第四章 牛顿运动定律 导学案

牛顿运动定律

课时4.1　牛顿第一定律
核心素养
知道伽利略理想实验；掌握牛顿第一定律；了解惯性与质量的关，会运用此规律解释生活中的一些物理现象。
培养学生的观察能力、抽象思维能力及应用定律解决实际问题的能力?。
通过本节的学习要让学生建立起正确的认识论与方法论的观点，同时体会到人们认识世界的长期性和艰巨性；培养学生严谨的科学态度和作风，积极探索的创新精神，敢于向权威提出质疑和挑战的非凡勇气，不断地追求真理。
自学、自研
1.古希腊哲学家亚里士多德根据经验事实得到结论:必须有力作用在物体上,物体才能运动,没有力的作用,物体就要停止运动,所以说,力是维持物体①　　　　的原因。
2.伽利略理想实验:伽利略注意到,当一个球沿斜面向下滚动时,它的速度增大,而向上滚动时,它的速度减小。因此,他猜想当球沿水平面滚动时,它的速度应该是既不增大也不减小,实际中球越滚越慢,伽利略认为是摩擦阻力的缘故。据此,他判断:若没有摩擦阻力,球将永远滚动下去。伽利略通过研究理想斜面实验,得出的结论是:力不是②　　　　　　　　的原因,而恰恰是③　　　　　　　　的原因。
3.牛顿第一定律:一切物体总保持④　　　　状态或⑤　　　　　　　　状态,除非作用在它上面的外力迫使它⑥　　　　这种状态。该定律也叫作⑦　　　　。
4.惯性:物体保持原来的⑧　　　　状态或⑨　　　　　　　　　　　　　状态的性质。
惯性是物体的固有属性,与物体的⑩　　　　及　　　　无关。物体的惯性有大小,惯性的大小由　　　　来量度。
5.锤头松了,木工常常使锤柄向下,迅速撞击工作台或其他物体,锤柄很快停下来,锤头由于　　　　,保持原来向下的速度运动,便紧紧地套在锤柄上。
问题设置
亚里士多德认为的物体的运动需要力来维持的观点正确吗?

伽利略理想实验中把斜面变成水平之后的现象是实验事实还是合理外推?

3.牛顿第一定律是通过实验得出的定律吗?

4.惯性与物体的形状、大小及运动状态有关系吗?









思考训练
1.伽利略是从什么样的日常现象中想到“若没有摩擦力,在水平面上滚动的小球将永远运动下去”的?


2.如图所示,一个玻璃杯内盛半杯水,上面盖一块塑料板,板上放一只鸡蛋,用小木棒猛击塑料板,塑料板离杯飞出,鸡蛋却稳稳地落入杯中。如何解释这一现象?
3.伽利略的斜面实验说明了(　　)。
A.要使物体运动必须有力作用,没有力的作用物体将静止
B.要使物体静止必须有力的作用,没有力的作用物体就运动
C.运动的物体不受外力作用时,总保持原来的匀速直线运动状态
D.物体不受外力作用时,一定处于静止状态
4.(多选)由牛顿第一定律可知(　　)。
A.物体的运动是依靠惯性来维持的
B.力停止作用后,物体的运动就不能维持
C.物体做变速运动时,一定有外力作用
D.力是改变物体惯性的原因

互学互研
(1)请阅读教材“理想实验的魅力”的内容,说说在研究力和运动的关系过程中三位代表人物的主要观点。
(2)亚里士多德认为“必须有力作用在物体上,物体才能够运动”。他的这种观点与我们平时的直观感觉相吻合,你觉得这种观点对吗?请分析这种认识产生的原因。
(3)请尝试总结伽利略理想斜面实验的步骤和结论。(可以结合下图的物理情景)

(4)请同学们讨论回答:为什么说伽利略理想实验方法是科学的,结论是可靠的?
1.物体怎样才能保持匀速直线运动状态?

2.为什么牛顿第一定律又叫作惯性定律?惯性定律就是惯性吗?

(3)牛顿第一定律能用实验验证吗?
(1)高铁的列车时速可以达到400多千米,是世界上最快的火车。有的同学认为:火车变快了,其惯性变大了,所以难刹车。他的认识正确吗?




(2)下列事例中,利用了物体的惯性的是(　　)。

深学深研

1.下列说法中正确的是(　　)。
A.没有力的作用,物体就要停下来
B.物体只受到一个力的作用时,其运动状态一定改变
C.物体处于静止状态时才有惯性
D.做加速运动的物体没有惯性

2.伽利略设计了一个理想实验,如图所示:
①两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面;②如果没有摩擦,小球将上升到原来释放的高度;③减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度;④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持续的匀速运动。
在上述的设想步骤中,有的属于可靠的事实,有的则是理想化的推论。下列有关事实和推论的分类正确的是(　　)。
A.①是事实,②③④是推论
B.②是事实,①③④是推论
C.③是事实,①②④是推论
D.④是事实,①②③是推论

3.歼击机在进入战斗状态时要丢掉副油箱,这样做是为了(　　)。
A.减小重力,使运动状态保持稳定
B.增大速度,使运动状态易于改变
C.增大加速度,使运动状态不易变化
D.减小惯性,有利于运动状态的改变

