第九讲 力与运动.docx
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第九讲力与运动
第九讲力与运动
【知识脉络】
【本章图解】
1、什么是平衡,什么条件下二力平衡:
物体受到几个力作用时,如果保持静止状态或匀速直线运动状态(即平衡状态),我们就说这几个力相互平衡。
当物体只受到两个力作用时保持平衡状态,就是二力平衡。
如悬挂着的吊灯、停在海面上的轮船、匀速下降的跳伞运动员……
二力平衡的条件:
两个力①作用在同一个物体上;②大小相等;③方向相反;④并且在同一直线上。
2、什么是牛顿第一定律
早在二千多年前古希腊学者阿里士多德提出了“力是维持物体运动的原因”这一观点,经伽利略、笛卡尔等人的验证,此观点是错误的,后由英国物理学家牛顿总结得出牛顿第一定律,即:
一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态。
牛顿第一定律揭示了物体具有惯性,所以也叫做惯性定律。
牛顿第一定律是在经验事实和实验的基础上,通过进一步的推理而概括出来的,而不是用实验直接得出的。
阿里士多德 伽利略 笛卡尔 牛顿
3、什么是惯性:
生活中遇到的惯性现象很普遍。
我们把物体保持运动状态不变的性质叫惯性。
惯性现象对人们有利有弊。
一切物体都有惯性,无论是静止的还是运动的物体、无论是质量大的还是质量小的物体……。
物体的质量越大惯性越大,惯性与物体的速度无关。
4、力和运动的关系:
力与物体运动的关系,可从以下几个方面理解:
⑴力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动的原因。
⑵物体具有保持运动状态不变的性质(惯性),所以物体不受力时运动状态会不变,这实质就是牛顿第一定律。
要以改变物体的运动状态,物体就必须受到力的作用。
⑶物体受到平衡力作用时运动状态不变,即物体受到力时运动状态不一定改变。
⑷只有非平衡力作用时,物体的运动状态才一定会改变。
反之,物体的运动状态改变了,一定是受到非平衡力的作用;物体的运动状没有改变,可能是受到了平衡力(实际情况),也可能是不受力(理想情况)。
没有力作用时物体不会运动的观点是错误的。
物体的运动状态包括运动快慢(速度大小)和运动方向(速度方向)两方面。
运动状态不变就是物体运动快慢和运动方向都没有改变,即保持静止状态或匀速直线运动状态,物理上称之为(运动的)平衡状态;运动状态的改变是指物体运动快慢改变(变速运动)或运动方向改变(曲线运动),这种变化着的运动状态称为(运动的)非平衡状态。
【方法点睛】
1、力和运动状态的关系:
物体受力条件
物体运动状态
说明
当不受力或受平衡力时
保持静止或匀速直线运动状态(即平衡状态)
力不是产生(维持)运动的原因
当受非平衡力时
保持非平衡状态,运动状态发生改变
力是改变物体运动状态的原因
思考:
话说三国时期,刘备、关羽、张飞“桃园三结义”之后,张飞对自己排在第三位总感到不服气.有一天,兄弟三人饮酒聚会,张飞喝了不少酒,趁着酒劲提出要与关羽比力气,想出出这口气.他提出:
谁能把自己提起来,谁的力气就大.说罢,他用双手紧抓自己的头发,使劲向上提.尽管他使出了最大的力气,憋得满脸黑紫,甚至把头发都拔掉了一大把,结果还是不能使自己离开地面.最后便气呼呼地坐到自己的椅子上去了.关羽想了一下,找来一根绳子,把绳子的一端拴在自己腰上,另一端跨过一个树杈,双手使劲向下拉,结果身体慢慢离开了地面.关羽胜了.张飞为什么失败呢?
你知道原因吗?
