人教版高中物理必修一教案全册.doc

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(3)力的矢量性：力有大小、方向，对于同一直线上的矢量运算，用正负号表示同一直线上的两个方向，使矢量运算简化为代数运算；这时符号只表示力的方向，不代表力的大小。 (4)力作用的独立性：几个力作用在同一物体上，每个力对物体的作用效果均不会因其它力的存在而受到影响，这就是力的独立作用原理。 2力的作用效果 力对物体作用有两种效果：一是使物体发生形变，二是改变物体的运动状态。这两种效果可各自独立产生，也可能同时产生。通过力的效果可检验力的存在。 3力的三要素：大小、方向、作用点 完整表述一个力时，三要素缺一不可。当两个力 F1、F2的大小、方向均相同时，我们说F1=F2，但是当他们作用在不同物体上或作用在同一物体上的不同点时可以产生不同的效果。力的大小可用弹簧秤测量，也可通过定理、定律计算，在国际单位制中，力的单位是牛顿，符号是N。 4力的图示和力的示意图 (1)力的图示：用一条有向线段表示力的方法叫力的图示，用带有标度的线段长短表示大小，用箭头指向表示方向，作用点用线段的起点表示。(2)力的示意图：不需画出力的标度，只用一带箭头的线段示意出力的大小和方向。 5力的分类 (1)性质力：由力的性质命名的力。如；重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力、分子力等。(2)效果力：由力的作用效果命名的力。如：拉力、压力、支持力、张力、下滑力、分力：合力、动力、阻力、冲力、向心力、回复力等。6重力 （1）重力的产生： 重力是由于地球的吸收而产生的,重力的施力物体是地球。 （2）重力的大小： 由G=mg计算，g为重力加速度，通常在地球表面附近，g取9.8米秒2，表示质量是1千克的物体受到的重力是9.8牛顿。 由弹簧秤测量：物体静止时弹簧秤的示数为重力大小。 （3）重力的方向：重力的方向总是竖直向下的，即与水平面垂直，不一定指向地心.重力是矢量。 （4）重力的作用点重心 物体的各部分都受重力作用，效果上,认为各部分受到的重力作用都集中于一点，这个点就是重力的作用点，叫做物体的重心。 重心跟物体的质量分布、物体的形状有关，重心不一定在物体上。质量分布均匀、形状规则的物体其重心在物体的几何中心上。 （5）重力和万有引力 重力是地球对物体万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供物体随地球自转的向心力，同一物体在地球上不同纬度处的向心力大小不同，但由此引起的重力变化不大，一般情况可近似认为重力等于万有引力，即：mg=GMm/R2。除两极和赤道外，重力的方向并不指向地心。重力的大小及方向与物体的运动状态无关，在加速运动的系统中，例如：发生超重和失重的现象时，重力的大小仍是mg 7弹力 1产生条件：(1)物体间直接接触；(2)接触处发生形变(挤压或拉伸)。 2弹力的方向：弹力的方向与物体形变的方向相反，具体情况如下： (1)轻绳只能产生拉力，方向沿绳指向绳收缩的方向.(2)弹簧产生的压力或拉力方向沿弹簧的轴线。(3)轻杆既可产生压力，又可产生拉力，且方向沿杆。3弹力的大小 弹力的大小跟形变量的大小有关。 弹簧的弹力，由胡克定律F=kx,k为劲度系数，由本身的材料、长度、截面积等决定，x为形变量，即弹簧伸缩后的长度L与原长Lo的差：x=|L-L0|，不能将x当作弹簧的长度L一般物体所受弹力的大小，应根据运动状态，利用平衡条件和牛顿运动定律计算， 例题评析【例1】下列关于力的说法中，正确的是( ) A只有相互接触的两物体之间才会产生力的作用 B力是不能离开物体而独立存在的，一个力既有施力物体，又有受力物体 C一个物体先对别的物体施加力后，才能受到反作用力 D物体的施力和受力是同时的解析： 力是物体间的相互作用，不一定发生在直接接触的物体间，直接接触而发生的作用叫接触力，如弹力、摩擦力；。物体的施力和受力不分先后，总是同时的。正确答案为B、D【例2】关于物体的重心，以下说法正确的是 A物体的重心一定在该物体上 B形状规则的物体，重心就在其中心处 C用一根悬线挂起的物体静止时，细线方向一定通过物体的重心D重心是物体上最重的一点【分析与解答】 重心是物体各部分的重力的合力的作用点，薄板物体的重心位置可以用悬挂法确定，其他形状的物体重心位置也可以用悬挂法想象的讨论。