牛顿运动定律带规范标准答案.docx
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牛顿运动定律带规范标准答案
牛顿运动定律
课程内容标准:
1.通过实验,探究加速度与物体质量、受力之间的关系。
理解牛顿运动定律,用它解释生活中的有关问题,通过实验认识超重与失重现象。
2.认识单位制在物理学中的物理意义。
知道国际单位制中的力学单位。
第1课时牛顿运动定律
1、高考解读
真题品析
知识:
牛顿第二、三定律
例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lOm/s2)
A.510NB.490NC.890ND.910N
解析:
对建筑材料进行受力分析
根据牛顿第二定律有
得绳子的拉力大小等于F=210N,然后再对人受力分析由平衡的知识得
得FN=490N,根据牛顿第三定律可知人对地面间的压力为490N.B选项对。
答案:
B
点评:
此题为牛顿运动定律的基本应用。
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知识:
v-t图象、牛顿第二定律
例2.某物体做直线运动的v-t图象如图甲所示,据此判断图乙(F表示物体所受合力,x表示物体的位移)四个选项中正确的是
解析:
由图甲可知前两秒物体做初速度为零的匀加速直线运动,所以前两秒受力恒定,2s-4s做正方向匀加速直线运动,所以受力为负,且恒定,4s-6s做负方向匀加速直线运动,所以受力为负,恒定,6s-8s做负方向匀减速直线运动,所以受力为正,恒定,综上分析B正确。
答案:
B
点评:
在v-t图象中倾斜的直线表示物体做匀变速直线运动,加速度恒定,受力恒定
速度——时间图象特点:
①因速度是矢量,故速度——时间图象上只能表示物体运动的两个方向,t轴上方代表的“正方向”,t轴下方代表的是“负方向”,所以“速度——时间”图象只能描述物体做“直线运动”的情况,如果做曲线运动,则画不出物体的“位移——时间”图象;
②“速度——时间”图象没有时间t的“负轴”,因时间没有负值,画图要注意这一点;
③“速度——时间”图象上图线上每一点的斜率代表的该点的加速度,斜率的大小表示加速度的大小,斜率的正负表示加速度的方向;
④“速度——时间”图象上表示速度的图线与时间轴所夹的“面积”表示物体的位移。
2、知识网络
考点1.牛顿第一定律(惯性定律)
1.内容:
一切物体总保持静止状态或者匀速直线运动状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。
2.意义:
⑴揭示了力与运动的关系:
力不是使物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因,从而推翻了亚里士多德“没有力物体不能运动”的错误观点。
⑵揭示了任何物体都有保持静止或运动直线运动的性质------惯性
考点2.惯性
1.定义:
物体所具有的保持静止状态或匀速直线运动状态的性质叫惯性。
2.说明:
⑴惯性是物体本身的固有属性。
与物体受力情况无关,与物体所处的地理位置无关,一切物体都具有惯性。
⑵质量是物体惯性大小的唯一量度,质量大惯性大。
⑶惯性不是一种力,惯性不是一种力,惯性的大小反映了改变物体运动状态的难易程度。
考点3.牛顿第二定律
1.内容:
物体的加速度与物体所受到的合外力成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力的方向相同。
2.公式:
3.适用范围:
宏观、低速运动的物体。
考点4.牛顿第三定律
1.内容:
两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。
2.表达式:
3.说明:
作用力与反作用力有“三同、三不同”。
1三同:
大小相同、性质相同、同时存在消失具有同时性
2三不同:
方向不同、作用对象不同、作用的效果不同。
考点5:
力学单位制
在力学中,选用质量、时间、长度三个物理量的单位作为基本单位,选定基本单位后,由物理公式推导出的单位叫导出单位。
基本单位和导出单位一起组成国际单位制。
3、复习方案
基础过关
重难点:
牛顿第三定律
例3.物体静止在水平桌面上,则()
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力,这两个力是一对平衡力。
B.物体所受的重力和桌面对它的的支持力是一对作用力与反作用力。
C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力是同一种性质的力。
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力。
解析:
AB选项:
受力分析可以得到A选项对BD选项错。
C选项:
物体对桌面的压力的性质是弹力所以C选项错。
答案:
A
点评:
解决这类问题的关键:
是对牛顿第三定律的全面理解,任何运动状态下一对任何性质的作用力和反作用力大小相等、方向相反,要注意区分平衡力与作用力、反作用力。
典型例题
例4.物体A、B都静止在同一水平面上,它们的质量分别是mA和mB,与水平面之间的动摩擦因数分别为μA和μB.用平行于水平面的力F分别拉物体A、B,得到加速度a和拉力F的关系图象分别如图中A、B所示
(1)利用图象求出两个物体的质量mA和mB.