4.在向前行驶的客车上,驾驶员和乘客的身体姿势如图所示,则对客车运动情况的判断正确的是(　　)。

A.客车一定做匀加速直线运动
B.客车一定做匀速直线运动
C.客车可能是突然减速
D.客车可能是突然加速


课时4.2　实验:探究加速度与力、质量的关系

核心素养
理解物体运动状态的变化的快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关；通过实验探究加速度与力的定量关系。
2.通过实验探究，培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度；通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神；培养学生的团队合作精神。


自学自研
1.物体运动状态变化的快慢,也就是物体加速度的大小,与物体的①　　　　有关,还与②　　　　的大小有关。
2.探究加速度与力的关系的基本思路:保持物体的③　　　　不变,测量物体在不同的外力作用下的加速度,分析加速度与力的关系。如果加速度a与力F成正比,则a-F图象是一条过④　　　　　　。
3.探究加速度与质量的关系的基本思路:保持物体⑤　　　　　　不变,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,分析加速度与质量的关系。如果加速度a与质量m成反比,则⑥　　　　　　　　　　图象就是一条过原点的直线。

1.关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验,下列说法中符合实际的是(　　)。
A.通过同时改变小车的质量和小车受到的拉力,归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B.通过保持小车的质量不变,只改变小车的拉力,就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C.通过保持小车的拉力不变,只改变小车的质量,就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
D.先保持小车的质量不变,研究加速度与力的关系;再保持小车的拉力不变,研究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系


2.如图所示,在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2,车中所放砝码的质量分别为m1、m2,打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2,则在实验误差允许的范围内,有(　　)。
A.当m1=m2、F1=2F2时,如果有x1=2x2,则可以得出当质量一定时a∝F的结论
B.当m1=m2、F1=2F2时,如果有x2=2x1,则可以得出当质量一定时a∝F的结论
C.当F1=F2、m1=2m2时,如果有x1=2x2,则可以得出当质量一定时a∝1/m的结论
D.当F1=F2、m1=2m2时,如果有x2=2x1,则可以得出当质量一定时a∝1/m的结论





3.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响,关于该操作环节,下列四种装置图中正确的是(　　)。


4.下列关于“探究加速度与力、质量的关系”实验的说法中正确的是(　　)。
A.在探究加速度与质量的关系时,只需测量一次,记录一组数据即可
B.在探究加速度与质量的关系时,为了直观判断两者间的关系,应作出a-图象
C.在探究加速度与力的关系时,只需测量一次,记录一组数据即可
D.在探究加速度与力的关系时,作a-F图象应该用折线将所描绘的点依次连接

互学互研
(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,研究三个物理量之间的关系时,实验的基本思路体现了哪种实验方法?
(2)在这个实验中研究的对象是小车,我们怎样改变和测量它们的质量?
(3)如果实验中发现所研究的两个物理量之间不是一次函数关系,那么直接描绘它们的关系图象会是直线么?应该采取什么方法画图象才能比较直观地发现物理量之间的关系?
加速度是物体速度的变化率,请阅读教材中“怎样测量(或比较)物体的加速度”标题下面的内容,结合教材中的参考案例分析下列问题。
(1)实验中应怎样测量(或比较)物体的加速度?
(2)在“参考案例一”中如何控制两小车具有相同的运动时间?本实验方案会引起哪些误差?
请你根据本节课提供的实验仪器并阅读教材中“怎样提供并测量物体所受的恒力”的内容,结合“参考案例二”,思考讨论下列问题。
(1)如何测量小车所受的合外力?
(2)长木板一端垫高一些后,如何确定恰好平衡了摩擦力?
(3)绳子的拉力等于钩码的重力吗?为什么?什么情况下钩码的重力可以近似等于绳子的拉力(小车所受的合外力)?

实验结束后,根据自己的实验方案得出实验数据后,请阅读教材中“怎样由实验结果得出结论”标题下面的内容及其相关内容并讨论问题。
(1)在探究“加速度与力的关系”时,若由实验结果画出的小车运动的a-F图线是一条并不过原点的直线,说明实验中存在什么问题?图线的斜率有何物理意义?
(2)在探究“加速度与质量的关系”时,发现加速度与质量成反比,则实验结果画出的a-m图线是一条直线还是曲线?为了更加直观地体现它们的关系,应如何处理?
1.在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下,加速度和作用力之间的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是(　　)。
A.建立理想模型的方法　　　B.控制变量法
C.等效替代法 D.类比法
2.(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,下列说法正确的是(　　)。
A.平衡摩擦力时,小盘应用通过定滑轮的细线系在小车上,但小盘内不能装砝码
B.实验中应始终保持小车和车内砝码的质量远远大于砝码和小盘的质量
C.实验中如用纵坐标表示加速度,用横坐标表示小车和车内砝码的总质量,描出相应的点在一条直线上时,即可证明加速度与质量成反比
D.平衡摩擦力时,小车后面的纸带必须连好,因为运动过程中纸带也要受到阻力
3.(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,关于小车所受的合力,下列叙述中正确的是(　　)。
A.小车所受合力就是所挂吊盘和砝码的重力
B.小车所受合力的大小等于吊盘和砝码通过细绳对小车所施加的拉力
C.只有平衡摩擦力后,小车所受合力才等于细绳对小车的拉力
D.只有平衡摩擦力后,且小车的质量M远大于吊盘与砝码的总质量时,才可以认为小车所受合力等于吊盘和砝码的重力
4.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,为了平衡摩擦力,需要在长木板的下面垫一木块(木块垫在没有滑轮的一端),反复移动木块的位置,直到测出小车所拖纸带上的各个相邻计数点之间的距离都　　　　为止。这时小车在斜面上所做的是　　　　运动,小车拖着纸带运动时受到的阻力恰好与小车的　　　　　　　　　　平衡。
深学深研
2.某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及物体质量m关系的实验,图甲为实验装置简图(所用电源的频率为50 Hz)。