重心不一定在物体上，也当然不是物体中最、重的一点，故AB错，(如一根弯曲的杆，其重心就不在杆上)用悬线挂起物体处于静止时，由二力平衡原理知细线拉力必与重力等大、反向、共线，故C正确。【例3】如图所示，小车上固定一根折成角的曲杆，杆的另一端一固定一质量为m的球，则当小车静止时和以加速度a向右加速运动时杆对球的弹力大小及方向如何?解析 ：当小车静止时，根据物体平衡条件可知，杆对球的弹力方向竖直向上，大小等于mg。 当小车加速运动时，设小球受的弹力F与竖直方向成角，如图所示，根据牛顿第二定律，有：Fsin=ma Fcos=mg 解得：F= tan=a/g可见，杆对球弹力的方向与加速度大小有关，只有当加速度a=gtan、且方向向右时，杆对球的弹力才沿着杆；否则不沿杆的方向。专题二摩擦力 知识梳理 摩擦力有滑动摩擦力和静摩擦力两种，它们的产生条件和方向判断是相近的。 1产生的条件： (1)相互接触的物体间存在压力； (2)接触面不光滑； (3)接触的物体之间有相对运动(滑动摩擦力)或相对运动的趋势(静摩擦力)。 注意：不能绝对地说静止物体受到的摩擦力必是静摩擦力，运动的物体受到的摩擦力必是滑动摩擦力。静摩擦力是保持相对静止的两物体之间的摩擦力，受静摩擦力作用的物体不一定静止。滑动摩擦力是具有相对滑动的两个物体之间的摩擦力，受滑动摩擦力作用的两个物体不一定都滑动。2摩擦力的方向： 沿接触面的切线方向(即与引起该摩擦力的弹力的方向垂直)，与物体相对运动(或相对：运动趋势)的方向相反。例如：静止在斜面上的物体所受静摩擦力的方向沿接触面(斜面)向上。3摩擦力的大小： (1)静摩擦大小跟物体所受的外力及物体运动状态有关，只能根据物体所处的状态(平衡或加速)由平衡条件或牛顿定律求解。静摩擦力的变化存在一个最大值-最大静摩擦力，即物体将要开始相对滑动时摩擦力的大小(最大静摩擦力与正压力成正比)。(2)滑动摩擦力与正压力成正比，即f=,为动摩擦因数，与接触面材料和粗糙程度有关；N指接触面的压力，并不总等于重力。 例题评析【例5】如右图所示，质量为m的木块在倾角为的斜面上沿不同方向以不同速度Vl、V2、V3滑行时，小木块受到的滑动摩擦力多大?斜面受到的滑动摩擦力多大?(已知木块与斜面间的动摩擦因数为)【分析与解答】：(公式法)不管小木块沿斜面向哪个方向运动，其受到斜面支持力N都等于mgcos，故小木块受到的滑动摩擦力均为：f=N=mgcos木块受斜面的滑动摩擦力为f=mgcos，则由牛顿第三定律知，斜面受木块的滑动摩擦力大小也为f=mgcos【例6】如下图所示，拉力F使叠放在一起的A、B两物体以共同速度沿F方向做匀速直线运动，则 ( ) A甲、乙图中A物体均受静摩擦力作用，方向与F方向相同。 B甲、乙图中A物体均受静摩擦力作用，方向与，方向相反 C甲、乙图中A物体均不受静摩擦力作用 D甲图中A物体不受静摩擦力作用，乙图中A物体受静摩擦力作用，方向与F方向相同解析： 假设甲图中A物体受静摩擦力作用，则它在水平方向上受力不平衡，将不可能随B物体一起做匀速直线运动，所以A物体不受静摩擦力作用，这样就排除了A、B两项的正确性c、D两项中哪个正确，由乙图中A物体是否受静摩擦力判定假设乙图中A物体不受静摩擦力作用，则它将在其重力沿斜面的分力作用下向下滑不能随B物体保持沿斜面向上的匀速直线运动因此乙图中A物体一定受静摩擦力作用，且方向与F方向相同，c项是不正确的答案：D专题三力的合成与分解 知识梳理1力的合成 利用一个力(合力)产生的效果跟几个力(分力)共同作用产生的效果相同，而做的一种等效替代。力的合成必须遵循物体的同一性和力的同时性。 （1）合力和分力:如果一个力产生的效果跟几个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫那几个力的合力，那几个力就叫这个力的分力。 合力与分力的关系是等效替代关系，即一个力若分解为两个分力，在分析和计算时，考虑了两个分力的作用，就不可考虑这个力的作用效果了；反过来，若考虑了合力的效果，也就不能再去重复考虑各个分力的效果。