平衡力__(填“平衡力”“非平衡力”或“不受力”).
(7)小明同学通过上面的探究学习了解到的知识,思考了一个问题:
当自己荡秋千运动到最高点时,如果自己受到的力全部消失,自己将会处于怎样的运动状态?
他做出了以下猜想,你认为其中正确的是__D__.(图中的黑点表示小明同学)
实验突破2 探究二力平衡的条件
【命题点】
1.实验装置图
2.实验器材
(1)实验中选择小车和光滑桌面的原因(减小①__摩擦力__对实验带来的影响)
(2)定滑轮的作用(改变②__力__的方向)
3.实验方法:
控制变量法
(1)研究平衡的两个力是否在同一直线(保持小车两端所受拉力大小相等,将物体扭转一定的角度,观察小车是否处于平衡状态)
(2)研究平衡的两个力是否大小相同(保持两个力在同一直线上,但两边钩码的数目不同,观察小车是否处于平衡状态)
(3)研究平衡的两个力是否作用在同一个物体上(保持两个力大小相等,且作用在同一直线上,让两个力同时作用在不同的物体上,观察物体是否处于平衡状态)
4.交流反思
(1)实验中选择静止作为研究状态的原因(匀速直线运动状态不好控制,不便于操作)
(2)让两个力作用在不同物体上的方法(使用两辆小车或用剪刀剪断卡片)
(3)进行多次实验的目的(得出普遍规律)
实验结论:
二力平衡的条件是:
作用在同一物体上的两个力,大小③__相等__、方向④__相反__,且作用在⑤__同一条__直线上
在“探究二力平衡的条件”活动中:
(1)如果物体只受到两个力的作用,且处于__静止或匀速直线运动__状态,说明这两个力是相互平衡的.由此,小明提出,能否利用如图甲所示的实验装置来探究二力平衡的条件?
(2)小华认为,若采用小明的方案,必须测出物体所受的__拉力__和__重力__的大小来进行比较.研究发现,在小明的方案中,只能根据相互作用的关系直接测出__拉力__的大小,在未知二力平衡条件的前提下,另一个力无法直接测量,所以这一方案无法实施下去.
(3)为此,两位同学不断改进并先后设计了三个实验方案,如图乙所示,请你判断出他们改进的先后顺序:
__B、A、C__(用字母表示),这样的改进是为了减小__摩擦力__对实验的影响.
(4)如图丙是最终确定的实验方案.此方案中,由于__卡片的重力远小于钩码的重力__,故卡片的重力可忽略不计.
(5)小华将系于卡片(重力可忽略不计)两对角的线分别跨过左右支架上的滑轮,在线的两端挂上钩码,使作用在卡片上的两个拉力方向__相反__,并通过调整__钩码的数量__来改变拉力的大小.
(6)当卡片平衡时,小华将卡片转过一个角度,松手后卡片__不能__(填“能”或“不能”)平衡.设计此实验步骤的目的是为了探究__不在同一直线上的两个力能否平衡__.
(7)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡,在图丙所示情况下,小华下一步的操作是:
__把卡片剪成两半__.
(8)如果将两边的钩码挂在卡片其中一端的同一挂钩上,可以发现小车不会静止,这表明二力平衡必须满足__方向相反__这一条件.
1.(2018·益阳)下列情景中,处于平衡状态的是(D)
A.绕地球匀速运行的卫星
B.加速追赶猎物的猎豹
C.下落的苹果
D.匀速下降的跳伞运动员
2.(2018·吉林)汽车在平直公路上匀速行驶时,下列属于平衡力的是(A)
A.汽车受到的牵引力和阻力
B.汽车受到的支持力和地面受到的压力
C.汽车受到的牵引力和重力
D.汽车受到的牵引力和地面受到的压力
3.(2019·襄阳)木块在压力F的作用下静止在如图所示位置,则下列各组力属于平衡力的是(B)
A.木块所受的压力和木块对墙壁的压力
B.木块所受的重力和木块所受的摩擦力
C.木块所受的支持力和木块所受的摩擦力
D.木块对墙壁的压力和墙壁对木块的支持力
4.同学们到中国科技馆参观,看到了一个有趣的科学实验,如图所示,一辆小火车在平直轨道上匀速行驶,当小火车将要从“∩”形框架的下方通过时,突然从火车顶部的小孔中向上弹出一个小球,该小球越过框架后,又与通过框架的火车相遇,不计空气阻力,小球将落在原来孔的__原地__.(填“前方”“原地”或“后方”)
5.2019年3月10日,采用氢燃料电混合动力技术的中国商飞新能源验证机——“灵雀H”在郑州试飞成功.若在试飞过程中采用氢燃料供能,则“灵雀H”上升过程中的惯性将__减小__(填“增大”“减小”或“不变”).
6.(2019·德阳)如图,雨燕沿虚线方向匀速自由飞翔,在图中画出雨燕所受重力和空气对它的作用力的示意图.