甲
(1)图乙为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为　　　　m/s2。(结果保留2位有效数字)

乙
(2)保持砂和砂桶的质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的,数据如下表:


序　号 1 2 3 4 5 6 7 8
小车加速度a/(m·s-2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30
小车质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67
1/m/kg-1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60

请在图丙的坐标纸中画出a-1/m图线,由图线可得小车的加速度a与质量的倒数1/m之间的关系式为　　　　　。

丙　　　　　　　　　　　　　　丁
(3)保持小车的质量不变,改变砂和砂桶的质量,该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线,如图丁所示,该图线不通过原点,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。

1.实验台上备有下列器材:A.打点计时器、纸带及复写纸片;B.附有定滑轮的长木板;C.小车;D.砝码;E.钩码;F.托盘、细绳;G.若干导线;H.秒表;I.天平(附砝码);J.刻度尺;K.弹簧秤;L.6 V蓄电池;M.学生电源。
探究加速度与力、质量的关系实验需要的器材:　　　　　　。
2.在利用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,以下做法正确的是(　　)。
A.平衡摩擦力时,应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,后接通电源
D.“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足,对探究过程也不会产生影响
3.在保持小车质量m不变,探究加速度a与力F的关系时,小车的质量m和小盘及盘中砝码的总质量m'分别选取下列四组值。若其他操作都正确,要使所画出的a-F图线较准确,应选用的一组值是(　　)。
A.m=500 g,m'分别为50 g、70 g、100 g、125 g
B.m=500 g,m'分别为20 g、30 g、40 g、50 g
C.m=200 g,m'分别为50 g、70 g、100 g、125 g
D.m=100 g,m'分别为30 g、40 g、50 g、60 g
4.“探究加速度与力、质量的关系”实验如下:
(1)在探究物体的加速度与力的关系时,应保持　　　　不变,分别改变施加在物体上的力F,测出相对应的加速度a。
(2)在探究物体的加速度与物体的质量的关系时,应保持　　　　　　　　　　　不变,改变物体的质量m,分别测出相应的加速度a。
(3)如果a-1/m图象是通过原点的一条直线,则说明(　　)。
A.物体的加速度a与质量m成正比
B.物体的加速度a与质量m成反比
C.物体的质量m与加速度a成正比
D.物体的质量m与加速度a成反比
(4)如果a-F图象是通过原点的一条直线,说明物体的加速度a与施加在物体上的力成　　　　关系。



课时4.3　牛顿第二定律

核心素养
让学生明确物体的加速度只与力与和质量有关，并通过实验探究它们之间的定量关系；培养学生获取知识和设计实验的能力。
在探究过程中，渗透科学研究方法（控制变量法、实验归纳法、图象法等）。
3.通过学生之间的讨论、交流与协作探究，培养团队合作精神；让学生在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，增进学习物理的情感。
自学自研
1.物体的加速度大小跟①　　　　成正比,跟②　　　　　　成反比。这就是牛顿第二定律,其数学表达式为:F=③　　　　。
2.加速度和力都是矢量,它们都是有方向的。牛顿第二定律不但确定了加速度和力的大小之间的关系,还确定了它们的④　　　　的关系:加速度的方向跟⑤　　　　　　　　　　的方向相同。
3.在国际单位制中,力的单位是⑥　　　　,符号是⑦　　　　。它是根据牛顿第二定律定义的:使质量为⑧　　　　的物体产生⑨　　　　加速度的力为1 N。

1.(多选)关于a与F的关系,下列说法正确的是(　　)。
A.只有物体受到力的作用,物体才具有加速度
B.力恒定不变,速度也恒定不变
C.力随着时间改变,加速度也随着时间改变
D.力停止作用,加速度也随即消失
2.由牛顿第二定律F=ma可知,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度,可是当一个小朋友用力去推很重的桌子时,却推不动,这是因为(　　)。
A.牛顿第二定律不适用于静止的物体
B.桌子加速度很小,速度增量也很小,眼睛观察不到
C.推力小于桌子所受到的静摩擦力,加速度为负值
D.桌子所受的合力为零,加速度为零
3.一个物体受到4 N的力作用时,产生的加速度是2 m/s2,那么这个物体在6 N的力作用下,产生的加速度大小是(　　)

A.1 m/s2 B.3 m/s2
C.5 m/s2 D.6 m/s2

4.车厢底部有一质量m=5 kg的物体,如图所示,当小车以7.5 m/s2的加速度向右加速运动时,物体与小车始终保持相对静止,试分析物体的受力情况,并求出各力的大小。



互学互研
主题1:牛顿第二定律
(1)通过上一节的实验,我们知道物体的加速度与物体的合力成正比,与物体的质量成反比。那么,我们如何用数学式子把这个结论表示出来?
(2)如图所示,在光滑水平面上的物体受一大小不变、方向向右的力F1的作用。那么,物体的加速度a1的方向如何?一段时间后,将F1的方向改为向左,那么这时物体的速度v的方向如何?加速度a2的方向如何?由此可以得到什么结论?

(3)应如何进一步理解牛顿第二定律的同向性、同时性、同体性?