2、惯性与惯性定律
把物体保持原来运动状态不变的性质叫惯性,是物体本身的一种属性,一切物体都有惯性(即不管物体受不受力、受平衡力还是非平衡力),物体受非平衡力时,惯性表现为“阻碍”运动状态的变化。
惯性大小只与物体的质量有关,它与物体是否受到力、速度大小、运动状态是否改变等因素无关。
惯性定律,即牛顿第一定律,它的研究对象是:
一切物体,条件是:
在没有受到外力作用时,结论:
总保持匀速直线运动状态和静止状态。
牛顿第一定律是在大量经验事实的基础上,通过进一步推理出来的,且经受住了大量事实证明,所以已成为大家公认的力学基本定律之一。
但是我们周围不受力是不可能的,因此不可能用实验来直接证明牛顿第一定律。
牛顿第一定律的内涵:
物体不受力,原来静止的物体将保持静止状态,原来运动的物体,不管原来做什么运动,物体都将做匀速直线运动。
牛顿第一定律告诉我们,力与运动状态无关,所以力不是的产生(维持)运动的原因,但力是改变运动状态的原因。
3、力和惯性
①力和惯性都是物理概念.力只有在两个物体发生作用时才能产生,一个物体不能对自己产生力的作用;惯性是一个物体本身具有的一种属性,与别的物体是否存在无关。
②惯性是物体本身的一种属性,不论物体是否受到力的作用、不论物体的运动状态是否改变,物体都具有惯性.惯性定律是一切物体都遵循的客观规律,惯性定律只有在物体不受力的作用,运动状态不改变时才能成立。
4、怎么判断物体是否处于二力平衡
处于二力平衡的物体一般处于匀速直线运动状态或保持静止状态、判定一个物体是否处于二力平衡的依据有两个:
一是根据物体的运动状态来判定.当物体只受两个力作用时,如果处于静止状态或匀速直线运动状态,那么这两个力就一定是平衡力,处于二力平衡;二是根据二力平衡的条件来判定。
首先,看物体受到的两个力是否作用在同一物体上,再分析两个力是否符合“作用在同一直线上,大小相等,方向相反”,若这些条件都满足,则物体就处于二力平衡.其中有任一个条件不满足,物体就不能处于二力平衡。
5、区分一对平衡力和一对相互作用力
一对平衡力和一对相互作用力是两个不同概念的力,它们的相同点是:
都满足大小相等,方向相反,作用在同一直线上,但一对平衡力是作用在“同一”物体上的,而一对相互作用力是分别作用“不同”在物体上的.如放置在水平地面的木块,木块受到的重力和地面对它的支持力是一对平衡力;而木块对地面的压力与地面对木块的支持力是一对相互作用力。
6、解释惯性现象
有关惯性现象的分析可按如下程序进行.原来的状态-变化或不变化的原因-后来的状态,现以敲击硬纸片鸡蛋落杯实验为例进行分析:
研究对象
原来的状态
状态是否变化的原因
后来的
状态
鸡蛋
静止
由于惯性保持原来的状态
落入
杯中
硬纸片
静止
由于受到力的作用由静止变为运动
飞了
出去
【名题精讲】
例1.
如图所示,在水平课桌上放一本书.下列哪两个力是一对平衡力
A.书所受的支持力和书对桌面的压力
B.书对地球的吸引力和书的重力
C.书所受的支持力和书的重力
D.书的重力和书对桌面的压力
【思路点拨】本题是考查平衡力的概念,解题时利用平衡力的概念和条件,特别注意“作用在同一物体上”。
例如A选项中书对桌面的压力在桌子上,桌面对书的支持力作用在书上,不在同一物体上;只有“书受到的重力和桌面对书的支持力”是在同一物体上,即即根据二力平衡的条件来找到正确的选项。
答案:
C。
例2.在“探究二力平衡条件”的活动中,主要是通过探究力
对物体的作用效果来实现探究目的的。
如图16所示是可供选择的两种探究方案。
(1)图a的探究方案中研究对象是小卡片,图b的探究方案中研究对象是 ;
(2)小明选择了图a所示的探究方案。
他将系于小卡片两对角的细线分别跨过左右支架上的滑轮后,就在两线端挂上钩码。
这是用于探究两个力的 和 对物体平衡的影响;
(3)探究活动中还要求要把小卡片转过一个角度,然后再松手。
这样做的目的是用于探究不在 上的两个力对物体平衡的影响。
(4)两个探究方案相比较,你认为哪个方案的探究过程对实验结论的影响小一些?
为什么?
