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,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。”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

2、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，

3、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

4、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)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

5、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

6、，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Fa(对标准物体)(4.1)再规定使标准物体产生某个加

7、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/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

8、速度成正比，即Fa”这时的Fa已不再是一个规定，而是实验定律。,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分别由物体“0

9、”、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。,2.重难点分析,现在我们可以对物体“1”和“2”做上述实验，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

10、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。,2.重难点分析,牛顿第二定律的矢量式和分量式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

11、量；ax、ay分别为a沿x、y轴的分量。,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

12、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

13、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m11 kg，静止在光滑水平面上的木板B的质量为m20.5 kg、长

14、L1 m，某时刻A以v04 m/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),A0F3 N B0F5 NC1 NF3 N D1 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，N2始终减小D.N1先增大后减小，N2先减小后

15、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

16、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】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

17、，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。,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

18、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。,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

19、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 CM不可能相对绸带发生滑动 Dm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

20、电磁打点计时器的纸带相连，另一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m2 D.托盘和砝码的总质量

21、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

22、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）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,新课标高考实验试题特点：,立足

23、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、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

24、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5,利用打点计时器的原理及纸带进行的一些创新实验：,（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,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）,