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本讲着重研究力和运动之间的关系,要求通过实验探究,知道二力平衡的条件,了解物体运动状态变化的原因,理解物体的惯性,能表述牛顿第一运动定律,运用牛顿第一运动定律解释一些简单的物体运动状态的变化原因.
一、热点扫描
1.物体在受到几个力作用时,如果保持静止状态或匀速直线运动状态,我们就说这几个力相互平衡.物体在平衡力作用下的运动状态叫平衡态.若物体受到两个力的作用而处于平衡状态时,则这两个力互相平衡.二力平衡的条件是:作用在一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,并且在同一直线上,这两个力就彼此平衡.概括地说,二力平衡的条件是同体、等值、反向、共线,四者缺一不可.
2.物体受平衡力作用时,将保持静止状态或匀速直线运动状态.但是,物体保持静止状态或匀速直线运动状态是否一定受平衡力的作用?答案是:不一定.因为物体保持静止状态或匀速直线运动状态有两种可能,一是物体不受外力作用,这是一种理想情况;二是物体受到两个或两个以上力的作用,这几个力的合力为零.
当物体受到几个力的作用且这些力的合力不为零时,物体的运动状态就将发生改变.
3.利用二力平衡的条件以及物体在二力平衡下保持静止或匀速直线运动状态的特点,就可以根据物体运动状态用“力的示意图”,对物体进行受力分析,说明物体所受各力的关系或进一步求出未知力的大小.
4.牛顿第一定律的内容是:一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持静止状态或匀速直线运动状态.这就是著名的牛顿第一运动定律.
牛顿第一运动定律是在伽利略实验的基础上,经过分析、推理,最后由牛顿概括总结出的规律.这一定律揭示了自然界中一切物体都具有的运动特征,明确了力是改变物体运动状态的原因而不是产生或维持物体运动的原因,同时也说明了静止与匀速直线运动在物体受力作用下是等价的.
5.物体能够保持原来运动状态不变的性质叫做惯性,所以牛顿第一定律也叫惯性定律.惯性是一切物体都具有的基本属性.惯性与物体是否受力、是否运动、做什么运动都无关.一切物体都具有惯性.静止的物体有惯性,表现为保持静止状态;运动的物体有惯性,表现为保持匀速直线运动状态.
6.惯性有大小,物体惯性的大小可以用质量来量度.质量大的物体惯性也大,质量小的物体惯性也小.在相同动力的作用下,一辆空车比一辆装满货物的车容易启动,即空车的运动状态容易改变.这正是因为与装满货物的车相比,空车的质量小、惯性也小的缘故.
惯性是指物体能够保持运动状态不变的一种性质,一切物体都具有惯性,而惯性定律是一条物理规律,它揭示了物体在不受外力作用的条件下,物体所处的运动状态.惯性跟物体是否受力、是否运动及运动的性质无关,是物体本身的一种属性.而惯性定律中物体不受力是条件,物体运动状态不变是在这个必备条件下产生的结果.
惯性定律揭示了一切物体都具有保持匀速直线运动状态的性质,也就是说,物体具有惯性.
二、典例讲析
例1将书放到水平桌面上,当书静止时,书受到的平衡力是().
A.书受到的重力和书对桌面的压力
B.书受到的重力和桌面对书的支持力
C.书对桌面的压力和桌面对书的支持力
D.桌子受到的重力和书对桌面的压力
讲析研究本题的关键要抓住两点:第一,本题的研究对象是什么?即找出书是受力物体.第二,平衡力的条件是什么?书静止时受两个力,一是重力,是地球施加的,方向竖直向下;二是支持力,是桌子施加的,方向竖直向上,此时由于书处于静止状态,说明重力和支持力大小相等,满足二力平衡条件,所以重力和支持力是书受到的一对平衡力.选项B是正确的.而选项A中所述的两个力,书受到的重力与书对桌面的压力,虽然二力的大小相等,但受力物体不同,彼此不可能平衡.选项C中,书对桌面的压力和桌子对书的支持力,二力大小相等、方向相反,但它们是一对相互作用力,分别作用在两个物体上,即桌子和书,彼此也不能平衡,选项D不符合题目所求,而且桌子除受重力和书的压力以外,它还受到地面的支持力,所以D选项也是错误的.本题应选B.
