高三复习牛顿运动定理.ppt

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1、关于习题课的评讲 宜精不宜多 评分析问题的一般方法、思维过程 第四章 牛顿运动定律 1.教材框架 力和运动：一个含糊不清的问题 亚里士 多德的 观点 伽利略 的理想 实验 伽利略 与笛卡 尔的思 考 牛顿第一定律 牛顿力学的基石 力的概念 惯性的概念 参考系的概念 牛顿第二定律 牛顿力学的核心 实验基础 人为约定 客观规律 牛顿第三定律 牛顿力学的支柱 牛顿运动定律应用 分别作用于两个物体 互相依存 ， 同时存在 性质相同 2.重难点分析 （ 1）牛顿第一定律：一个属于科学革命性质的发现 牛顿表述：“每一物体继续保持其静止或沿一直线作匀速度运动 的状态，除非有力加于其上迫使它改变这种状态。”

2、爱因斯坦表述：“一物体在离开其他物体都足够远时，一直保持 静止状态或匀速直线运动状态。” 否定了亚里士多德关于“力和运动”的错误观念，改变了人类的 自然观、世界观。 提出了力的概念的定性定义 确立了惯性的概念 定义了惯性系 高考题示例 （ 09年宁夏理综 14） 在力学理论建立的过程中，有许 多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献， 下列说法正确的是 A. 伽利略发现了行星运动的规律 B. 卡文迪许通过实验测出了引力常量 C牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因 D笛卡尔对牛顿第一定律的建立做出了贡献 本题结合力学理论建立过程中的一些重要的历 史事件考查学生对高中阶段学习过程所涉及的物

3、 理学史的掌握情况，体现了“情感态度价值观” 的导向。本题抽样统计难度为 0.346，仅有 2.3% 的学生能正确作答， 55%的学生仅选了 B项。 10%的考生仅选了 D项。 2012年新课标试题 （ 14） 伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实 验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基 础。早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确 的是 A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性 B.没有力作用，物体只能处于静止状态 C.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性 D.运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速 度沿同一直线运动 答案： AD 2.重难点分析 (2)物理学中的牛顿第二定

4、律与中学物理教学中的牛顿第二定律 牛顿第一定律引发的几个问题 作为一个科学问题，牛顿第二定律是在对第一定律的追问中提出的，即 “一个物体如果受到力，它的运动状态将如何改变？”为了对此作出回 答，又引出了如下几个问题： 采用什么物理量来描述物体的运动状态，以使运动状态的改变具有明 确的意义（动量 速度） 采用什么物理量来表（体）现他们的作用，以使这种作用与运动状态 的改变之关系有一个明确的定量表达（力） 物体具有保持自己运动状态不变的内在属性，是否可以用一个物理量 给予量度（惯性及惯性质量） 牛顿及其继承者解决了这几个问题，为建立和完善牛顿第二定律及其表 述作了必要的工作。 2.重难点分析 (2

5、)物理学中的牛顿第二定律与中学物理教学中的牛顿第二定律 中学物理教学中的牛顿第二定律 牛顿第二定律就是要确立“力、质量和加速度”三者之间的定量关系，可是在它之前的第一 定律只有力和惯性的定性概念，没有涉及力和质量的定量量度。于是，在确定牛顿第二定律 时，就面临如下的难题。 如何确定一个无法量度的力与一个可以量度的加速度之间的定量关系？ 如何确定一个无法量度的质量与一个可以量度的加速度之间的定量关系？ 在中学物理教学中回避了这两个难题，假定力和质量的定量量度问题已经解决，把牛顿第二 定律作为一个纯粹意义上的实验定律来处理。从实验中直接得出牛顿第二定律的内容，写出 表达式 F=ma，然后利用它进入

6、对一些具体力学问题的讨论。 这样做固然简单，似乎直入核心内容，但终归留下问题与遗憾： 力的量度方法以胡克定律为依据与牛顿运动定律中关于力的定性定义不协调，在牛顿定 律中，力的作用是产生加速度，而胡克定律中是用形变来量度力。这两者在理论上是二元的， 产生形变的力和产生加速度的力是否具有同一属性，并不应是想当然的。 质量的量度方法以重量和质量成正比为依据与牛顿运动定律中关于质量的定性定义不协 调，后者表征惯性，而前者表征引力。 失去了一种科学方法教育的良好素材与机会 对此，赫兹在 19世纪未出版的 力学原理 中就写过一句令人深思的话：“我有这样的经验， 尽快跨过原理部分而向人们讲述一些应用例子，对