【思路点拨】此题考查“探究二力平衡条件”的实验,突出对实验过程的考查及实验方案的优化选择。
解答:
(1)小车
(2)大小,方向 (3)同一直线上 (4)a方案对实验结论的影响小一些,因为小卡片的重力可以忽略不计,它只受两个力的作用。
例3.教室里悬挂着的电灯处于静止状态,假如它受到的所有的力突然全部消失,它将()
A.加速下落B.匀速下落
C.保持静止D.可以向各个方向运动
【思路点拨】本题考查对牛顿第一定律的理解。
这是个假设,没有受到力的作用,只要根据牛顿第一定律即可解答。
牛顿第一定律是从“没有力作用时”来提示物体会保持“运动状态不变”的惯性本质的。
答案:
C。
例4运动员跑到终点后,不能立即停下来。
这是因为()
A.运动员具有惯性B.运动员失去了惯性
C.运动员不受力的作用D.运动员的惯性大于阻力
【思路点拨】本题考查惯性现象。
惯性是力学的重要概念,答案:
A。
例5
如图(a)所示,木块与小车一起做匀速直线运动,当小车的运动状态发生变化时,木块的状态如图(b)所示。
把木块换成盛有水的烧杯,重复上述过程,烧杯中水面的状态分别如图(c)和(d)所示。
由图(a)、(b)或图(c)、(d)可知:
小车运动状态变化的可能情况是(请将两种可能的情况填写完整)。
得到上述结论是利用了木块和水都具有的性质。
【思路点拨】如果木块与小车原来向右做匀速直线运动,(b)木块向右倒下,说明小车速度减小了;如果木块与小车原来向左做匀速直线运动,(b)木块向右倒下,说明小车速度加快了,水向右倾斜上升,与木块向右倒下原因一样。
答案:
向右运动速度减小、向左运动速度增大 保持它原先运动状态
例6物理知识渗透于我们的生活,以下警示语中与惯性知识无关的是()
A.汽车后窗贴有“保持车距”
B.公路旁立有“雨天路滑,减速慢行”
C.公共场所标有“禁止吸烟”
D.交通规则写有“行车时系好安全带”
【思路点拨】此题考查惯性知识的应用,渗透“生活、物理与社会”的关系,使学生不但学物理还要会用物理。
答案:
C。
例7下图A、B、C、D分别是用照相机拍摄(每0.1S拍摄一次)的小球在四种不同运动状态下的照片,其中受到平衡力作用的是( )
【思路点拨】受到平衡力作用作用时,物体的运动状态保持不变,应该是匀速直线运动,根据匀速直线运动的概念,在相等时间内运动的距离相等,即为D选项。
A为曲线运动,运动方向改变了,B、C是变速运动,在相等的时间内通过的路程不等。
答案:
D。
例8
如图所示,商场的电梯匀速向上运动,站在电梯上相对电梯静止的人受到的作用力有()
A.重力和支持力
B.重力、支持力和水平向右的摩擦力
C.重力、支持力和水平向左的摩擦力
D.重力、支持力和斜向上的摩擦力
【思路点拨】本题表面考查平衡力下物体的运动,实质考查(静)摩擦力产生的条件,要求学生具有对平衡状态、惯性、摩擦力有较沉刻的理解。
人随电梯匀速向上运动,运动状态没有发生改变(运动方向和运动速度都不变),所以只能是受平衡力作用,即在竖直方向受到的重力和支持力是一对平衡力(不计空气阻力时),而在水平方向上人没有滑动的趋势,不受摩擦力。
答案:
A。
例9如图所示,小华将弹簧测力计一端固定,另一端钩住长方体木块A,木块下面是一长木板,实验时拉着长木板沿水平地面向左运动,读出弹簧测力计示数即可测出木块A所受摩擦力大小.在木板运动的过程中,以下说法正确的是()
A.木块A受到的是静摩擦力