主题2:牛顿第二定律的应用
(1)如果物体受几个力的共同作用,怎样求物体的加速度呢?
(2)若一个物体受到的合力为恒力,那么物体的加速度也是恒定不变的吗?
(3)应用牛顿第二定律解题常有两种方法,分别是矢量合成法和正交分解法。试总结这两种方法的具体含义。

深学深研

1.如图所示,马拖着一根质量为m的光滑树干在水平地面上做匀加速直线运动,加速度为a。已知马对树干的水平拉力大小为F1,树干对马的拉力大小为F2,则由牛顿第二定律可知(　　)。
A.F2=ma　　　　　　B.F1-F2=ma
C.F1+F2=ma D.F1=ma
2.如图所示,对静止在光滑水平面上的物体施加一水平拉力,当力刚开始作用的瞬间(　　)。

A.物体立即获得速度
B.物体立即获得加速度
C.物体同时获得速度和加速度
D.由于物体没有来得及运动,所以速度和加速度都为零
3.(多选)在牛顿第二定律的数学表达式F=kma中,有关比例系数k的说法中正确的是(　　)。
A.k的数值由F、m、a的数值决定
B.k的数值由F、m、a的单位决定
C.在国际单位制中,k=1
D.在任何情况下k都等于1
4.质量为m的物体,在两个大小相等、夹角为120°的共点力作用下,产生的加速度大小为a。当两个力的大小不变,夹角变为0°时,物体的加速度大小变为　　　　;夹角变为90°时,物体的加速度大小变为　　　。



拓展一:牛顿第二定律的瞬时性

1.如图所示,一根轻质弹簧固定在天花板上,下端系着质量为m的物体A,A的下面再用细线挂另一质量为m的物体B。平衡时将线剪断,在此瞬间A和B的加速度大小分别为(　　)。
A.aA=g,aB=0
B.aA=g,aB=g
C.aA=g,aB=2g
D.aA=0,aB=g
拓展二:牛顿第二定律的简单应用
2.质量为1 kg的物体静止在光滑水平面上,某时刻开始,用一水平向右的大小为2 N的力F1拉物体,则:
(1)物体产生的加速度是多大?2 s后物体的速度是多少?
(2)若在2 s末给物体加上一个大小也是2 N的水平向左的拉力F2,则物体的加速度是多少?4 s末物体的速度是多少?
拓展三:结合牛顿第二定律和正交分解法求物体的加速度

甲
3.如图甲所示,质量m=2 kg的物体放在水平地面上,其与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2。现对物体施加与水平方向成37°角斜向右上方、大小为10 N的拉力F,使之向右做匀变速直线运动,求物体运动的加速度。(取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
拓展四:从部分物体的受力推断整体运动状态

甲
4.如图甲所示,沿水平方向做匀加速直线运动的车厢中,悬挂小球的悬线偏离竖直方向的角度θ=37°,小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg(g取10 m/s2)。则车厢运动的加速度的方向和大小分别是(　　)。
A.向左,a=7.5 m/s2
B.向右,a=7.5 m/s2
C.向右,a=10.5 m/s2
D.向左,a=10.5 m/s2










课时4.4　力学单位制
核心素养
了解什么是单位制，知道力学中的三个基本单位；认识单位制在物理计算中的作。
使学生理解建立单位制的重要性，了解单位制的基本思想；了解度量衡的统一对中国文化的发展所起的作用，培养学生的爱国主义情操。

自学自研

1.物理公式在确定物理量的数量关系的同时,也确定了物理量的①　　　　关系。因此,我们可以选定几个物理量的单位作为基本单位,根据物理量之间的关系推导出其他物理量的单位,这些推导出来的单位叫作②　　　　。③　　　　和④　　　　一起组成了单位制。
2.国际单位制:1960年第11届国际计量大会制订了一种⑤　　　　的包括一切计量领域的单位制,叫作国际单位制,简称⑥　　　　。
3.在力学范围内,国际单位制中规定了三个基本量,即⑦　　　　、⑧　　　　、⑨　　　　,它们对应的基本单位分别是⑩　　　　、　　　　、　　　　。
互学互研
主题1:力学单位制
(1)国际单位制中基本单位有几个?力学范围内,国际单位制中的基本单位是哪几个?
(2)什么是导出单位?举出几个力学中导出单位的例子。
主题3:力学单位制在解题中的应用
一次,小明在做物理作业时,推导出某物体运动时的位移x、初速度v0、加速度a和时间t之间有下面的关系:x=v0t2+at3,小明以为发现了一条新的运动规律,高兴地拿去给老师看。老师一看,立即遗憾地告诉他,这个公式是错误的,不可能有满足这个公式的运动。请问老师为什么说该式是错误的?
1.在国际单位制中,力学的三个基本单位是(　　)。
A.N、m、s　　　　　　　　B.kg、m、s
C.N、kg、s D.N、kg、m
2.(多选)下列物理量的单位是导出单位的是(　　)。
A.力的单位N B.压强的单位Pa
C.长度的单位m D.加速度的单位m/s2
3.测量国际单位制规定的三个力学基本物理量分别可用的仪器是(　　)。
A.米尺　测力计　秒表
B.米尺　测力计　打点计时器
C.量筒　天平　秒表
D.米尺　天平　秒表
4.导出单位是由基本单位组合而成的,下列说法正确的是(　　)。
A.加速度的单位是m/s2,是由m和s两个基本单位组合而成的
B.加速度的单位是m/s2,由公式可知它是由m/s和s两个基本单位组合而成的
C.加速度的单位是m/s2,由公式a=可知它是由N和kg两个基本单位组合而成的
D.以上说法均正确
三、深学深研