7、于那些想明了力学真正内容的肯动脑筋的 听众，你会感到难为情，而且会一再激起歉意。 2.重难点分析 (2)物理学中的牛顿第二定律与中学物理教学中的牛顿第二定律 物理学中的牛顿第二定律 从人为约定到客观规律：力的量度与力和加速度成正比的规律 在第一定律中，事实上就把力定义为改变运动状态，即产生加速度的原因，理论的一致性或 说自洽性要求必须以加速度来量度力。为此，选一个物体为标准物体，规定加于标准物体上 的力 F与这物体的加速度 a成正比，即 F a(对标准物体 ) (4.1) 再规定使标准物体产生某个加速度 a0的力 F0是一个单位力，则当此标准物的加速度为 a时， 作用在其上的力必为 F=(a/

8、a0)F0=(a/a0) I单位力（对标准物体） （ 4.2） 即可由比值 (a/a0)原则上确定任何一作用力 F的大小。 在实际的实施中，我们可选择一个能对物体施力并同时留下某种痕迹的物体，如弹簧，对标 准物体施力，并测出标准物体的加速度，同时记下弹簧的形变大小。于是弹簧一定的形变， 对应标准物体一定的加速度，按（ 4.2）或就对应一定大小的力。如此，便得到一个测力计。 然后，用这样制成的测力计对任一物体进行实验，测出对任一给定物体该测力计施的力，同 时测量该物体的加速度，对许多物体进行这样的实验测量结果表明： “对任一物体，力与加速度成正比，即 F a” 这时的 F a已不再是一个规定，而

9、是实验定律。 2.重难点分析 从人为约定到客观规律：质量量度及质量与加速度的关系 仍然选择一个标准物体“ 0”，再另外任选两个物体“ 1”和“ 2”。先用相同的力 F （弹簧测力计显示相同的标度）分别作用于物体“ 0”和物体“ 1”，并测出它们的 加速度 a0和 a1；改变力的大小，用力 F分别作用于这一对物体，测出加速度度 a0 和 a1 ， 可以发现二物体加速度的比值不变： 常数 K10是与外力 F和 F的大小无关，只由二物体本身性质决定的。 再用标准物体“ 0”和物体“ 2”重作上述实验，可得 K20也与外力无关，由物体“ 0”和物体“ 2”本身的性质决定。 鉴于 K10、 K20分别由

10、物体“ 0”、物体“ 1”和物体“ 0”、物体“ 2”的性质决定，我 们可令 、 ，式中 m1、 m2和是分别表征三个物体的同一性质 的量，称为质量。 若规定标准物体“ 0”的质量 m0为 1个单位质量，则物体“ 1”和“ 2”的质量分别为 单位质量 单位质量 这就是说，我们可以通过测量 、 ， 测出任一物体的质量。 101010 Kaaaa 20 2 0 2 0 Kaaaa 0 110 mmK 0 220 mmK 1 00101 aamKm 1 1 00 aam 2 00202 aamKm 1 2 00 aam 1 0aa 2 0aa 2.重难点分析 现在我们可以对物体“ 1”和“ 2”做上

11、述实验，可得 K21是由物体“ 1”和“ 2”的性质决定的常数，重要的是，进而可发 现 即 在上面定义质量 m0、 m1、 m2 时，我们只能说，它们是分别 表征三个物体的同一性质的量，但现在可以见到，上面定义的两 物体质量之比，等于在相同外力作用下这两个物体获得的加速度 的反比，而且是对任意两个物体都成立的。也就是说，这样定义 的质量与加速度的关系为 ，即其大小反映了物体在外力作 用下速度改变的难易程度，亦即反映了物体惯性的大小。 212121 Kaaaa 1 2 10 20 02 0121 mmKKaa aaK 2 1 1 2 aamm am1 2.重难点分析 牛顿第二定律的矢量式和分量式

