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高中物理必修一知识点整理
第四章知识点整顿
4.1牛顿第一定律
1.亚里士多德:
力是维持物体运动因素。
2.伽利略:
如果运动物体不受力,它将永远运动下去。
3.笛卡儿:
补充了伽利略结识,指出:
如果运动中物体没有收到力作用,它将继续以同一速度沿同始终线运动,既不断下来也不偏离本来方向。
4.牛顿:
伽利略和迪卡儿对的结论在隔了一代人后来,由牛顿总结成动力学一条基本定律。
牛顿第一定律(惯性定律):
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面力迫使它变化这种状态。
1)物体不受力时,总保持匀速直线运动或静止。
阐明:
力不是维持物体运动因素。
2)力迫使物体变化这种状态。
阐明:
力是变化运动状态因素。
3)指出一切物体均有保持本来匀速直线运动状态或静止状态性质。
阐明:
一切物体都具备惯性。
惯性:
一切物体具备保持本来匀速直线运动状态或静止状态性质。
惯性是一切物体所固有一种属性。
无论物体与否运动、与否受力,都具备惯性。
惯性只与物体质量大小关于,与物体运动状态无关。
质量越大,惯性越大,运动状态越难变化。
因此说,★质量是惯性唯一量度。
惯性体现为:
运动状态变化难易限度。
注意:
把物体惯性体现说成是物体受到“惯性力”或者说“物体受到了惯性”是错误。
m
4.2实验:
探究加速度与力、质量关系
1.实验目:
定量分析a、F、m关系
2.实验原理:
控制变量法
M
A、m一定期,a与F定量关系
B、F一定期,a与m定量关系
实验一:
探究加速度a与合外力F关系
★解决问题1:
为什么要把木板一侧垫高?
(1)作用:
平衡摩擦力和其她阻力。
(2)办法:
调节木板倾斜度,使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动。
记住:
平衡摩擦力时不要挂钩码。
解决问题2:
测量小车质量:
用天平测出。
解决问题3:
测量小车加速度:
逐差法求加速度。
解决问题4:
测量和变化小车受到合外力:
当钩码和小盘质量m<<小车质量M状况下,可以以为小桶和砂重力近似等于小车所受拉力。
3.实验环节:
(1)用天平测出小车质量m,并把数据记录下来
(2)按实验装置图把实验器材安装好
(3)平衡摩擦力
(4)把细绳系在小车上,并绕过定滑轮,先接通电源再放开小车,取下纸带,并标注牵引力
(5)保持小车质量不变,在绳子一端逐渐挂上钩码,重复上述实验
4.数据解决:
★特殊状况:
没有满足钩码和小盘质量m远不大于小车质量M
长木板倾角过大未平衡摩擦力或长木板倾角太小
4.3牛顿第二定律
1.内容:
物体加速度大小跟它受到作用力成正比,跟它质量成反比,加速度方向跟作用力方向相似。
2.公式:
F=ma★F指是物体受到合外力。
3.力单位:
物理学上把可以使质量是m=1kg物体产生a=1m/s2加速度这样大力定义为1N,即1N=1kg·m/s2。
(阐明k数值由质量、加速度和力单位决定)
4.对牛顿第二定律理解:
(1)同体性:
F、m、a是对于同一种物体而言。
(2)矢量性:
a方向与F方向一定相似。
(3)瞬时性:
F和a时刻相应:
同步产生、同步消失、同步变化。
(4)因果性:
力是产生加速度因素,没有力就没有加速度。
(5)独立性:
每个力各自独立地使物体产生一种加速度。
(6)相对性:
牛顿定律只在惯性参照系中才成立。
典型例题:
如图所示,A、B两球用细线悬挂于天花板上且静止不动,两球质量mA=2mB,两球间是一种轻质弹簧,如果突然剪断悬线,则在剪断悬线瞬间(B)
A.