B.木块A相对于地面是运动的
C.拉动速度变大时,弹簧测力计示数变大
D.木块A所受摩擦力的方向向左
【思路点拨】本题考查研究影响摩擦力的分类、滑动摩擦影响因素、相对运动、受力平衡等。
木块A相对木块是滑动的,受到的是滑动摩擦力,方向向左;但它相对地面是静止的,受力平衡,由于木块A受到的摩擦力的大小不变,弹簧测力计示数也不变。
所以正确选D。
例10如图所示,在水平桌面上铺粗糙程度不同的物体,让小车自斜面顶端同一高度、从静止开始滑下。
小车在不同表面运动的距离见下表。
通过探究,我们可以反驳如下说法中的哪一条。
()
A.摩擦力越小,小车速度减小得越慢
B.小车受到力就运动,小车不受力就不运动
C.若平面非常光滑,小车的速度将保持不变,永远运动下去
D.运动物体不受力,将保持匀速直线运动
【思路点拨】本题是牛顿第一定律推理实验,是非常经典的探究推理实验。
本题是探究力与运动的关系,即“没有力时运动的物体将会怎样”,但没有力的作用是现实中几乎不可能出现,因而实验通过“不断减小阻力”的方法来观察对运动状态的影响,并用推理方法“力小到0”的情况。
让小车自斜面顶端同一高度、从静止开始滑下是为了得到“水平面上运动速度一样的同一物体”,分别通过毛巾、棉布、木板是为了得到“不断减小阻力”的条件。
其实验现象是不断减小阻力“小车运动的越来越远”或是说“小车速度减小得越慢”推理下去就是“若平面非常光滑,小车的速度将保持不变,永远运动下去”,即“运动物体不受力,将保持匀速直线运动”。
答案:
B
例11下列各个物体的运动状态发生改变了的是()
A.静止放在水平桌面上的茶杯
B.玩具小火车在圆形轨道上匀速运动
C.飞机在高空匀速直线飞行
D.跳伞运动员正在匀速下落
【思路点拨】运动状态包括运动快慢和运动方向,匀速只表示运动快慢不变,运动方向不变即要做直线运动,玩具小火车在圆形轨道上匀速运动时运动鞋方向改变了。
答案:
B
例12下列几种说法中,哪一种正确()
A.有力的作用,物体才能运动
B.要改变物体的运动状态,就必须有力作用在物体上
C.有力对物体作用,物体的运动状态就一定改变
D.摩擦力总是阻碍物体的运动
【思路点拨】平衡力作用下物体运动状态不变(保持静止状态或匀速直线运动状态),A、C错;摩擦力阻碍两接触面的相对运动,可以是阻力,也可以是动力,汽车的牵引力就是路面提供的摩擦力。
答案:
B
例13作出吸附在竖直磁性黑板上静止的棋子所受力的示意图。
【思路点拨】此题考查学生应用平衡知识解决实际生活中遇到的问题。
当棋子受力平衡时,保持静止状态,反之,棋子保持静止状态,则受力平衡,在竖直方向上受两个力的作用,在水平方向上也受到两个力的作用,多画或少画任何一个力棋子都不会处于平衡状态。
如右图所示的解答。
例14汽车在行驶过程中如果遇到危急情况,司机常要紧急刹车.从发现情况到汽车停止的距离叫做停车距离,停车距离等于反应距离加上制动距离.(注:
反应距离是指司机发现情况到踩下刹车这段时间内汽车们行驶距离;制动距离是指踩下刹车后汽车在路面上滑行的距离)。
下表是司机驾驶小汽车时,在水平、干燥的沥青路面上以不同速度行驶时的统计数据.
(1)请利用表中数据,在坐标图中用平滑曲线绘出制动距离随速度变化的曲线。
(2)一起发生在限速50km/h路段的交通事故中.交警测得肇事车后留下的刹车痕迹(制动距离)长为25m.请你根据上面图象判断司机是否超速?
