高一上学期物理人教版 必修第一册第四章：力与运动的关系 学案

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第四章：力与运动的关系第一节：牛顿第一定律
1、物理学史①亚里士多德观点：力是维持物体运动状态的原因②伽利略观点：如果没有摩擦力，水平面上的物体一旦具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去。即力不是维持物体运动的原因③笛卡尔观点：若运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来，也不偏离原来的方向。
 2、牛顿第一定律
内容：一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。又叫惯性定律
意义：①揭示了力与运动的关系：力是改变物体运动状态的原因（即力是产生加速度的原因）；
      ②定义了惯性：任何物体都具有保持原来运动状态的性质。

3、惯性
定义：物体所具有的保持原来静止状态或匀速直线运动状态的性质。
理解：①物体固有属性，②大小只与质量有关③惯性不是力，不能说物体受惯性④惯性大小        反映物体运动状态改变的难易程度

4、惯性系和非惯性系
对一切运动的描述，都是相对于某个参考系的。参考系选取的不同，对运动的描述，或者说运动方程的形式，也随之不同。在有些参考系中，不受力的物体会保持相对静止或匀速直线运动状态，其时间是均匀流逝的，空间是均匀和各向同性的。在这样的参考系内，描述运动的方程有着最简单的形式，此参考系就是惯性参考系(惯性系)。
非惯性参照系(非惯性参考系)是相对某惯性参考系作非匀速直线运动的参考系，又称非惯性坐标系，简称非惯性系。非惯性系中，描述物体的运动规律虽仍可使用牛顿运动定律，但作用在物体上的力，除了外力还要附加牵连惯性力与科氏惯性力，这两个力不服从通常的力的定义，可是在非惯性系中能产生力的效果。物体相对非惯性系处于静止状态时，科氏惯性力为零，只受牵连惯性力的作用，这就是通常所说的惯性力。火箭发射时惯性力与宇航员所受的重力方向一致，航天员处于超重状态；航天器在轨道上运行时惯性力与宇航员所受的重力方向相反、大小相等，航天员处于完全失重状态 。