例2关于惯性,下列说法正确的是().
A.一切物体在没有受到外力作用时,总保持匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性
B.射出的子弹离开枪口后,仍然继续高速前进,是因为子弹受到惯性的作用
C.汽车关闭发动机后仍能继续前进是由于汽车的惯性大于它受到的阻力
D.一切物体在任何情况下都具有惯性
讲析正确理解惯性,要弄清下面几个问题.
(1)一切物体在任何情况下都具有惯性,这是因为惯性是物体本身具有的一种性质.它与物体是否受力、处于什么状态、运动状态是否在改变等其他外界因素无关.
(2)惯性与惯性定律的区别与联系.惯性是物体本身的一种性质.惯性定律是物体的运动规律.惯性定律揭示了一切物体都具有惯性,指出物体在不受外力时能保持匀速直线运动状态或静止状态不变的原因在于物体具有惯性.因此牛顿第一运动定律又叫惯性定律.
(3)惯性和力的实质不同.力是物体间的相互作用,一个物体受到力的作用,必定有另一个物体对它施加了这个力,也就是说一定有施力物体.而惯性是物体本身具有的性质,不是外界施加给它的.惯性和力是两个本质上完全不同的概念.因此,把惯性说成“惯性力”或者说成“物体受到惯性的作用”都是错误的,都是混淆了惯性和力的区别.
综上所述,选项A的错误在于没有弄清惯性和惯性定律的区别.B、C选项的错误都是把惯性当成一种力,没有认识到惯性和力的实质不同.本题应选D.
例3一杯水放在列车内的水平桌面上,如果水面突然发生了如图3-1所示的变化,则列车的运动状态可能发生的变化是().
(1)列车突然向右启动
(2)列车突然向左启动
(3)列车向右运动时突然刹车
(4)列车向左运动时突然刹车
A.(1)或(2)B.(1)或(3)
C.(2)或(3)D.(2)或(4)
讲析若列车原来是静止的,只有当列车突然向左启动时,杯子跟列车一起向左运动,杯中的水由于惯性保持原来的静止状态,荡向杯的右侧;如果杯中水面产生的现象是由于列车刹车而造成的,那么只有当列车原来是向右运动的时候,突然刹车时,杯子随车一起停止运动,杯中的水由于惯性要保持原来的运动状态,继续向右运动,才会荡向右侧,所以此题答案应选C.
例4图3-2展示的是福娃小运动健将在进行奥运比赛,请你观察图片,想像图片中运动项目比赛的情景,提出两个物理问题,并对提出的物理问题尝试解答.
问题1:?
解答:.
问题2:?
解答:.
讲析从投篮、踢足球和打羽毛球的情景可知,作用在这些物体上的力改变了它们的运动状态;从赛艇运动情景可知,力的作用是相互的.
所以我们可以提出有关的问题.
问题1:当球拍击打迎着球拍飞来的羽毛球时,羽毛球为什么会被击打返回?
解答:在击打羽毛球时,球拍对羽毛球施加了作用力,使得羽毛球的运动状态发生了变化.
问题2:当运动员用力向后划桨时,赛艇为什么会向前航行?
解答:当运动员用力向后划桨时,桨对河水施加了作用力,根据力的作用是相互的,可知同时河水对桨也施加了力,这个力使赛艇向前运动.
例5小明在广场上游玩时,将一个充有氢气的气球系于一辆玩具小汽车上,并将玩具小汽车放置在光滑的水平面上.无风时细线处于竖直方向上,如图3-3所示.当一阵风沿水平向右吹向气球时,以下说法正确的是().
A.小汽车可能被拉离地面
B.氢气球仍处于静止状态
C.小汽车一定沿地面滑动
D.小汽车仍处于静止状态
讲析无风时系小车的细线处于竖直方向上,说明小车受到的拉力竖直向上.由气球和小车组成的系统处于静止状态,说明系统受到的是平衡力的作用.当一阵风沿水平方向向右吹向气球时,系统只受到水平方向的外力,系统在水平方向发生运动状态的改变,在不受摩擦力时,由静止开始向右运动;而竖直方向所受到的平衡力没有发生变化,所以仍然保持静止状态,综合以上结论可知,选项C是正确的.