1.(多选)下列单位与N等价的是(　　)。
A.kg·m/s2 B.J/m
C.kg·m/s D.m2/(kg·s)
2.(多选)物理学中把物体的质量与速度的乘积叫作物体的动量p,则关于动量的单位正确的是(　　)。
A.kg·m/s B.N·s
C.N·m D.·
3.(多选)下列叙述中正确的是(　　)。
A.在力学的国际单位制中,将力的单位、质量的单位、长度的单位选定为基本单位
B.牛、千克米每二次方秒都属于力的单位
C.在厘米、克、秒制中,重力加速度g的值等于9.8 cm/s2
D.在力学计算中,没有特殊说明,所有物理量的单位都应取国际单位
4.(多选)质量m=200 g的物体,测得它的加速度a=20 cm/s2,则关于它所受的合力的大小及单位,下列运算既正确又符合一般运算要求的是(　　)。
A.F=200×20=4000 N
B.F=0.2×0.2=0.04 N
C.F=0.2×0.2 N=0.04 N
D.F=0.2 kg×0.2 m/s2=0.04 N
5.在一道由字母表达结果的计算题中,一个同学解得位移x=(t1+t2),用单位制的方法检查,这个结果(　　)。
A.可能是正确的
B.一定是错误的
C.如果用国际单位制,结果可能正确
D.用国际单位制,结果错误,如果用其他单位制,结果可能正确


















课时4.5　牛顿第三定律
核心素养
知道力的作用是相互的，理解作用力和反作用力的概念；掌握牛顿第三定律，并能用它解释生活中的有关问题；理解“一对平衡力”和“一对作用力、反作用力”的不同。
通过用牛顿第三定律分析物理现象，可培养学生分析解决实际问题的能力。
结合有关作用力和反作用力的生活实例，培养学生独立思考、实事求是、勇于创新的科学态度。

自学自研

(1)物体之间力的作用总是①　　　　的,所以说施力物体同时也一定是②　　　　。物体间相互作用的一对力,叫作作用力和反作用力。
(2)把两个弹簧秤A和B连接在一起(如图所示)。用手拉弹簧秤A,可以看到两个弹簧秤的指针同时移动,弹簧秤B的示数反映的是③　　　　　　　　　　　作用力F的大小,而弹簧秤A的示数反映的是④　　　　　　　　　　　反作用力F'的大小。可以看出,两弹簧秤的示数会同步改变,且示数相等。这说明作用力和反作用力总是大小相等、方向相反。



2.牛顿第三定律
(1)研究表明,两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在⑤　　　　　　　　,这就是牛顿第三定律。
(2)牛顿第三定律在生活和生产中应用很广泛。人走路时用脚蹬地(如图所示),脚对地面施加一个作用力,则⑥　　　　　　　　　　,使人前进。

(3)如图所示,人和船静止在岸边的水中,当人往岸上跳时,脚对船施加一个向后的力,船便得到向后的⑦　　　　,从静止向离开岸的方向运动;同时,船对脚施加一个向前的力,使人得到⑧　　　　的加速度,从静止向岸的方向运动。

3.作用力和反作用力与平衡力的比较
(1)相同点:一对相互平衡的力与一对作用力和反作用力均是大小相等、方向相反、作用在⑨　　　　　　　　。
(2)区别:a.一对相互平衡的力,这两个力都作用在⑩　　　　物体上;一对作用力和反作用力,这两个力分别作用在　　　　　　物体上。b.一对作用力和反作用力,这两个力的性质　　　　,而一对相互平衡的两个力的性质　　　　　　。
学习检测
1.放在水平桌面上的物体受到桌面对它的支持力,对支持力的反作用力的说法正确的是(　　)。
A.反作用力是物体受到的重力,作用在地球上
B.反作用力是物体对桌面的压力,作用在桌面上
C.反作用力是物体对地球的引力,作用在物体上
D.支持力没有反作用力
2.如图所示,一个物体静止地放在台式弹簧测力计上,试证明物体对弹簧测力计的压力等于物体所受的重力。


甲
3.如图甲所示,一位同学用水平推力F把一物块紧压在竖直墙上,使物块处于静止状态。
(1)这个情景中出现的作用力和反作用力有哪些?
(2)请画出物块所受的力。
(3)在此情景中出现了几对相互平衡的力?


互学互研
主题1:作用力和反作用力
(1)“掰腕子”是比较臂力大小的一种常见比赛。在一次“掰腕子”比赛中,甲轻松地胜了乙,是否因为甲对乙的作用力大于乙对甲的作用力?


(2)鸡蛋碰石头,鸡蛋破了,而石头丝毫无损,说明石头对鸡蛋的作用力大,而鸡蛋对石头的作用力小,这一判断对吗?

主题2:牛顿第三定律
(1)把A、B两个弹簧测力计连接在一起,B的一端固定。用手拉弹簧测力计,如图所示,两个弹簧测力计的读数有什么关系?它们受力的方向有什么关系?