A球加速度为
,B球加速度为g
B.A球加速度为
,B球加速度为0
C.A球加速度为g,B球加速度为0
D.A球加速度为
,B球加速度为g
注意:
剪断悬线瞬间,绳子拉力立马消失,弹簧弹力暂时不变。
合外力、加速度、速度关系
1、力与加速度因果关系:
只要物体所受合外力不为零,就会产生加速度。
加速度与合外力方向相似,大小与合外力成正比。
2、力与速度无因果关系:
合外力方向与速度方向无必然联系。
合外力与速度同向时,物体做加速运动,反之减速。
3、两个加速度公式区别:
是加速度定义式,是比值定义法定义物理量,a与v、△v、△t均无关;F=ma是加速度决定式,加速度由其受到合外力和质量决定。
★用牛顿第二定律解题普通和环节办法:
1、明确研究对象
2、进行受力分析和运动状态分析,画出示意图
3、由F=ma列方程求解
4、解方程(组)
用牛顿第二定律解题,离不开对物体受力状况和运动状况分析。
解题办法:
合成法、正交分解
典型例题:
如右图所示,沿水平方向做匀变速直线运动车厢中,悬挂小球悬线偏离竖直方向37°角,球和车厢相对静止,球质量为1kg(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)求车厢运动加速度并阐明车厢运动状况
(2)求悬线对球拉力
解法一:
合成法
(1)小球和车厢相对静止,它们加速度相似。
以小球为研究对象,对小球受力分析如图:
由牛顿第二定律得F合=mgtan37°
解得a=7.5m/s2
则小球加速度为7.5m/s2方向水平向右。
车厢加速度与小球相似,因而也许水平向右做匀加速直线运动,也也许水平向左做匀减速直线运动。
(2)由图可知,悬线对小球拉力大小为
解法二:
正交分解法
(1)小球和车厢相对静止,它们加速度相似。
以小球为研究对象,对小球受力分析如图:
由牛顿第二定律得
FTsin37°=ma
FTcos37°=mg
解得a=7.5m/s2
则小球加速度为7.5m/s2方向水平向右。
车厢加速度与小球相似,因而也许水平向右做匀加速直线运动,也也许水平向左做匀减速直线运动。
(2)由
(1)可知,悬线对小球拉力大小为
4.4力学单位制
1.只要选定几种物理量单位,就可以运用物理量之间关系推导出其她物理量单位。
这些被选定物理量叫做基本量,它们单位叫基本单位
2.由基本量依照物理关系推导出来其她物理量单位叫做导出单位。
3.由基本单位和导出单位一起构成单位制。
1960年第11届国际计量大会制定了一种国际通用、涉及一切计量领域单位制,叫做国际单位制,简称SI。
注意:
1、在解题计算时,已知量均采用国际单位制,计算过程中不用写出各个量单位,只要在式子末尾写出所求量单位即可。
2、物理公式既反映了各物理量间数量关系,同步也拟定了各物理量单位关系。
因而,解题中可用单位制来粗略判断成果与否对的,如单位制不对,成果一定错误。
4.5牛顿第三定律
1.作用力与反作用力
(1)概念:
两个物体之间作用总是互相。
一种物体对另一种物体施加了力,后一物体一定同步对前一物体也施加了力。
物体间互相作用这一对力,普通叫做作用力与反作用力。
(2)特性:
①相等性——作用力与反作用力大小相等。
②反向性——作用力与反作用力方向相反。
③同直线——作用在同始终线上。
④同步性——作用力与反作用力总是成对浮现同步产生、同步变化、同步消失。
⑤异物性——作用力与反作用力作用在不同物体上,因而不能互相抵消。
⑥同类型——作用力与反作用力总是同一种类力。
2.牛顿第三定律
(1)内容:
两个物体间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)数学表达式:
F=-F’(负号表达方向相反)
★3.判断:
一对作用力与反作用力和一对平衡力
一对作用力与反作用力
一对平衡力
相似点
等大、反向、共线
不同点
具备同步性
不一定具备同步性
作用在两个物体上
作用在一种物体上
不能求合力
(效果不能抵消)
能求合力
(效果能抵消)
力性质相似
力性质不一定相似
4.6用牛顿运动定律解决问题