三、创新题选
1.关于运动和力的关系,下列说法正确的是().
A.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静止下来
B.力是使物体运动状态变化的原因
C.只要有力作用在物体上,物体的运动状态一定发生变化
D.物体做直线运动时,一定受到了力的作用
2.历史上首先通过实验及推理推翻了“力是维持物体运动的原因”的物理学家是().
A.阿基米德B.牛顿
C.伽利略D.亚里士多德
3.体育课有爬绳和爬杆两种运动,小明同学先后以相同的姿势顺着绳和杆匀速上爬,下列说法正确的是().
A.爬绳时受到的摩擦力较大,因为绳子粗糙
B.爬杆时受到的摩擦力较大,因为爬杆时握杆的力要大些
C.爬绳和爬杆受到的摩擦力一样大
D.若爬绳和爬杆的速度不一样,则速度大的摩擦力大
4.天花板上有根电线吊着一盏电灯,在下列各对力中,属于平衡力的是().
A.电线对电灯的拉力和电灯对电线的拉力
B.电灯对电线的拉力和地球对电灯的重力
C.电线对电灯的拉力和地球对电灯的重力
D.电线对天花板的拉力和电线对电灯的拉力
5.如图3-4所示,放在水平地面上的物块受到的重力是G,系着它的一根竖直轻绳绕过光滑定滑轮,它的另一端受到的拉力是F,地面对物块的支持力是N,下列关于这三个力大小关系正确的是().
A.F=G B.G=N
C.F=N+GD.F+N=G
6.静止在桌面上的墨水瓶受到力和
力的作用,它们是一对.它们的施力物体分别是和.
7.一物体系于正在匀速上升的气球下,当气球与物体上升至离地面的高度为H时,系物的细线突然断了,则物体刚脱离正在上升的气球时,它的运动方向是的,这是由于的缘故.物体最终将落回地面,这是由于物体的缘故.
8.如图3-5所示,水平传送带正将“珠光”大米从车间运送到粮仓.将重500N的一袋大米由初速为零轻放到传送带上,米袋先在传送带上滑动,稍后与传送带一起匀速向右运动,米袋滑动时受到的摩擦力大小是重力的0.2倍.米袋在滑动时受到的摩擦力方向向,随传送带一起匀速运动时受到的摩擦力大小为N.
9.跳伞运动员从高空下落,开始速度不断增大,他受到的阻力重力;过了一段时间后运动员匀速下降,此时他受到的阻力重力.(选填“大于”“等于”或“小于”)
10.坐在行驶的汽车上的人,如果突然向后倾倒,是因为,人向左倾倒是汽车在向转弯.
11.用20N的水平拉力拉重100N的木块在水平面上做匀速直线运动,木块受到的摩擦力为N.若运动中拉力变为15N,木块受到的摩擦力为N,木块的速度将.
12.为了研究运动和力的关系,做如下实验:同一辆小车,从同样高的斜面A处滑下来,使它在三种不同的表面上运动后分别停在如图3-5所示的B、C、D位置上,(在毛巾表面时,小车在B处停下;在棉布表面时,小车在C处停下;在木板表面时,小车在D处停下)试问:
(1)为什么要用同一辆小车从同样高的斜面滑下?
(2)小车在不同表面上前进的距离不一样,说明了什么?
(3)从实验得出了什么结论?
第三讲“创新题选”参考答案
1.B2.C3.C
4.C5.D
6.重支持平衡力地球桌面
7.向上惯性(或物体有保持原运动状态的能力)受到重力的作用
8.右0
9.小于等于
10.汽车向前做加速运动右
11.2020减小
12.(1)使小车在三种不同平面上开始运动的速度相等.
(2)三种不同平面对小车的摩擦阻力不同.平面越光滑阻力越小,小车运动的距离越长.