(2)与同学合作完成下列实验,并总结作用力和反作用力间的关系,感悟牛顿第三定律。

①两弹簧秤钩在一起拉,处于静止不动时;

②两弹簧秤钩在一起,慢慢拉动或加速拉动;
③两弹簧秤钩在一起,一方不动、一方拉和改变力的大小拉。


1.如图所示,将两弹簧测力计a、b连接在一起,当用力缓慢拉a弹簧测力计时,发现不管拉力F多大,a、b两弹簧测力计的示数总是相等,这个实验说明(　　)。

A.这是两只完全相同的弹簧测力计
B.弹力的大小与弹簧的形变量成正比
C.作用力与反作用力大小相等、方向相反
D.力是改变物体运动状态的原因
2.(多选)关于作用力和反作用力,下列叙述正确的是(　　)。
A.一个作用力和它的反作用力的合力等于零
B.作用力和反作用力必定是同种性质的力
C.作用力和反作用力同时产生,同时消失
D.两个物体处于相对静止时,它们之间的作用力和反作用力的大小才相等
3.(多选)如图所示,一个大人(甲)跟一个小孩(乙)站在水平地面上手拉手比力气,结果大人把小孩拉过来了。对这个过程中作用于双方的力的关系,下列说法正确的是(　　)。
A.大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大
B.大人与小孩间的拉力是一对作用力与反作用力
C.大人拉小孩的力与小孩拉大人的力大小一定相等
D.只有在大人把小孩拉动的过程中,大人的力才比小孩的力大;在可能出现的短暂相持过程中,两人的拉力一样大

4.(多选)如图所示,P和Q叠在一起,静止在水平桌面上。在下列各对力中,属于作用力和反作用力的是(　　)。
A.P所受的重力和Q对P的支持力
B.Q所受的重力和Q对P的支持力
C.P对Q的压力和Q对P的支持力
D.Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力
深学深研
拓展一:相互作用力和平衡力的理解
1.若物体静置于水平面上,则(　　)。
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力,这两个力是一对平衡力
B.物体所受的重力和桌面对物体的支持力是一对作用力和反作用力
C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力是同一种性质的力
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对相互平衡的力

拓展二:牛顿第三定律的理解和应用

2.如图所示,甲船及人的总质量为m1,乙船及人的总质量为m2,已知m1=2m2,甲、乙两船上的人各拉着水平轻绳的一端对绳施力,设甲船上的人施力为F1,乙船上的人施力为F2。甲、乙两船原来都静止在水面上,不考虑水对船的阻力,甲船产生的加速度大小为a1,乙船产生的加速度大小为a2,则F1∶F2=　　　,a1∶a2=　　　　。
拓展三:受力分析的方法
3.(多选)A、B、C三个物体如图所示放置,所有接触面均不光滑。有一水平力F作用在物体C上,使A、B、C一起向右做匀速直线运动,则(　　)。

A.B对A的摩擦力方向水平向左
B.B对A的摩擦力方向水平向右
C.C对A的摩擦力方向水平向左
D.C对A的摩擦力方向水平向右

拓展四:牛顿第三定律与牛顿第二定律的综合应用
4.质量为M的人站在地面上,用绳通过光滑定滑轮将质量为m的重物从高处放下。如图所示,若重物以加速度a下降(aA.(M+m)g-ma
B.M(g-a)-ma
C.(M-m)g+ma
D.Mg-ma


课时4.6　用牛顿运动定律解决问题(一)
核心素养
1.熟练掌握牛顿运动定律，提高应用牛顿运动定律分析动力学问题的能力。
2.自主学习，合作探究，学会应用牛顿定律分析动力学问题的方法。
3.激情投入，享受学习的快乐，感悟牛顿运动定律的奥秘。

自学自研
1.牛顿第二定律的作用
牛顿第二定律确定了运动和力的关系,使我们能够把物体的①　　　　与②　　　　联系起来。
2.从受力确定运动情况
如果已知物体的受力情况,可以由牛顿第二定律求出物体的③　　　　,再通过④　　　　　　就可以确定物体的运动情况。
3.从运动情况确定受力
如果已知物体的运动情况,根据运动学公式求出物体的⑤　　　　,再根据⑥　　　　　　　　就可以确定物体所受的力。
预习检测
1.假设汽车突然紧急制动后所受到的阻力的大小与汽车所受的重力的大小差不多,当汽车以20 m/s的速度行驶时突然制动,它还能继续滑动的距离约为(　　)。
A.40 m　　　B.20 m　　　C.10 m　　　D.5 m
2.随着居民生活水平的提高,家庭轿车越来越多,行车安全就越发显得重要,在行车过程中规定必须要使用安全带。假设某次急刹车时的速度为30 m/s,从踩下刹车到安全停止历时6 s,若乘员的质量为75 kg,此时安全带对乘员的作用力最接近(　　)。
A.200 N B.400 N C.600 N D.800 N
3.用平行于斜面的力推动一个质量为m的物体沿着倾斜角为α的光滑斜面由静止向上运动,当物体运动到斜面的中点时撤去推力,物体恰能滑到斜面顶点,由此可以判定推力F的大小必定是(　　)。
A.2mgcos α B.2mgsin α
C.2mg(1-sin α) D.2mg(1+sin α)
4.在交通事故的分析中,刹车线的长度是很重要的依据,刹车线是汽车刹车后,停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹。在某次交通事故中,汽车的刹车线长度是14 m,假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7,g取10 m/s2,则汽车刹车前的速度为(　　)。
A.7 m/s B.10 m/s C.14 m/s D.20 m/s