12、 正是在上述的约定和实验的基础上，我们才得出了牛顿第二定律， 并将其数学表达式写成 F=ma 这个表达式是矢量形式，或者说是矢量方程，它本身不依赖于具 体坐标系的选择，这是矢量表示法的优点。但在具体分析和求解 力学问题时，尤其在分析和求解物体在二维平面和三维空间中作 曲线运动的问题时，则需要选择适当的坐标系，把它写成分量的 形式。例如在研究抛体运动时，我们选择平面直角坐标系，牛顿 第二定律的分量形式为 , 式中 Fx、 Fy分别为 F沿 x、 y轴的分量； ax、 ay分别为 a沿 x、 y轴的 分量。 xx maF yy maF 2.重难点分析 (3)牛顿第三定律在物理学中的意义 第一定律和

13、第二定律都涉及力和物体运动的关系，第三定律则只是有关力的性 质的定律，它所表达的是关于物体间的相互作用所遵从的规律，不管物体作怎样 的运动，都必定要遵守。 牛顿力学的高明之处在于将物体间复杂多样的相互作用都抽象为力。根据牛顿 运动定律去研究物体的各种各样的运动时，要点就是分析和研究力。而在实际问 题中，力却是未知的。因此，为了求得处在一定环境中的物体的动力学行为，必 须首先解决如何求得环境（他物）对该物体的作用力问题。因为“力”是“相互 作用”，所以只能从相互作用中求力。如果“两物体相互给予的力”之间没有任 何确定的关系，也就无法确定相互作用力的具体形式及其大小与方向。如此，牛 顿第二定律何用

14、之有？ 例 1、弹簧弹性力的胡克定律的得出以“默认”第三定律为前提 例 2、没有第三定律，牛顿无法得出引力定律 第三定律对于接触作用总是成立的，对于“非接触作用”中的万有引力、静电 力，也是成立的。但对运动电荷之间的电磁作用力，则不能简单地套用。不过， 由第三定律“派生”出来的“动量守恒定律”却在所有相互作用中都成立。 分析综合能力 每年的高考都有不少试题是考查考生分析问题和综合处理问 题的能力。高考对分析综合能力的要求主要体现在以下几个方面： 具体问题具体分析，弄清所研究的问题中的物理情境； 对问题进行全面分析的基础上，把较为复杂的问题分解为若 干比较简单的问题，找出它们之间的联系，综合解决

15、问题； 在对问题分析的基础上，灵活地运用物理知识处理问题； 复习中要注重分析综合能力的培养，要从最基本的物理现象、 物理过程入手，从分析简单的物理问题开始，真正掌握分析问题、 解决问题的基本方法，养成良好的具体问题具体分析的解题习惯， 通过简单问题的分析，打下较好的基础，进而才能分析较为复杂 的问题。 如何提高学生的审题能力，分析能力 平抛运动需要几个量？ 圆周运动研究那几个量？ 力学解题程序有那几步？ 运动学分析哪几个量？ 常用功能关系有那几个？ 如图所示，物体 A的质量 m1 1 kg，静止在光滑水平面上的木板 B 的质量为 m2 0.5 kg、长 L 1 m，某时刻 A以 v0 4 m/

16、s的初速度滑上木 板 B的上表面，为使 A不至于从 B上滑落，在 A滑上 B的同时，给 B施加 一个水平向右的拉力 F，若 A与 B之间的动摩擦因数 0.2， 忽略 物体 A的大小，则拉力 F应满足的条件为 ( C ) A 0F3 N B 0F5 N C 1 NF3 N D 1 NF5 N 16.如图，一小球放置在木板与竖直墙面之间。 设墙面对球的压力大小为 N1， 球对木板的压力 大小为 N2。 以木板与墙连接点所形成的水平直 线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到 水平位置。不计摩擦，在此过程中 A.N1始终减小 ， N2始终增大 B.N1始终减小 ， N2始终减小 C.N1先增大后减小