(3)运动物体在不受阻力作用时,将以恒定不变的速度永远运动下去.(或:一切物体在没有受到外力作用时,总保持匀速直线运动状态或静止状态.)
一、热点扫描
1.物体在受到几个力作用时,如果保持静止状态或匀速直线运动状态,我们就说这几个力相互平衡.物体在平衡力作用下的运动状态叫平衡态.若物体受到两个力的作用而处于平衡状态时,则这两个力互相平衡.二力平衡的条件是:作用在一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,并且在同一直线上,这两个力就彼此平衡.概括地说,二力平衡的条件是同体、等值、反向、共线,四者缺一不可.
2.物体受平衡力作用时,将保持静止状态或匀速直线运动状态.但是,物体保持静止状态或匀速直线运动状态是否一定受平衡力的作用?答案是:不一定.因为物体保持静止状态或匀速直线运动状态有两种可能,一是物体不受外力作用,这是一种理想情况;二是物体受到两个或两个以上力的作用,这几个力的合力为零.
当物体受到几个力的作用且这些力的合力不为零时,物体的运动状态就将发生改变.
3.利用二力平衡的条件以及物体在二力平衡下保持静止或匀速直线运动状态的特点,就可以根据物体运动状态用“力的示意图”,对物体进行受力分析,说明物体所受各力的关系或进一步求出未知力的大小.
4.牛顿第一定律的内容是:一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持静止状态或匀速直线运动状态.这就是著名的牛顿第一运动定律.
牛顿第一运动定律是在伽利略实验的基础上,经过分析、推理,最后由牛顿概括总结出的规律.这一定律揭示了自然界中一切物体都具有的运动特征,明确了力是改变物体运动状态的原因而不是产生或维持物体运动的原因,同时也说明了静止与匀速直线运动在物体受力作用下是等价的.
5.物体能够保持原来运动状态不变的性质叫做惯性,所以牛顿第一定律也叫惯性定律.惯性是一切物体都具有的基本属性.惯性与物体是否受力、是否运动、做什么运动都无关.一切物体都具有惯性.静止的物体有惯性,表现为保持静止状态;运动的物体有惯性,表现为保持匀速直线运动状态.
6.惯性有大小,物体惯性的大小可以用质量来量度.质量大的物体惯性也大,质量小的物体惯性也小.在相同动力的作用下,一辆空车比一辆装满货物的车容易启动,即空车的运动状态容易改变.这正是因为与装满货物的车相比,空车的质量小、惯性也小的缘故.
惯性是指物体能够保持运动状态不变的一种性质,一切物体都具有惯性,而惯性定律是一条物理规律,它揭示了物体在不受外力作用的条件下,物体所处的运动状态.惯性跟物体是否受力、是否运动及运动的性质无关,是物体本身的一种属性.而惯性定律中物体不受力是条件,物体运动状态不变是在这个必备条件下产生的结果.
惯性定律揭示了一切物体都具有保持匀速直线运动状态的性质,也就是说,物体具有惯性.
二、典例讲析
例1将书放到水平桌面上,当书静止时,书受到的平衡力是().
A.书受到的重力和书对桌面的压力
B.书受到的重力和桌面对书的支持力
C.书对桌面的压力和桌面对书的支持力
D.桌子受到的重力和书对桌面的压力
讲析研究本题的关键要抓住两点:第一,本题的研究对象是什么?即找出书是受力物体.第二,平衡力的条件是什么?书静止时受两个力,一是重力,是地球施加的,方向竖直向下;二是支持力,是桌子施加的,方向竖直向上,此时由于书处于静止状态,说明重力和支持力大小相等,满足二力平衡条件,所以重力和支持力是书受到的一对平衡力.选项B是正确的.而选项A中所述的两个力,书受到的重力与书对桌面的压力,虽然二力的大小相等,但受力物体不同,彼此不可能平衡.选项C中,书对桌面的压力和桌子对书的支持力,二力大小相等、方向相反,但它们是一对相互作用力,分别作用在两个物体上,即桌子和书,彼此也不能平衡,选项D不符合题目所求,而且桌子除受重力和书的压力以外,它还受到地面的支持力,所以D选项也是错误的.本题应选B.