(一)
两类基本问题:
(1)从受力拟定运动状况:
在受力状况已知条件下,规定判断出物体运动状态或求出物体速度、位移等。
例1:
一种静止在水平面上物体,质量是2kg,在6.4N水平拉力作用下沿水平面向右运动,物体与水平地面间滑动摩擦力为4.2N。
求物体4s末速度和4s内发生位移。
解:
对物体受力分析如图:
由牛顿第二定律可得F-f=ma
解得a=1.1m/s2
4s末速度
4s内位移
拓展:
一种静止在水平地面上物体,质量是2kg,在6.4N拉力F作用下沿水平地面向右运动。
已知F与水平地面夹角为37°,物体与地面动摩擦因数为0.25,求物体在4s末速度和4s内位移。
(cos37°=0.8,g=10m/s2)
解:
对物体受力分析如图所示
由牛顿第二定律,可得:
Fcosθ-µFN=ma
FN+Fsinθ=mg
联立,解得a=0.54m/s2
4s末速度
4s内位移
(2)从运动状况拟定受力:
在运动状况(懂得三个运动学量)已知条件下,规定得出物体所受力或者有关物理量(如动摩擦因数等)。
例2:
一种滑雪人,质量m=75kg,以v0=2m/s初速度沿山坡匀加速滑下,山坡倾角θ=30°,在t=5s时间内滑下路程x=60m,求滑雪人受到阻力(涉及摩擦和空气阻力)。
解:
对人进行受力分析如图:
依照运动学公式得
依照牛顿第二定律得
mgsinθ-f=ma
联立,解得f=67.5N
即滑雪人受到阻力是67.5N。
拓展:
滑雪者以v0=20m/s初速度沿直线冲上一倾角为30°山坡,从刚上坡
即开始计时,至3.8s末,滑雪者速度变为0。
如雪橇与人总质量为m=80kg,求雪橇与山坡间摩擦力为多少?
g=10m/s2
解:
对人进行受力分析如图:
依照牛顿第二定律得
-mgsinθ-f=ma
依照运动学公式得
联立,解得f=20.8N
即滑雪人受到阻力是20.8N。
动力学问题解题环节:
(1)拟定研究对象;
(2)分析受力状况和运动状况,画示意图(受力和运动过程);
(3)用牛顿第二定律或运动学公求加速度;
(4)用运动学公式或牛顿第二定律求所求量。
4.7用牛顿运动定律解决问题
(二)
1.超重:
物体对支持物压力(或对悬挂物拉力)不不大于物体所受到重力状况称为超重现象。
2.失重:
物体对支持物压力(或对悬挂物拉力)不大于物体所受到重力状况称为失重现象。
超重
失重
完全失重
视重>实重
视重<实重
F=m(g+a)
F=m(g-a)
F=0
条件
向上a
向下a
向下a,且a=g
运动状况
加速向上/减速向下
加速向下/减速向上
自由落体/竖直上抛
3.超重和失重现象本质:
重力不变,物体对支持物压力和对悬挂物拉力发生变化。
例题:
在升降机中测人体重,已知人质量为40kg,①若升降机以2.5m/s2加速度匀加速下降,台秤示数是多少?
②若升降机自由下落,台秤示数又是多少?
解:
当升降机匀加速下降时,
由牛顿第二定律得:
mg-F=ma
即F=mg-ma
①当a1=2.5m/s2,F1=300N
②当自由下落时,a2=g,F2=0N
由牛顿第三定律可知:
台秤示数分别为300N和0N。
专项1:
连接体问题
两物体间互相作用力为
两物体间互相作用力为
总结:
当整个连接体处在相似环境时,物体间互相作用力大小不变。
专项2:
传送带问题
1、水平传送带(匀速运动)
(1)若物体到达传送带另一端时速度还没有达到传送带速度,则该物体始终做匀变速直线运动。
(2)若物体到达传送带另一端之前速度已经和传送带相似,则物体先做匀变速直线运动,后做匀速直线运动。
注意:
(1)静摩擦力达到最大值,是物体和传送带正好保持相对静止临界状态;
(2)滑动摩擦力存在于发生相对运动物体之间,因而两物体速度达到相似时,滑动摩擦力要发生突变(滑动摩擦力为0或变为静摩擦力)。
例题:
如图所示,传送带保持以1m/s速度顺时针转动。
现将一质量m=0.5kg物体从离传送带很近a点轻轻地放上去,设物体与传送带间动摩擦因数μ=0.1,a、b间距离L=2.5m,则物体从a点运动到b点所经历时间为多少?