17、， N2始终减小 D.N1先增大后减小 ， N2先减小后增大 答案： B （ 2008宁夏卷） 20.一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动，小球 通过细绳与车顶相连。小球某时刻正处于图示状态。 设斜面对小球的支持力为 N，细绳对小球的拉力为 T， 关于此时刻小球的受力情况，下列说法正确的是 （ AB ） A.若小车向左运动， N可能为零 B.若小车向左运动， T可能为零 C.若小车向右运动， N不可能为零 D.若小车向右运动， T不可能为零 （ 2009宁夏卷） 20.如图所示，一足够长的木板静止在光滑水平面上，一物块静 止在木板上，木板和物块间有摩擦。现用水平力向右拉木板，当 物块相对木板

18、滑动了一段距离但仍有相对运动时，撤掉拉力，此 后木板和物块相对于水平面的运动情况为 A.物块先向左运动，再向右运动 B.物块向右运动，速度逐渐增大，直到做匀速运动 C.木板向右运动，速度逐渐变小，直到做匀速运动 D.木板和物块的速度都逐渐变小，直到为零 答案 BC. 考题示例 （ 2009宁夏卷） 21.水平地面上有一木箱，木箱与地面之间的动摩擦因数为 。现对木 箱施加一拉力 F，使木箱做匀速直线运动。设 F的方向与水平面夹角为 ，如 图，在 从 0逐渐增大到 90 的过程中，木箱的速度保持不变，则 A.F先减小后增大 B.F一直增大 C.F的功率减小 D.F的功率不变 答案 AC 【 解析

19、】 由于木箱的速度保持不变，因此木箱始终处于平衡状态，受力分析 如图所示，则由平衡条件得： ， 两式联立解 得 ，可见 F有最小值，所以 F先减小后增大， A 正确； B错误； F的功率 ，可见在 从 0逐渐增 大到 90 的过程中 tan 逐渐增大，则功率 P逐渐减小， C正确， D错误。 (0 1) si nmg N F cosf N F 2c os si n 1 si n( ) mg mgF c o sc o s c o s s in 1 ta nm g v m g vP F v 3.考题示例 （ 2011宁夏卷） 15.一质点开始时做匀速直线运动，从某时刻起受到一恒力作用。此后， 该质

20、点的动能可能（ ABD） A. 一直增大 B. 先逐渐减小至零，再逐渐增大 C. 先逐渐增大至某一最大值，再逐渐减小 D. 先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大 解析：主要考查力和运动关系。当恒力方向与速度在一条直线上，质点 的动能可能一直增大，也可能先逐渐减小至零，再逐渐增大。当恒力方 向与速度不在一条直线上，质点的动能可能一直增大，也可能先逐渐减 小至某一非零的最小值，再逐渐增大。所以正确答案是 ABD。 3.考题示例 （ 2011宁夏卷） 21.如图，在光滑水平面上有一质量为 m1的足够长的木板，其上 叠放一质量为 m2的木块。假定木块和木板之间的最大静摩擦力和 滑动摩擦力相等。现给

21、木块施加一随时间 t增大的水平力 F=kt（ k 是常数），木板和木块加速度的大小分别为 a1和 a2，下列反映 a1 和 a2变化的图线中正确的是（ A） 解析：主要考查摩擦力和牛顿第二定律。木块和木板之间相对静 止时，所受的摩擦力为静摩擦力。在达到最大静摩擦力前，木块 和木板以相同加速度运动，根据牛顿第二定律 。木块 和木板相对运动时， 恒定不变， 。所以正确答 案是 A。 2121 mm ktaa 1 21 m gma gmkta 22 3.考题示例 (2011安徽卷 ) 9如图所示，倾角为 的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足 够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的两侧，绸带与斜面

22、间无摩擦。现将质量分别为 M、 m(Mm)的小物块同时轻放在斜 面两侧的绸带上。两物块与绸带间的动摩擦因数相等，且最大静 摩擦力与滑动摩擦力大小相等。在 角取不同值的情况下，下列 说法正确的有（ AC ） A两物块所受摩擦力的大小总是相等 B两物块不可能同时相对绸带静止 C M不可能相对绸带发生滑动 D m不可能相对斜面向上滑动 关于评讲课 (五 )必修 -1高考实验示例 （ 2008宁夏卷） 22.（ 15分） .物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的 动摩擦因数。实验装置如图，一表面粗糙的木板固定 在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块， 其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一