互学互研
主题1:从受力情况确定运动情况
(1)从受力情况确定物体的运动情况时需要对物体进行受力分析,此时受力分析的目的是什么?
(2)从受力情况确定物体的运动情况时需要利用牛顿第二定律列方程,此时列方程的目的是求什么?
(3)分析讨论教材的例题1,尝试解题,写出解题过程。
(4)试分析根据物体的受力情况确定运动情况这类问题的解题步骤。
主题2:根据运动情况求物体的受力情况
(1)从运动情况确定物体的受力情况时需要对物体进行受力分析,此时受力分析的目的是什么?
(2)从运动情况确定物体的受力情况时需要利用牛顿第二定律列方程,此时列方程的目的是什么?
(3)分析讨论教材中的例题2,比较例题1和例题2在解题方法上有什么相同之处?有什么不同之处?
(4)在例题2中为什么要建立坐标系?
(5)在运动学中,我们通常是以初速度的方向为正方向;在利用牛顿运动定律解决问题时建立的坐标系与上述情况相比,有什么不同?
(6)试分析根据物体的运动情况确定物体的受力情况这类问题的解题步骤。

思考讨论
1.用30 N的水平外力F拉一个静止在光滑水平面上的质量为20 kg的物体,力F作用3 s后消失,则第5 s末物体的速度和加速度分别是(　　)。
A.v=4.5 m/s,a=1.5 m/s2
B.v=7.5 m/s,a=1.5 m/s2
C.v=4.5 m/s,a=0
D.v=7.5 m/s,a=0
2.一个物体在水平恒力F的作用下,由静止开始在一个粗糙的水平面上运动,经过时间t,速度变为v。如果要使物体的速度变为2v,下列方法正确的是(　　)。
A.将水平恒力增大到2F,其他条件不变
B.将物体质量减小一半,其他条件不变
C.物体质量不变,水平恒力和作用时间都增为原来的两倍
D.将时间增加到原来的2倍,其他条件不变
3.A、B两物体以相同的初速度滑到同一粗糙水平面上,若两物体的质量mA>mB,两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相同,则两物体能滑行的最大距离xA与xB相比(　　)。
A.xA=xB　　B.xA>xB　　C.xA4.图示为某小球所受的合力与时间的关系,各段的合力的大小相同,作用时间相同,且一直作用下去,设小球从静止开始运动,由此可判定(　　)。

A.小球向前运动,再返回停止
B.小球向前运动再返回不会停止
C.小球始终向前运动
D.小球向前运动一段时间后停止
深学深研
拓展一:由受力情况确定运动情况
1.一木箱装货物后质量为50 kg,木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.2,某人以200 N斜向下的力推木箱,推力的方向与水平面成30°角,g取10 m/s2。求:
(1)木箱的加速度大小。
(2)第2 s末木箱的速度大小。




拓展二:由运动情况确定受力情况
2.将质量为0.5 kg的小球以14 m/s的初速度竖直上抛,运动中球受到的空气阻力大小恒定,已知g=9.8 m/s2,球能上升的最大高度为7 m,则球所受空气阻力为多大?





拓展三:滑块—滑板模型
3.如图所示,木板静止于光滑水平面上,在其右端放上一个可视为质点的木块,已知木块的质量m=1 kg,木板的质量M=3 kg,木块与木板间的动摩擦因数μ=0.3,设木块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,板长L=2 m,g取10 m/s2,问:

(1)若木块不能在木板上滑动,则对木板施加的拉力应该满足什么条件?
(2)若拉力为30 N,则木块滑离木板需要多少时间?



拓展四:临界问题分析

甲
4.一个质量m=0.2 kg的小球用细绳吊在底角θ=53°的斜面顶端,如图甲所示,斜面静止时,球靠在斜面上,绳与斜面平行,不计摩擦。当斜面以大小为a=10 m/s2 的加速度向右做加速运动时,求绳子的拉力T及斜面对小球的弹力N。(取g=10 m/s2)



课时4.7　用牛顿运动定律解决问题(二)

核心素养
1.通过实验认识超重和失重现象，能通过牛顿定律对它们进行定量的分析。
理解产生超重、失重现象的条件和实质，并能分析和说明一些简单的相关问题。
2.培养学生的实验观察能力和分析推理能力．
引导学生归纳总结发生超重、失重现象的条件及实质．
3.渗透“学以致用”的思想，有将物理知识应用于生产和生活实践的意识，勇于探究日常生活与物理有关的问题．

自学自研

1.共点力的平衡条件
一个物体在共点力的作用下,如果保持①　　　　或者做②　　　　运动,我们就说这个物体处于平衡状态。根据牛顿第二定律可知,当物体所受合力为零时,加速度为零,物体处于平衡状态。因此,在共点力作用下物体的平衡条件是③　　　　。
2.超重和失重
(1)如图所示,升降机加速上升的时候,人对升降机地板的压力④　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)人实际受到的重力,人处于⑤　　　　(选填“超重”或“失重”)状态。
(2)升降机加速下降的时候,人对升降机地板的压力⑥　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)人实际受到的重力,人处于⑦　　　　(选填“超重”或“失重”)状态。
(3)如果升降机正好以大小等于g的加速度竖直下落,这时质量为m的物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于⑧　　　　,这种状态称为完全失重。