例2关于惯性,下列说法正确的是().
A.一切物体在没有受到外力作用时,总保持匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性
B.射出的子弹离开枪口后,仍然继续高速前进,是因为子弹受到惯性的作用
C.汽车关闭发动机后仍能继续前进是由于汽车的惯性大于它受到的阻力
D.一切物体在任何情况下都具有惯性
讲析正确理解惯性,要弄清下面几个问题.
(1)一切物体在任何情况下都具有惯性,这是因为惯性是物体本身具有的一种性质.它与物体是否受力、处于什么状态、运动状态是否在改变等其他外界因素无关.
(2)惯性与惯性定律的区别与联系.惯性是物体本身的一种性质.惯性定律是物体的运动规律.惯性定律揭示了一切物体都具有惯性,指出物体在不受外力时能保持匀速直线运动状态或静止状态不变的原因在于物体具有惯性.因此牛顿第一运动定律又叫惯性定律.
(3)惯性和力的实质不同.力是物体间的相互作用,一个物体受到力的作用,必定有另一个物体对它施加了这个力,也就是说一定有施力物体.而惯性是物体本身具有的性质,不是外界施加给它的.惯性和力是两个本质上完全不同的概念.因此,把惯性说成“惯性力”或者说成“物体受到惯性的作用”都是错误的,都是混淆了惯性和力的区别.
综上所述,选项A的错误在于没有弄清惯性和惯性定律的区别.B、C选项的错误都是把惯性当成一种力,没有认识到惯性和力的实质不同.本题应选D.
例3一杯水放在列车内的水平桌面上,如果水面突然发生了如图3-1所示的变化,则列车的运动状态可能发生的变化是().
(1)列车突然向右启动
(2)列车突然向左启动
(3)列车向右运动时突然刹车
(4)列车向左运动时突然刹车
A.(1)或(2)B.(1)或(3)
C.(2)或(3)D.(2)或(4)
讲析若列车原来是静止的,只有当列车突然向左启动时,杯子跟列车一起向左运动,杯中的水由于惯性保持原来的静止状态,荡向杯的右侧;如果杯中水面产生的现象是由于列车刹车而造成的,那么只有当列车原来是向右运动的时候,突然刹车时,杯子随车一起停止运动,杯中的水由于惯性要保持原来的运动状态,继续向右运动,才会荡向右侧,所以此题答案应选C.
例4图3-2展示的是福娃小运动健将在进行奥运比赛,请你观察图片,想像图片中运动项目比赛的情景,提出两个物理问题,并对提出的物理问题尝试解答.
问题1:?
解答:.
问题2:?
解答:.
讲析从投篮、踢足球和打羽毛球的情景可知,作用在这些物体上的力改变了它们的运动状态;从赛艇运动情景可知,力的作用是相互的.
所以我们可以提出有关的问题.
问题1:当球拍击打迎着球拍飞来的羽毛球时,羽毛球为什么会被击打返回?
解答:在击打羽毛球时,球拍对羽毛球施加了作用力,使得羽毛球的运动状态发生了变化.
问题2:当运动员用力向后划桨时,赛艇为什么会向前航行?
解答:当运动员用力向后划桨时,桨对河水施加了作用力,根据力的作用是相互的,可知同时河水对桨也施加了力,这个力使赛艇向前运动.
例5小明在广场上游玩时,将一个充有氢气的气球系于一辆玩具小汽车上,并将玩具小汽车放置在光滑的水平面上.无风时细线处于竖直方向上,如图3-3所示.当一阵风沿水平向右吹向气球时,以下说法正确的是().
A.小汽车可能被拉离地面
B.氢气球仍处于静止状态
C.小汽车一定沿地面滑动
D.小汽车仍处于静止状态
讲析无风时系小车的细线处于竖直方向上,说明小车受到的拉力竖直向上.由气球和小车组成的系统处于静止状态,说明系统受到的是平衡力的作用.当一阵风沿水平方向向右吹向气球时,系统只受到水平方向的外力,系统在水平方向发生运动状态的改变,在不受摩擦力时,由静止开始向右运动;而竖直方向所受到的平衡力没有发生变化,所以仍然保持静止状态,综合以上结论可知,选项C是正确的.