23、端通过跨 过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流 电源的频率为 50 Hz。开始实验时，在托盘中放入适 量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系 列小点。 (五 )必修 -1高考实验示例 （ 1）上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分： 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7是计数点，每相邻两计数点间还有 4个打点（图中未 标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度 a= (保留三位有效数字 )。 (2)回答下列两个问题： 为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有 。（填 入所选物理量前的字母） A.木板的长度 l B.木板的质量 m1 C.滑块的质量 m

24、2 D.托盘和砝码的总质量 m3 E.滑块运动的时间 t 测量中所选定的物理量时需要的实验器材 是 。 （ 3）滑块与木板间的动摩擦因数 （用被测物理量 的字母表示，重力加速度为 g） .与真实值相比，测量的动摩擦因 数 （填“偏大”或“偏小” ）。写出支持你的看法的一个 论 据： 。 (五 )必修 -1高考实验示例 （ 2011宁夏卷） 23.（ 10分） 利用图 1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加 速度。一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固 定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当 一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门 都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所

25、 用的时间 t。改变光电门甲的位置进行多次测量，每次 都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、 乙之间的距离 s，记下相应的 t值；所得数据如下表所 示。 (五 )必修 -1高考实验示例 (五 )必修 -1高考实验示例 完成下列填空和作图： （ 1）若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小 a、 滑块经过光电门乙时的瞬时速度 v1、 测量值 s和 t四个 物理量之间所满足的关系式是 _； (2)根据表中给出的数据，在图 2给出的坐标纸上画出 图线； （ 3）由所画出的 图线，得出滑块加速度的大小 为 a=_m/s2（保留 2位有效数字）。 (五 )必修 -1高考实验示例 解析：（ 1

26、）滑块做匀加速直线运动，利用 有 解得 （ 2） （ 3）由 可知，斜率绝对值为 a 即 ，解得 a=2m/s2 atvvvv t 0 2 和 21 tatsv tvatsvatts 121 2121 或 图线如图所示tts 121 vatts 21 221 ak 新课标高考实验试题特点： 立足基础、 重现情景 注重操作、寻求变化 要让学生克服 思维定势 ，增强 发散思维能力 ，就需要 通过一些 “教学智慧” 来打通一些实验，真正提高学 生的实验能力。 打点计时器是高中阶段进行物理实验 的一个重要器材，如果以实验得到的一条纸带作为研 究动力学的“根”，那么，通过一条纸带可以解读各 类直线运动、

27、牛顿运动定律、机械能守恒定律、动能 定理等动力学的问题。 打点计时器的纸带可以反映出运动学的所有物 理量 (初速度、末速度、加速度、时间、位移 )。 如果把它与牛顿第二定律结合起来考虑，可以 求出力 F。 实验复习的一些教学实践和思考 如果把它与动能定理结合起来考虑，可以求出合 外力做的功。 如果把打点计时器置于竖直方向使用，则可以得到重 力势能的变化量或动能的变化量。 s=aT2可以联系许多物理题的解答：闪光照片的处 理、平抛运动等“等时间间隔”的匀变速问题，以及逐差 法的应用。 如果把它与动量定理结合考虑可以求出合外力的冲量。 关 注 同 一 仪 器 的 多 种 用 途 1. 研究匀变速直

28、线运动 2. 探究弹力和弹簧伸长的关系 3. 验证力的平行四边形定则 4. 验证牛顿运动定律 5. 探究动能定理 6. 验证机械能守恒定律 利用打点计时器的纸带处理可以 把考纲要求的 4 个必考实验包含 进来 。 图 1 图 5 0 10 40 90 A B C D (单位 :cm) 图 6 光源 10 70 20 30 40 50 60 80 图 7 P1 n1 甲 p2 n2 乙 图 11 t2 t2 t1 t1 t3 t3 t4 t4 t5 t5 t7 t7 t6 t6 图 12 利用打点计时器的原理及纸带进行的 一些创新实验： Fb B A a b Fc A B c （ 09全国 I） 探究物体 在斜面上运动时摩擦力与 斜面倾角的关系 h1 h2 A B s 关 注 同 一 实 验 的 不 同 设 计 方 法 请设计一个测动摩擦因素的实验： （ 08宁夏）