解:
第9讲 牛顿第一定律 二力平衡
1.(2019·福建)为了防止惯性带来的危害,要求人们(A)
A.乘车时系好安全带B.候车时站在安全线外
C.市区行车禁鸣喇叭D.夜间行车车内不开灯
2.(2018·衡阳)如图所示,若小球向右摆动到最低点时绳子断裂,假设所有力同时消失,此后,小球的运动情况是(D)
A.匀速直线下落
B.匀速直线上升
C.匀速直线斜向上运动
D.沿水平方向向右做匀速直线运动
3.(2019·齐齐哈尔)如图所示,小辉推着小车在平直道路上匀速前进,下列说法正确的是(D)
A.小车对地面的压力和地面对小车的支持力是一对平衡力
B.小辉受到的重力与地面对他的支持力是一对相互作用力
C.小车受到的重力与小车对地面的压力是一对相互作用力
D.小车受到水平方向的推力与小车受到的阻力是一对平衡力
4.(2019·连云港)下列关于运动和力的说法正确的是(D)
A.物体不受力时,一定保持静止状态
B.牛顿第一定律是通过实验直接总结出来的
C.运动的物体具有惯性,静止的物体没有惯性
D.静止在地面上的“歼-20”战机,受平衡力的作用
5.(2019·广东)头球(运动员用头碰撞飞行中的足球)是足球比赛中常用的技术,下列说法正确的是(A)
A.头球过程中,头对足球的力改变了足球的运动状态
B.足球被顶飞,是因为头对足球的力大于足球对头的力
C.头对足球的作用力消失时,足球的惯性也消失
D.足球在空中飞行时,以运动员为参照物,足球是静止的
6.(2019·江西)电灯通过电线挂在天花板上处于静止状态,灯对电线的拉力和电线对灯的拉力是一对__相互作用__力,电线对灯的拉力和灯所受的重力是一对__平衡__力.
7.(2019·贵港)用手把小球压在弹簧上,弹簧被压缩到A点,松手后小球向上运动,如图所示.请在图中画出小球离开弹簧后所受到的力的示意图(O为小球的重心,空气对小球的作用力忽略不计).
解:
8.(2019·德阳)小王同学用表面粗糙程度不同的毛巾、木板、玻璃等器材探究“阻力对物体运动的影响”,实验过程及现象如图所示:
(1)小王在实验中设置了三种粗糙程度不同的表面,让小车从斜面上同一位置滑下,小王发现小车在毛巾表面滑行的距离最近,在木板表面滑行的距离较远,在玻璃表面滑行的距离最远,说明小车受到的阻力越小,速度减小越慢.推理:
如果小车在水平面上滑行,受到的阻力越来越小,直到变为零,小车将做__匀速直线运动__.
(2)牛顿第一定律告诉我们物体的运动__不需要__(填“需要”或“不需要”)力来维持,一切物体都有保持原来运动状态不变的性质.
9.(2019·铜仁)小明在探究“二力平衡”条件的实验中,设计了如图所示的两种实验方案.
(1)通过实验比较,小明发现采用方案乙,实验效果更好,原因是__滚动摩擦力小于滑动摩擦力,减小摩擦力对实验的影响__.
(2)该实验装置中,木板两端的定滑轮的作用是__改变力的方向__.
(3)保持两盘中砝码质量相等,把小车在水平桌面上扭转一个角度,放手后观察到小车转动,最后恢复到静止状态.这个实验现象说明:
作用在同一物体上的两个力,大小相等,方向相反,并且__作用在同一条直线上__,这两个力才能彼此平衡.
10.(2019·益阳)将雨伞在雨中快速旋转(从上往下看沿逆时针方向),伞骨末端的雨滴被甩出.如图中能正确表示雨滴P被甩出瞬间运动方向的是(C)
11.(2018·安徽)我们知道,一对作用力与反作用力总是大小相等,方向相反.如图所示,重25N的长方体物块甲放在水平桌面上,另一重10N的长方体物块乙放在物块甲上.则下列说法正确的是(D)
A.物块乙所受的合力为10N
B.物块乙对物块甲的压力为15N
C.桌面受到物块甲的压力为15N
D.桌面对物块甲的支持力为35N
12.在水平地面上行驶的汽车车厢里挂着一个小球,当出现了如图所示的情景时,绳子对球的拉力和球受到的重力__不是__(填“是”“不是”或“可能是”)一对平衡力.汽车在做__加速__(填“加速”“匀速”或“减速”)运动.
13.如图所示,在一起交通事故中,车头受到所载水泥管的冲击,严重挤压变形,这起事故是由于汽车突然__减速__(填“加速”或“减速”)时,水泥管由于惯性保持原来运动状态所致,水泥管的惯性如此之大是因为它的__质量__(填“质量”或“速度”)大.
14.(2018·河南)如图所示,上表面水平且光滑的小车上有A、B两个物体,两物体与小车以相同的速度一起向右匀速运动.B在A的正前方,B的质量小于A的质量.假设小车的上表面足够长,不计空气阻力,小车遇到障碍物突然停止后,A、B两物体__不会__(填“会”或“不会”)相撞,原因是:
__A、B都具有惯性,且A、B速度相同,在受平衡力作用时保持原来运动状态不变__.
15.(2018·恩施)如图,用绳子竖直悬挂一个小球,将一斜面物块慢慢靠近小球,并刚好与之接触(绳子仍然竖直,且小球静止).请作出小球此时所受力的示意图.
解:
16.(2019·衡阳)如图所示,小球被固定在静止的金属框架上,画出小球所受作用力的示意图.
解:
17.(RJ教材8下P19T2变式)(2019·无锡)如图所示,用尺快速打击最下面的棋子,棋子飞出,说明力可以改变物体的__运动状态__,上面的棋子由于具有__惯性__会落在原处.
18.(RJ教材8下P18“想想议议”变式)一天,在某段市区道路上发生了一起两小车追尾相撞事故,交警询问时,前车司机说:
“我的车速很慢.后车突然加速撞了我的车尾,当时我女儿坐在后排,撞车导致她的头撞到了前排座椅背上.”后车司机说:
“前车司机在行驶过程中突然刹车,我来不及刹车就追尾撞上了.”请你用学过的物理知识问答:
哪个司机在说谎?
你判断的理由是什么?
请你写出一条交通安全警示语.
答:
前车司机在说谎.因为假如是后车突然加速导致追尾时,前车车身突然加速,而前车中的人由于惯性会向后倒,所以前车中乘客的头不会撞在前面的座椅背上,所以是前车司机在说谎.
警示语“保持车距”(合理即可).
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