3.从动力学看自由落体运动
(1)受力情况:做自由落体运动的物体只受⑨　　　　的作用。
(2)运动情况:自由落体运动是⑩　　　　　　　　　　　　运动。
(3)竖直方向抛出的物体,在上升和下落的全过程中,物体的加速度大小为　　　　,方向　　　　,物体做匀变速直线运动。
预习检测
1.若一个物体处于平衡状态,则此物体一定是(　　)。
A.静止的　　　　　　　　B.匀速直线运动
C.速度为零 D.所受合力为零

2.如图所示,某物体在四个共点力作用下处于平衡状态,若将F4=5 N的力沿逆时针方向转动90°,其余三个力的大小和方向不变,则此时物体所受合力的大小为(　　)。
A.0 B.10 N
C.5 N D. N
3.质量为50 kg的乘客乘坐电梯从四层到一层,电梯自四层启动向下做匀加速运动,加速度的大小是0.6 m/s2,则电梯启动时地板对乘客的支持力大小为(g=10 m/s2)(　　)。
A.530 N B.500 N
C.450 N D.470 N

4.(多选)图示是我国长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景。宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验,下列说法正确的是(　　)。
A.火箭加速上升时,宇航员处于失重状态
B.飞船加速下落时,宇航员处于失重状态
C.飞船落地前减速,宇航员处于失重状态
D.飞船落地前减速,宇航员处于超重状态

互学互研
主题1: 共点力的平衡
(1)我们常见的物体的运动状态有哪些?
(2)如果物体受力平衡,那么物体的运动情况如何?
(3)探究分析共点力作用时二力平衡、三力平衡、n个力平衡的平衡条件?
(4)尝试解答教材中的例题1,试总结应用共点力作用下的平衡条件解决问题的步骤
主题2:超重与失重
(1)据航天专家介绍,火箭起飞阶段宇航员们要承受相当于他们自身重力几倍的重力。这是什么现象呢?


(2)当飞船进入太空后,宇航员在飞船中漂浮,宇航员的每一个动作都很慢、很轻。此时宇航员处于一种什么状态呢?
主题3:从动力学看自由落体运动
(1)我们前面学习了自由落体运动,知道它是加速度大小和方向都不变的运动,请根据牛顿第二定律说明为什么加速度不变。
(2)试从力和运动关系角度分析竖直上抛运动的特点。
(3)你能总结出竖直上抛运动的处理方法吗?
互助学习
1.(多选)物体A静止于斜面上,则(　　)。
A.A对斜面的摩擦力方向沿斜面向下
B.A的重力沿垂直斜面方向的分力就是对斜面的正压力
C.A的重力沿斜面向下的分力必定与A所受的摩擦力大小相等
D.斜面对物体A的支持力和A的重力沿垂直于斜面方向的分力为一对作用力与反作用力

2.(多选)下面关于超重与失重的判断正确的是(　　)。
A.物体做变速运动时,必处于超重或失重状态
B.物体向下运动时,必处于失重状态
C.做竖直上抛运动的物体,处于完全失重状态
D.物体斜向上做匀减速运动,处于失重状态
3.用一根细绳将一重物吊在电梯的天花板上,在下列四种情况中,绳的拉力最大的是(　　)。
A.电梯匀速上升　　　　　　B.电梯匀速下降
C.电梯加速上升 D.电梯加速下降
4.(多选)某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一根弹簧秤,使其测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重为10 N的钩码,弹簧秤的弹力随时间变化的规律可通过传感器直接得出,如图所示。下列分析正确的是(　　)。

A.在t1~t2时间内钩码处于失重状态
B.在t3~t4时间内钩码处于超重状态
C.电梯可能开始在15楼,先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后停在1楼
D.电梯可能开始在1楼,先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后停在15楼
深学深研
拓展一:处理平衡问题的方法及思路

甲
1.(多选)一质量为m的物体放在粗糙的斜面上保持静止,现用水平力F推物体,如图甲所示,当F由零逐渐增加直到物体恰要向上运动,此过程中(　　)。
A.物体所受静摩擦力逐渐减小到零
B.物体所受静摩擦力先减小后增大
C.物体所受静摩擦力可能为零
D.物体所受静摩擦力方向可能沿斜面向上
拓展二:超重与失重现象的应用
2.(多选)为了研究超重与失重现象,某同学把一体重秤放在电梯的地板上,他站在体重秤上随电梯运动并随时观察体重秤示数的变化情况。下表记录了几个特定时刻体重秤的示数。(表内时间不表示先后顺序)
时　间 t0 t1 t2 t3
体重秤示数/kg 45.0 50.0 40.0 45.0

若已知t0时刻电梯静止,则以下判断正确的是(　　)。
A.t1和t2时刻该同学的质量并没有变化,但所受重力发生变化
B.t1和t2时刻电梯的加速度方向一定相反
C.t1和t2时刻电梯运动的加速度大小相等,运动方向不一定相反
D.t3时刻电梯可能向上运动
拓展三:超重、失重问题的计算
3.某人在以a1=2 m/s2的加速度匀加速下降的升降机中最多能举起m1=75 kg的物体,则此人在地面上最多可举起多大质量的物体?若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起m2=50 kg的物体,则此升降机上升的加速度是多大?(g=10 m/s2)
拓展四:竖直上抛运动中的动力学计算
4.在地面竖直上抛一个物体,经过楼房一个高度为1.55 m的窗户需要0.1 s;当物体下落时,由该窗户下沿到落地的时间为0.2 s,求该物体上升的最大高度。(忽略空气阻力,取g=10 m/s2)