三、创新题选
1.关于运动和力的关系,下列说法正确的是().
A.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静止下来
B.力是使物体运动状态变化的原因
C.只要有力作用在物体上,物体的运动状态一定发生变化
D.物体做直线运动时,一定受到了力的作用
2.历史上首先通过实验及推理推翻了“力是维持物体运动的原因”的物理学家是().
A.阿基米德B.牛顿
C.伽利略D.亚里士多德
3.体育课有爬绳和爬杆两种运动,小明同学先后以相同的姿势顺着绳和杆匀速上爬,下列说法正确的是().
A.爬绳时受到的摩擦力较大,因为绳子粗糙
B.爬杆时受到的摩擦力较大,因为爬杆时握杆的力要大些
C.爬绳和爬杆受到的摩擦力一样大
D.若爬绳和爬杆的速度不一样,则速度大的摩擦力大
4.天花板上有根电线吊着一盏电灯,在下列各对力中,属于平衡力的是().
A.电线对电灯的拉力和电灯对电线的拉力
B.电灯对电线的拉力和地球对电灯的重力
C.电线对电灯的拉力和地球对电灯的重力
D.电线对天花板的拉力和电线对电灯的拉力
5.如图3-4所示,放在水平地面上的物块受到的重力是G,系着它的一根竖直轻绳绕过光滑定滑轮,它的另一端受到的拉力是F,地面对物块的支持力是N,下列关于这三个力大小关系正确的是().
A.F=G B.G=N
C.F=N+GD.F+N=G
6.静止在桌面上的墨水瓶受到力和
力的作用,它们是一对.它们的施力物体分别是和.
7.一物体系于正在匀速上升的气球下,当气球与物体上升至离地面的高度为H时,系物的细线突然断了,则物体刚脱离正在上升的气球时,它的运动方向是的,这是由于的缘故.物体最终将落回地面,这是由于物体的缘故.
8.如图3-5所示,水平传送带正将“珠光”大米从车间运送到粮仓.将重500N的一袋大米由初速为零轻放到传送带上,米袋先在传送带上滑动,稍后与传送带一起匀速向右运动,米袋滑动时受到的摩擦力大小是重力的0.2倍.米袋在滑动时受到的摩擦力方向向,随传送带一起匀速运动时受到的摩擦力大小为N.
9.跳伞运动员从高空下落,开始速度不断增大,他受到的阻力重力;过了一段时间后运动员匀速下降,此时他受到的阻力重力.(选填“大于”“等于”或“小于”)
10.坐在行驶的汽车上的人,如果突然向后倾倒,是因为,人向左倾倒是汽车在向转弯.
11.用20N的水平拉力拉重100N的木块在水平面上做匀速直线运动,木块受到的摩擦力为N.若运动中拉力变为15N,木块受到的摩擦力为N,木块的速度将.
12.为了研究运动和力的关系,做如下实验:同一辆小车,从同样高的斜面A处滑下来,使它在三种不同的表面上运动后分别停在如图3-5所示的B、C、D位置上,(在毛巾表面时,小车在B处停下;在棉布表面时,小车在C处停下;在木板表面时,小车在D处停下)试问:
(1)为什么要用同一辆小车从同样高的斜面滑下?
(2)小车在不同表面上前进的距离不一样,说明了什么?
(3)从实验得出了什么结论?
第三讲“创新题选”参考答案
1.B2.C3.C
4.C5.D
6.重支持平衡力地球桌面
7.向上惯性(或物体有保持原运动状态的能力)受到重力的作用
8.右0
9.小于等于
10.汽车向前做加速运动右
11.2020减小
12.(1)使小车在三种不同平面上开始运动的速度相等.
(2)三种不同平面对小车的摩擦阻力不同.平面越光滑阻力越小,小车运动的距离越长.
(3)运动物体在不受阻力作用时,将以恒定不变的速度永远运动下去.(或:一切物体在没有受到外力作用时,总保持匀速直线运动状态或静止状态.)