.(注:
该车的制动性能与上表数据一致)
速度
(km/h)
反应距离
(m)
制动距离
(m)
停车距离
(m)
20
4
2
6
40
8
8
16
80
16
32
48
100
20
50
70
(3)反应距离取决于反应时间和行驶速度.下列行为不会使司机反应时间变长的是( )
A.疲劳驾驶B.酒后驾驶
C.打手机D.超速驾驶
(4)轮胎长期能用后会变光滑,则在相同情况下,制动距离会变 。
【思路点拨】此题是典型的力与运动关系的知识在生活中的应用。
使学生学会用数学工具解决物理问题,用坐标函数描绘出制动距离随速度变化的曲线图像;会运用速度公式计算速度大小,并会查表判断是否超速;会根据实际生活现象运用物理知识解决实际问题。
解答:
(1)见图
(2)是(3)D(4)长。
【竞赛扩展】
【名校直达】
1、(08镇江市)一辆汽车停在水平路面上,汽车与路面之间的相互作用力为()
A.汽车的重力和路面对汽车的支持力
B.路面对汽车的支持力和汽车对路面的压力
C.汽车的重力和汽车对路面的压力
D.以上说法均不对
2、(08南通市)下列运动的物体中,受力平衡的是()
A.自由下落的苹果 B.加速上升的火箭
C.沿斜面匀速下滑的木块 D.减速行驶的机车
3、(08浙江省金华)4、一科学兴趣小组在探究二力平衡条件时,将小车放在光滑的水平桌面上,两边分别用细线通过定滑轮与重物A、B相连,小车两边的细线在同一直线上且与水平桌面平行,如图所示。
当小车静止在桌面上时,A、B的物重GA和GB的关系为( )
A、GA>GB B、GA<GBC、GA=GB D、以上三种说法都有可能
4、(08浙江丽水)如图是运动员踢足球的情景,下列分析正确的是( )
A.踢足球时,球对脚没有作用力
B.足球在空中时受到脚的作用力
C.足球在空中继续运动是由于惯性
D.脚对足球的力和足球的重力是一对平衡力
5、(08烟台市)惯性在日常生活和生产中有利有弊,下面四种现象有弊的是( )
A.锤头松了,把锤柄在地面上撞击几下,锤头就紧紧的套在锤柄上
B.汽车刹车时,站在车内的人向前倾倒
C.往锅炉内添煤时,不用把铲子送进炉灶内,煤就随着铲子运动的方向进入灶内
D.拍打衣服可以去掉衣服上的尘土
6、(08年浙江衢州)在公交车上坐着一位中学生,他的手上拿着一杯饮料,当公交车急转弯时,杯内饮料晃了出来.中学生对司机很有意见,于是说:
“师傅,你怎么开车的,我杯里饮料都晃出来了。
”司机说:
“我的车在转弯呢。
”中学生说:
“那你转弯为什么转得那么大?
转小点,杯里饮料就不会晃出来了。
”在这段对话中.这位中学生对下面哪个概念缺乏理解?
()
A.惯性 B.压强 C.浮力 D.压力
7、(08苏州市)北京奥运,举世瞩目,下列有关奥运项目比赛的现象中,不能用惯性知识解释的是()
A.射到球门框架上的足球被反弹
B.跳远运动员起跳前要助跑一段距离
C.射击比赛中子弹离开枪膛后继续向前运动
D.百米赛跑运动员到达终点时不能马上停下
8、(08镇江市)下图为小华拉着放有一盛水器具的小车在水平桌面上运动的瞬间所发生的现象,对此现象下列判断正确的是()
A.图甲、乙所示的现象都是在小车突然停止时发生
B.图甲、乙所示的现象都是在小车突然启动时发生
C.图甲所示的现象是在小车突然停止或在运动中突然加速时发生
D.图乙所示的现象是在小车突然停止或在运动中突然减速时发生
9、(08泰州市)对于下列几种现象,不能用物体具有惯性来解释的是( )
A.苹果从树上落向地面
B.子弹离开枪口后,能继续向前飞行很远
C.同一跳远运动员,“助跑式跳远”比“立定式跳远”的距离大
D.汽车在刹车或启动时,乘客会有前倾或后仰的感受
10、(08四川省乐山市)对下列现象解释正确的是( )
A、熟了的苹果总要落回地面,说明地球对苹果有引力而苹果对地球没有引力
B、跳伞员在空中匀速下降时所受合力竖直向下
C、踢出去的足球最终会停下来说明足球没有惯性
D、短跑运动员跑到终点后不能立即停下来是因为运动员具有惯性
11、(08宿迁市)如图12是我国新研制的月球探测器(简称“月球车”)样机,其造型奇特,功能强大.目前人类发射的探测器已飞出了太阳系,正向更远的太空飞去.如果探测器所受外力全部消失,那么探测器将( )