(g取10m/s2)
解:
对物体,依照题意容易得:
a=
=μg=1m/s2
当速度达到1m/s时,所用时间t1=
=
s=1s通过位移x1=
m=0.5m<2.5m
在剩余位移x2=L-x1=2.5m-0.5m=2m中,由于物体与传送带间无摩擦力,因此物体以1m/s速度随传送带做匀速运动,所用时间t2=
=2s
因而共需时间t=t1+t2=3s
2、倾斜传送带
(1)一种核心点:
对于倾斜传送带,分析物体受到最大静摩擦力和重力沿斜面方向分力关系是核心。
(2)两种状况
①如果最大静摩擦力不大于重力沿斜面分力,传送带只能下传物体,两者共速前加速度不不大于共速后加速度,方向沿传送带向下。
②如果最大静摩擦力不不大于重力沿斜面分力,无论上传还是下传物体,物体都是先做匀加速直线运动,共速后做匀速直线运动。
例题:
如图6所示,A、B两轮间距l=3.25m,套有传送带,传送带与水平面成θ=30°角,轮子转动方向如图所示,使传送带始终以2m/s速度运营,将一物体无初速度放到A轮处传送带上,物体与传送带间动摩擦因数μ=
,求物体从A运动到B所需时间。
(取g=10m/s2)
解:
将物体由静止放上传送带时,受力状况如图甲所示。
由牛顿第二定律得
mgsinθ+Ff=ma1①
FN-mgcosθ=0②
其中Ff=μFN③
由①②③式得a1=g(sinθ+μcosθ)=8m/s2
其速度增长到2m/s所用时间为
t1=
=
s=0.25s
此时位移为x1=
=
m=0.25m
当物体与传送带具备共同速度后,由于mgsinθ>μmgcosθ,
故物体仍继续加速下滑,而摩擦力方向变为沿斜面向上。
受力如图乙所示,由牛顿第二定律可得
mgsinθ-Ff′=ma2④
FN-mgcosθ=0⑤
其中Ff′=μFN⑥
由④⑤⑥式得a2=g(sinθ-μcosθ)=2m/s2
即此后物体以初速度v=2m/s、加速度a2=2m/s2做匀加速直线运动,
其位移为x2=l-x1=3.25m-0.25m=3m
由位移公式得x2=vt2+
a2t
解得t2=-3s(舍去)或t2=1s
故所用时间t=t1+t2=0.25s+1s=1.25s
专项3:
滑板—滑块问题
板块模型三个基本关系:
(1)加速度关系:
如果滑块与滑板之间没有发生相对运动,可以用“整体法”求出它们一起运动加速度;如果滑块与滑板之间发生相对运动,应采用“隔离法”求出滑块与滑板运动加速度。
应注意找出滑块与滑板与否发生相对运动等隐含条件。
(2)速度关系:
滑块与滑板之间发生相对运动时,认清滑块与滑板速度关系,从而拟定滑块与滑板受到摩擦力。
应注意当滑块与滑板速度相似时,摩擦力会发生突变状况。
(3)位移关系:
滑块与滑板叠放在一起运动时,应仔细分析滑块与滑板运动过程,认清滑块与滑板对地位移和滑块与滑板之间相对位移之间关系。
例题:
如图7所示,质量M=8kg长木板放在光滑水平面上,在长木板左端加一水平恒推力F=8N,当长木板向右运动速度达到1.5m/s时,在长木板前端轻轻地放上一种大小不计,质量为m=2kg小物块,物块与长木板间动摩擦因数μ=0.2,长木板足够长。
(g取10m/s2)
(1)小物块放在长木板上后,小物块及长木板加速度各为多大?
(2)经多长时间两者达到相似速度?
(3)从小物块放上长木板开始,通过t=1.5s小物块位移大小为多少?
解析
(1)物块加速度am=μg=2m/s2
长木板加速度aM=
=0.5m/s2
(2)由amt=v0+aMt可得t=1s
(3)在开始1s内小物块位移x1=
amt2=1m,1s末速度为v=amt=2m/s
在接下来0.5s物块与长木板相对静止,一起做加速运动,加速度为a=
=0.8m/s2
这0.5s内位移为x2=vt+
at2=1.1m
通过总位移x=x1+x2=2.1m
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