第二节：实验：探究加速度与力（小盘和砝码的质量）、质量的关系
1、实验方法
控制变量法
 2、实验步骤
①用天平测出小车的质量M、小盘和砝码的总质量m，记录下测量数值②组装实验器材，不把悬挂小盘的细线系在小车上③将长木板远离滑轮的一端垫高一些，平衡摩擦力④把细线系在小车上冰绕过定滑轮悬挂小盘，先接通电源再释放小车。打点完后切断电源，取下纸带，在打点纸带上标上号码⑤保持小车质量不变，改变小盘内砝码质量，重复④⑥用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，并画出a-F图像⑦保持小盘及砝码质量不变，在小车上依次加砝码，重复④，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和小车内砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果描出相应的点，并画出图像 3、实验关系①控制好小车质量与悬挂物质量的关系实验中用悬挂物的重力代替小车所受的拉力，这只是一个近视值，假设小车质量为M，悬挂物的质量为m，对小车和悬挂物分别应用牛顿第二定律有F拉=Ma即mg-F拉=ma则小车所受拉力可见，只有M恒大于m时F拉≈Ma②平衡好摩擦力调节木板倾斜度时，应调节到“给小车一个很小的初速度后，小车恰好匀速下滑”为止 4、由纸带求运动物体的加速度（逐差法）
比如：，，所以  5、实验图像的分析当小车质量M一定时，a-F图像如图所示①图像过原点时，表明平衡摩擦力合适，如图A
②图像在a轴截距为正数时表明F=0时，小车就有加速度a=a0,即长木板的倾角过大，平衡摩擦力过度，如图B③图像与F轴相交时，表明小车加上拉力F=F0时，其加速度a=0，即长木板的倾角过小或者没有平衡摩擦力，如图C 第三节：牛顿第二定律
1、牛顿第二定律
①内容：物体加速度的大小跟他受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同
②公式：F=ma
③单位：在国际单位制中，力的单位是牛顿，符号是N，它表示的意义：使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力叫1N，即1N=1kg∙m/s22、理解
同体性：F、m、a针对同一物体
矢量性：加速度的方向跟合力的方向相同
瞬时性：牛顿第二定律揭示的是力的瞬间效果，合力改变，加速度随即改变，合力与加速度存在一一对应的瞬时关系
独立性：作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度，合力产生的加速度等于各个加速度的矢量和
同单位制：应用牛顿第二定律，需要注意单位的统一：在国际单位制中，合力F的单位是N，质量m的单位是kg，加速度a的单位是m/s2
局限性：该定律仅在惯性系中成立
3、力与运动的关系
①力是改变物体运动状态的原因。即力产生加速度，从而引起速度变化②为加速度的定义式，而为加速度的决定式 第四节：力学单位制1、单位制①基本量和基本单位只要选好几个物理量的单位，就可以利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位。被选好的物理量叫基本量，它们的单位叫基本单位②导出单位根据物理公式和基本单位推导得到的其他物理量的单位③单位制基本单位和导出单位一起组成了单位制④国际单位制（国际通用、包括一切计量领域）国际单位制是在公制基础上发展起来的单位制，于1960年第十一届国际计量大会通过，推荐各国采用，其国际简称为SI。2、国际单位制中的基本物理量和基本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克kg时间t秒s电流I安培A热力学温度T开尔文K物质的量n，（v）摩尔mol发光强度I，（Iv）坎德拉cd 第五节：牛顿运动定律的应用1、动力学的两类基本问题①从受力确定运动情况即知道物体受到的所有作用力，运用牛顿第二定律求出加速度，结合物体运动的初始条件，就可以运用运动学公式求出物体的运动情况②从运动情况确定受力即知道物体的运动情况，求出物体的加速度，再运用牛顿第二定律求出物体所受的力③加速度是物体受力和运动联系起来的纽带          2、正交分解法在动力学问题中的运用①正交分解法是运用牛顿第二定律解题的最基本方法，物体受到三个或三个以上不再同一直线上的力时，一般都用正交分解法②牛顿第二定律的正交分解表示方法Fx合=F1x+F2x+F3x+…=maxFy合=F1y+F2y+F3y+…=may③建立坐标系时通常有两种情况分解力而不分解加速度：此时一般规定a的方向为x轴的方向分解加速度而不分解力：若物体受到几个相互垂直的力作用时，在建立坐标系时，使尽可能多的力位于两坐标轴上，而分解加速度3、共点力的平衡条件①平衡状态：物体处于静止状态或匀速直线运动状态②平衡条件：合力为零（F合=0）③平衡条件的推论：物体在多个共点力作用下处于平衡状态时，其中的一个力与其余力的合力等大、方向物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，表示这三个力的有向线段通过平移，必构成封闭的矢量三角形④共点力平衡的正交分解法物体所受合外力为0，则在任一方向上物体所受合力都为0，如果把物体所受各个力进行正交分解，则平衡条件还可表示为Fx合=F1x+F2x+F3x+…=0；Fy合=F1y+F2y+F3y+…=0物体受三个及三个力以上共点力作用而处于平衡状态时，采用正交分解法求解较为方便。把物体受到的力分解到相互垂直的x轴和y轴上，利用Fx合=0；Fy合=0，把复杂的矢量运算转化为简单的代数运算。⑤图解法求解动态平衡问题若物体受到三个力作用而处于平衡状态，其中一个力的大小、方向都不变，第二个力的方向不变，第三个力的大小和方向都变化时，分析各力变化情况用图解法更简单、直观。 第六节：超重和失重1、比较超重和失重项目超重失重完全失重定义物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的情况物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的情况物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为零的情况产生条件物体有向上的加速度物体有向下的加速度加速度大小为g，方向竖直向下视重F=m(g+a)F=m(g-a)F=0 2、超重和失重的理解①重力是由地球的吸引而使物体受到的力。即无论是超重还是失重，物体本身的重力不会随其运动状态改变而发生改变②超重和失重，是视重的改变，只是物体受到的拉力（或支持力）的增大或减小③完全失重状态下，由重力引起一切物理现象都会消失④根据加速度方向判断超重还是失重，注意与速度方向无关。即加速度方向向上（或具有向上的加速度分量），为超重加速度方向向下（或具有向下的加速度分量），为失重