A.沿原来路径返回地球
B.沿原方向做匀速直线运动
C.立刻静止
D.沿原方向做减速直线运动
12、(08年安徽省)牛顿第一定律指出,惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。
下图所示的四个物体中,惯性最大的是( )
13、(08年芜湖市)公共汽车转弯时,汽车中的乘客之所以向一侧倾倒,是因为( )
A.汽车具有惯性B.乘客具有惯性
C.汽车和乘客都具有惯性D.汽车的惯性比乘客大
14、(08苏州市)小明用水平方向的力推静止在水平地面上的桌子,但没有推动.关于小明对桌子的推力与桌子受到的摩擦力的大小关系,下列说法正确的是( )
A.推力小于摩擦力B.推力等于摩擦力
C.推力大于摩擦力D.不能确定两者的大小关系
15、(08南京市)根据力与运动的关系.图7中小明和小华的观点( )
16、(08南京市)如图5所示.将木块放在粗糙程度相同的水平桌面上.小华沿直线水平匀速拉动木块,在木块运动过程中( )
A.木块对桌面的压力大于木块受到的重力
B.木块受到的滑动摩擦力大小保持不变
C.绳对木块的拉力大于桌面对木块的摩擦力
D.绳对木块的拉力和木块对绳的拉力是一对平衡力
17、(08年无锡市)25.如图,一位老人正在打门球,被打出去的门球会慢慢停下来。
对“门球会慢慢停下来”这一现象的解释,正确的是()
A.门球没有受到力的作用
B.门球受到地面摩擦阻力的作用
C.门球的惯性逐渐消失
D.门球所受到的摩擦阻力大于它的惯性
18、(08连云港市)12.关于力和运动的关系,下列说法正确的是( )
A.同一轮船从长江驶入海洋,轮船所受的浮力增大
B.如果物体的运动状态发生改变,它一定受到力的作用
C.静止的物体,如果受到推力的作用,它的运动状态一定发生改变
D.高速公路上之所以对汽车有最大限速,原因是速度越大惯性越大
19、(08宿迁市)下列现象中涉及到惯性知识的是( )
A.行驶在积雪路面上的汽车车轮加上铁链
B.树上熟透的苹果.沿竖直方向落下
C.在马路上骑自行车不宜太快,防止造成交通事故
D.市区禁止机动车鸣笛
20、(08山东省)物理知识渗透于我们生活的方方面面。
以下的安全警示语中涉及到惯性知识的是( )
A.景区水池边立有“水深危险”
B.商场走廊过道标有“小心碰头”
C.汽车的尾部标有“保持车距”
D.输电铁塔下挂有“严禁攀爬”
21、(08年福州市)14.图10中,两位同学在水平路面上推动底部垫有圆术的术箱做匀速直线运动。
以下分析正确的是( )
A.在术箱下垫上圆木是为增大摩擦力
B.水箱受到推力的合力大干它受到的摩擦力
C.木箱受到的合力等于零
D.木箱受到的重力与它对地面的压力是一对平衡力
22、(08广州市)下列说法正确的是( )
A.物体不受力,一定静止
B.作用在运动物体的力一定不平衡
C.物体受到力的作用,速度大小一定改变
D.物体运动方向发生改变,则一定受到力的作用
23、(08广州市)如图所示,升降机以1m/s的速度匀速上升时,升降机对人的支持力为500N.下列说法正确的是( )
A.升降机静止在十楼时对人的支持力小于500N
B.升降机以1.5m/s速度匀速上升时对人的支持力大于500N
C.升降机以2m/s速度匀速下降时对人的支持力等于500N
D.升降机以1m/s速度匀速下降时对人的支持力小于500N
24、(08深圳市)下列说法中正确的是( )
A.速度越大,惯性越大
B.一个巴掌拍不响说明力的作用是相互的
C.图钉帽较大,是为了增大压强
D.参照物的选取对描述物体运动状态无影响
25、(08天津市)对于“力与运动的关系”问题,历史上经历了漫长而又激烈的争论过程.著名的科学家伽利略在实验的基础上推理得出了正确的结论,其核心含义是( )
A.力是维持物体运动的原因
B.物体只要运动就需要力的作用
C.力是物体运动状态改变的原因
D.没有力的作用运动物体就会慢慢停下来
26、(08昆明市)在研究牛顿第一定律的实验中,同学们已经知道滑块在水平面上滑行的距离与它刚滑到水平面上时的速度v0有关,与水平
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