甲同学分析的过程是:
从图象中得到F=12N时,A物体的加速度aA=4m/s2,B物体的加速度aB=2m/s2,根据牛顿定律导出:
;
乙同学的分析过程是:
从图象中得出直线A、B的斜率为:
kA=tan45°=1,kB=tan26°34′=0.5,而
.
请判断甲、乙两个同学结论的对和错,并分析错误的原因.如果两个同学都错,分析各自的错误原因后再计算正确的结果.
(2)根据图象计算A、B两物体与水平面之间动摩擦因数μA和μB的数值.
解析:
(1)甲同学的解法是错误,因为其忽略了滑动摩擦力;乙同学的解法也是错误的,因为坐标系的纵横坐标的单位长度表示数值不同。
正确的解法:
对A其斜率为
因此
对B其斜率为
因此
(2)对A和B当拉力为4N时,加速度为0
对A有F=μAmAg得
对B有F=μBmBg得
点评:
受力分析是学好高中物理的奠基石,同学们要培养正确受力的习惯。
第2课时牛顿运动定律的应用
(一):
两类基本问题
1、高考解读
真题品析
知识:
牛顿运动定律中的两类基本问题:
已知受力求运动和已知运动求受力
例1.(江苏卷)13.(15分)航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器,其质量m=2㎏,动力系统提供的恒定升力F=28N。
试飞时,飞行器从地面由静止开始竖直上升。
设飞行器飞行时所受的阻力大小不变,g取10m/s2。
(1)第一次试飞,飞行器飞行t1=8s时到达高度H=64m。
求飞行器所阻力f的大小;
(2)第二次试飞,飞行器飞行t2=6s时遥控器出现故障,飞行器立即失去升力。
求飞行器能达到的最大高度h;
(3)为了使飞行器不致坠落到地面,求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3。
解析:
(1)第一次飞行中,设加速度为
匀加速运动
由牛顿第二定律
解得
(2)第二次飞行中,设失去升力时的速度为
,上升的高度为
匀加速运动
设失去升力后的速度为
,上升的高度为
由牛顿第二定律
解得
(3)设失去升力下降阶段加速度为
;恢复升力后加速度为
,恢复升力时速度为
由牛顿第二定律
F+f-mg=ma4
且
V3=a3t3
解得t3=
(s)(或2.1s)
答案:
⑴4N⑵42m⑶2.1S
点评:
牛顿运动定律两类基本问题解题的一般步骤
⑴由物体所受的力的情况推断出物体运动的情况:
①确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力图②根据力的合成或分解求出合外力(大小、方向)③根据牛顿第二定律列方程,并求出物体的加速度④结合题中所给的物体运动的初始条件,选择运动学公式求出说需要的运动学量。
⑵由物体运动的情况推断出物体所受的未知力的情况:
①确定研究对象②根据运动情况,利用运动学公式求出物体的加速度③对研究对象进行受力分析④根据牛顿第二定律确定物体所受的合外力从而求出未知力。
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知识:
受力分析、过程分析、牛顿第二定律
例2.(14分)“神舟”六号飞船完成了预定空间科学和技术试验任务后,返回舱于2005年10月17日4时11分开始从太空向地球表面按预定轨道返回,在离地10km的高度打开阻力降落伞减速下降,这一过程中若返回舱所受阻力与速度的平方成正比,比例系数(空气阻力系数)为k,设返回舱总质量M=3000kg,所受空气浮力恒定不变,且认为竖直降落。
从某时刻开始计时,返回舱的运动v-t图象如图中的AD曲线所示,图中AB是曲线在A点的切线,切线交于横轴一点B的坐标为(8,0),CD是平行横轴的直线,交纵轴于C点C的坐标为(0,8)。
G=10m/s2,请解决下列问题:
(1)在初始时刻v0=160m/s时,它的加速度多大?
