人教版（2019）高中物理必修第一册 第4章《运动和力的关系》知识梳理（原卷+解析卷）

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第四章 运动和力的关系知识梳理第1节　牛顿第一定理一、牛顿第一定律1.内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。这就是牛顿第一定律。2.意义：(1)牛顿第一定律揭示了力和运动的关系；(2)牛顿第一定律揭示了力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因；(3)牛顿第一定律揭示了物体不受外力时，总保持匀速直线运动状态或静止状态。二、惯性1.定义：一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫做惯性。牛顿第一定律也被叫做惯性定律。2.特点：(1)惯性是物体的固有属性，不是外界强加给它的；(2)一切物体都具有惯性。3.惯性的“三性”4.惯性的具体表现形式(1)当物体不受外力或所受合外力为零时，惯性表现为保持原来的运动状态不变。原来静止的物体保持静止，原来运动的物体保持原来的速度继续运动。(2)当物体受到外力作用时，惯性表现为改变运动状态的难易程度，物体的惯性越大，它的运动状态越难改变。第2节　实验：探究加速度与力、质量的关系1.实验方法：控制变量法2.实验思路：本实验有三个需要测量的量：物体的质量M、物体所受的作用力F和物体的加速度a。测出它们的值，分析数据，得出结论。(1)质量M：用天平测量。(2)测量物体的加速度a方案一：利用打点计时器打出的纸带测量小车的加速度a。“逐差法”求解加速度：Δx＝aT2，xm－xn＝(m－n)aT2(m>n)方案二： 让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动，在相等的时间内，由x＝eq \f(1,2)at2知eq \f(x1,x2)＝eq \f(a1,a2)，把测量加速度转换成测量位移。(3)测物体受到的拉力F方案一：用阻力补偿法补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，小车所受的拉力近似等于槽码的总重力。阻力补偿后，绳的拉力F为小车所受合外力，绳的拉力F＝mg须满足m≪M的条件，其中m为槽码质量，M为小车质量。方案二：用传感器或弹簧测力计测拉力3.实验结论：（1）加速度和力的关系：以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作出a－F关系图像，如图所示：（2）加速度和质量的关系以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M或eq \f(1,M)为横坐标作出a－M或a－eq \f(1,M)关系图像，如图所示：（3）实验结论①保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受合外力F成正比。②在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。第3节　牛顿第二定律一、牛顿第二定律及其表达式1.内容：物体加速度的大小跟它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.表达式：F＝kma，k是比例系数，F是物体所受的合力。二、力的单位1.比例系数k的意义：F＝kma中k的数值由F、m、a三个物理量的单位共同决定，若三量都取国际单位，则k＝1，所以牛顿第二定律的表达式可写成F＝ma。2.力的单位：牛顿，符号是N。3.1 N的物理意义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力，称为1 N，即1 N＝1kg·m/s2三、对牛顿第二定律的进一步理解1.对表达式F＝ma的理解：(1)单位统一：表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。(2)F的含义：指的是物体所受的合力。(3)“＝”的含义：不仅表示左右两边数值相等，也表示方向相同，即物体加速度的方向与它所受合力的方向相同。2.牛顿第二定律的五个性质(1)因果性：力是使物体产生加速度的原因(2)矢量性：F＝ma是一个矢量式，应用时应先规定正方向。(3)瞬时性：合力与加速度具有瞬时对应关系。(4)同一性：合力与加速度对应同一研究对象。(5)独立性：作用于物体上的每一个力各自产生加速度，F1＝ma1，F2＝ma2…而物体的实际加速度则是每个加速度的矢量和，合力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律，如Fx＝max，Fy＝may。3.加速度两种表达式的比较4.牛顿第一定理和牛顿第二定律的比较(1)牛顿第一定律指出了力是产生加速度的原因，指出一切物体都有惯性，牛顿第一定理不是一个实验定律。(2)牛顿第二定律指出了描述物体惯性的物理量是质量的含义，即在确定的作用力下，决定物体运动状态变化难易程度的因素是物体的质量。牛顿第二定律是一个实验定律。(3)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的一种特例。三、瞬时加速度问题四、常见的瞬时性问题模型(1)轻绳、轻杆模型不发生明显形变就能产生弹力，剪断(或脱离)后，形变恢复几乎不需要时间，故认为弹力可以立即改变或消失。(2)轻弹簧、橡皮条模型的形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时性问题中，它们的自由端连接有物体时其弹力的大小不能突变，往往可以看成是不变的。（二）求解瞬时性问题的步骤1.分析瞬时变化前各物体的受力；2.判断瞬时变化时哪些力发生突变，哪些力不变：3.分析变化后各物体的受力；4.根据牛顿第二定律求解各物体的加速度。第4节　力学单位制一、基本单位1.物理关系式的功能：物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时，也确定了物理量的单位之间的关系。2.基本量与基本单位：只要选定几个物理量的单位，就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位，这些被选定的物理量叫作基本量，它们相应的单位叫作基本单位。3.导出量与导出单位：由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量叫作导出量，推导出来的相应单位叫作导出单位。二、国际单位制1.单位制：基本单位和导出单位一起组成了单位制。2.国际单位制：是一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制。3.国际单位制中的七个基本物理量和相应的基本单位第5节　牛顿运动定律的应用一、动力学两类基本问题1.两个分析：(1)过程分析：逐一分析不同过程运动特点，找出相邻过程的联系点。(2)受力分析：逐过程分析物体受力，注意摩擦力、弹力可能变化。2.一个桥梁：3.两类问题的解题步骤：传送带模型板块模型第6节　超重和失重1.重力的测量方法一：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得G＝mg。方法二：利用力的平衡条件对重力进行测量。2.超重和失重(1)超重现象：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现象。(2)失重现象：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现象。(3)完全失重现象：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象。物体的重力始终存在，大小没有变化。3.超重和失重的条件(1)当加速度方向向上时，物体发生超重现象，(2)当加速度方向向下时，物体发生失重现象。普遍性一切物体皆有惯性，惯性是物体的固有属性相关性惯性仅与物体的质量有关，与物体的受力或运动情况等无关唯一性质量是惯性大小的唯一量度大小与v、∆v大小无关，由∆v/∆t决定与F合成正比，与m成反比方向与∆v方向一致与F合方向一致类别弹力表现形式弹力方向能否突变轻绳拉力沿绳收缩方向能橡皮条拉力沿橡皮条收缩方向不能轻弹簧拉力、支持力沿弹簧轴线方向不能轻杆拉力、支持力不确定能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(公斤)kg时间t秒s电流I安[培]A热力学温度T开[尔文]K发光强度I，(Iv)坎[德拉]cd物质的量n，(ν)摩[尔]mol加速度关系如果滑块与木板之间没有发生相对运动，可以用“整体法”求出它们一起运动的加速度；如果滑块与木板之间发生相对运动，应采用“隔离法”分别求出滑块与木板运动的加速度。应注意找出滑块与木板是否发生相对运动等隐含条件速度关系滑块与木板之间发生相对运动时，明确滑块与木板的速度关系，从而确定滑块与木板受到的摩擦力。应注意当滑块与木板的速度相同时，摩擦力会发生突变的情况位移关系滑块与木板叠放在一起运动时，应仔细分析滑块与木板的运动过程，明确滑块与木板对地的位移和滑块与木板之间的相对位移之间的关系