(2)推证空气阻力系数k的表达式并算出其数值。
(3)返回舱在距离高度h=1m时,飞船底部的4个反推力小火箭点火工作,使其速
度由8m/s迅速减至1m/s后落在地面上,若忽略燃料质量的减少对返回舱总质量的
影响,并忽略此阶段速度变化而引起空气阻力的变化,试估算每支小火箭的平均推力(计算结果取两位有效数字)
2、知识网络
考点1.两类动力学问题
1.已知物体的受力情况,求物体的运动情况。
2.已知物体的运动情况,求物体的受力情况。
考点2.分析两类问题的基本方法
1.抓住受力情况和运动情况之间的联系的桥梁-----加速度。
2.分析流程图
3、复习方案
基础过关
重难点:
受力分析+过程分析
例3.为了节省能量,某商场安装了智能化的电动扶梯。
无人乘行时,扶梯运转得很慢;有人站上扶梯时,它会先慢慢加速,再匀速运转。
一顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,如图所示。
那么下列说法中正确的是
A.顾客始终受到三个力的作用
B.顾客始终处于超重状态
FN
mg
f
a
C.顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方,再竖直向下
D.顾客对扶梯作用的方向先指向右下方,再竖直向下
解析:
在慢慢加速的过程中顾客受到的摩擦力水平向左,电梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上,由牛顿第三定律,它的反作用力即人对电梯的作用方向指向向左下;在匀速运动的过程中,顾客与电梯间的摩擦力等于零,顾客对扶梯的作用仅剩下压力,方向沿竖直向下。
答案:
C
点评:
运动状态的改变取决于受力情况,准确的受力分析是解决好运动情景的基础。
典型例题
例4.(15分)如图所示,长,高,质量的长方体木箱,在水平面上向右做直线运动.当木箱的速度时,对木箱施加一个方向水平向左的恒力,并同时将一个质量的小球轻放在距木箱右端的P点(小球可视为质点,放在P点时相对于地面的速度为零),经过一段时间,小球脱离木箱落到地面.木箱与地面的动摩擦因数为0.2,其他摩擦均不计.取.求:
(1)小球从离开木箱开始至落到地面所用的时间;
(2)小球放上P点后,木箱向右运动的最大位移;
(3)小球离开木箱时木箱的速度.
解析:
第3课时牛顿运动定律的应用
(二):
共点力的平衡超重和失重
1、高考解读
真题品析
知识:
V-t图;超、失重
例1.某人在地面上用弹簧秤称得体重为490N。
他将弹簧秤移至电梯内称其体重,
至
时间段内,弹簧秤的示数如图所示,电梯运行的v-t图可能是(取电梯向上运动的方向为正)
解析:
由图可知,在t0-t1时间内,弹簧秤的示数小于实际重量,则处于失重状态,此时具有向下的加速度,在t1-t2阶段弹簧秤示数等于实际重量,则既不超重也不失重,在t2-t3阶段,弹簧秤示数大于实际重量,则处于超重状态,具有向上的加速度,若电梯向下运动,则t0-t1时间内向下加速,t1-t2阶段匀速运动,t2-t3阶段减速下降,A正确;BD不能实现人进入电梯由静止开始运动,C项t0-t1内超重,不符合题意。
答案:
A
点评:
⑴正确识图、用图理解好物理情景。
⑵对超重、失重的理解:
超重并不是说重力增加了,失重并不是说重力减小了,完全失重也不是说重力完全消失了。
在发生这些现象时,物体的重力依然存在,且不发生变化,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生变化。
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。
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知识:
失重的理解
例2.科学研究发现,在月球表面:
①没有空气;②重力加速度约为地球表面的1/6;
③没有磁场。
若宇航员登上月球后,在空中同时释放氢气球和铅球,忽略地球和其他星球对月球的影响,以下说法正确的有()
A、氢气球和铅球都处于超重状态
B、氢气球将向上加速上升,铅球加速下落
C、氢气球和铅球都将下落,但铅球先落到地面
D、氢气球和铅球都将下落,且同时落地
解析:
①没有空气,说明物体不受浮力B选项错。
②重力加速度约为地球表面的1/6,说明物体要下落且同时落地D选项对。
答案:
D
2、知识网络
考点。
1.超重:
当物体具有向上的加速度时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体本身重力的现象。
2.失重:
当物体具有向下的加速度时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体本身重力的现象。
3.完全失重:
当物体的以加速度a=g竖直向下加速或竖直向上减速时(自由落体运动、竖直上抛运动),物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象。
3、复习方案
基础过关
重难点:
牛顿运动定律、受力分析、过程分析、能量问题
例3.(09年江苏物理)9.如图所示,两质量相等的物块A、B通过一轻质弹簧连接,B足够长、放置在水平面上,
所有接触面均光滑。
弹簧开始时处于原长,运动过程中始终处在弹性限度内。
在物块A上施加一个水平恒力,A、B从静止开始运动到第一次速度相等的过程中,下列说法中正确的有
A.当A、B加速度相等时,系统的机械能最大
B.当A、B加速度相等时,A、B的速度差最大
C.当A、B的速度相等时,A的速度达到最大
D.当A、B的速度相等时,弹簧的弹性势能最大
解析:
对A、B在水平方向受力分析如图,F1为弹簧的拉力;当加速度大小相同为a时,对A有
,对B有
,得
,在整个过程中A的合力(加速度)一直减小而B的合力(加速度)一直增大,在达到共同加速度之前A的合力(加速度)一直大于B的合力(加速度),之后A的合力(加速度)一直小于B的合力(加速度)。
两物体运动的v-t图象如图,tl时刻,两物体加速度相等,斜率相同,速度差最大,t2时刻两物体的速度相等,A速度达到最大值,两实线之间围成的面积有最大值即两物体的相对位移最大,弹簧被拉到最长;除重力和弹簧弹力外其它力对系统正功,系统机械能增加,tl时刻之后拉力依然做正功,即加速度相等时,系统机械能并非最大值。
答案:
BCD
点评:
处理本题的关键是对物体进行受力分析和运动过程分析,使用图象处理则可以使问题大大简化。
。
典型例题
例4.
(09年安徽卷)22.(14分)在2008年北京残奥会开幕式上,运动员手拉绳索向上攀登,最终点燃了主火炬,体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神。
为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用,可将过程简化。
一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的运动员拉住,如图所示。
设运动员的质量为65kg,吊椅的质量为15kg,不计定滑轮与绳子间的摩擦。
重力加速度取
。
当运动员与吊椅一起正以加速度
上升时,试求
(1)运动员竖直向下拉绳的力;
(2)运动员对吊椅的压力。
解析:
解法一:
(1)设运动员受到绳向上的拉力为F,由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等,吊椅受到绳的拉力也是F。
对运动员和吊椅整体进行受力分析如图所示,则有:
由牛顿第三定律,运动员竖直向下拉绳的力
(2)设吊椅对运动员的支持力为FN,对运动员进行受力分析如图所示,则有:
F
m人g
a
FN
由牛顿第三定律,运动员对吊椅的压力也为275N
解法二:
设运动员和吊椅的质量分别为M和m;运动员竖直向下的拉力为F,对吊椅的压力大小为FN。
根据牛顿第三定律,绳对运动员的拉力大小为F,吊椅对运动员的支持力为FN。
分别以运动员和吊椅为研究对象,根据牛顿第二定律
①
②
由①②得
答案:
440N,275N
点评:
连接体问题的处理方法⑴整体法:
连接体和各物体如果有共同的加速度,求加速度可把连接体作为一个整体,运用牛顿第二定律列方程求解。
⑵隔离法:
如果要求连接体之间的相互作用力,必须隔离出其中一个物体,对该物体应用牛顿第二定律求解。
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