（2）共点力：物体同时受几个力作用，如果这些力的作用线交于一点，这几个力叫共点力。如图(a)所示，为一金属杆置于光滑的半球形碗中。杆受重力及A、 B两点的支持力三个力的作用； N1作用线过球心，N2作用线垂直于杆，当杆在作用线共面的三个非平行力作用下处于平衡状态时，这三力的作用线必汇于一点，所以重力G的作用线必过 N1、N2的交点0；图(b)为竖直墙面上挂一光滑球，它受三个力：重力、墙面弹力和悬线拉力，由于球光滑，它们的作用线必过球心。 （3）力的合成定则：平行四边形定则：求共点力F1、F2的合力，可以把表示F1、F2的线段为邻边作平行四边形，它的对角线即表示合力的大小和方向，只适用于共点力。如图a。 三角形定则：求F1、F2的合力，可以把表示F1、F2的有向线段首尾相接，从F1的起点指向F2的末端的有向线段就表示合力F的大小和方向，如图b。2合力的计算(1)合力的大小：若两个共点力F1，F2的夹角为，根据余弦定理,其合力大小为: . 合力的范围是：|F1-F2|FF1+F2，还可以看出：合力可能大于分力，可能小于分力，也可能等于分力。(合力与分力的关系就是平行四边形的对角线与邻边的关系；对角线可以大于邻边，也可以小于邻边，还可以等于邻边；合力与分力的关系还可以看成是三角形三边的关系，任意两边之和大于第三边，任意两边之差小于第三边) (2)合力的方向：若F与F1的夹角为，则：tan=,当时tan=(3)同一直线上的矢量运算：几个力在一条直线上时，先在此直线上选定正方向，与其同向的力取正值，反之取负值，然后进行代数运算求其合力。这时“+”或“-”只代表方向，不代表大小。 3力的分解 (1)在分解某个力时，要根据这个力产生的实际效果或按问题的需要_进行分解 (2)有确定解的条件： 已知合力和两个分力的方向，求两个分力的大小(有唯一解) 已知合力和一个分力的大小与方向，求另一个分力的大小和方向(有一组解或两组解) 已知合力、一个分力F1的大小与另一分力F2的方向，求F1的方向和F2的大小(有两个或唯一解)(3)力的正交分解：将已知力按互相垂直的两个方向进行分解的方法利用力的正交分解法可以求几个已知共点力的合力，它能使不同方向的矢量运算简化为同一直线上的矢量运算4、处理力的合成与分解问题的方法 1力的图示法：按力的图示作平行四边形，然后量出对角线的长短并找出方向 2代数计算法：由正弦或余弦定理解三角形求解 3正交分解法：将各力沿互相垂直的方向先分解，然后求出各方向的合力，再合成 4多边形法：将各力的首尾依次相连，由第一个力的始端指向最后一个力的尾端的有向线段表示合力的大小和方向 例题评析【例7】在倾角为的斜面上，放一质量为m的光滑小球，小球被竖直的木板挡住，则球对斜面的压力为 ( )解析：小球的重力产生两个效果：水平挤压木板；垂直斜面方向压紧斜面故可将重力沿水平方向和垂直斜面方向分解为Fl、F2如右图所示，根据平行四边形定则，可得：F=mg/cos答案：C【例8】分解一个力，若已知它的一个分力的大小和另一个分力的方向，以下正确的是 ( ) A只有唯一组解 B一定有两组解 C可能有无数组解 D可能有两组解专题四受力分析 1受力分析的注意事项 (1)只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体所施的力 (2)只分析根据性质命名的力 (3)每分析一个力，都应找出施力物体 (4)合力和分力不能同时作为物体所受的力2受力分析的常用方法：隔离法和整体法 （1）隔离法 为了弄清系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况，一般可采用隔离法 运用隔离法解题的基本步骤是： 明确研究对象或过程、状态； 将某个研究对象、某段运动过程或某个状态从全过程中隔离出来； 画出某状态下的受力图或运动过程示意图； 选用适当的物理规律列方程求解 （2）整体法 当只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的力和运动时，一般可采用整体法运用整体法解题的基本步骤是： 明确研究的系统和运动的全过程； 画出系统整体的受力图和运动全过程的示意图； 选用适当的物理规律列方程求解隔离法和整体法常常交叉运用，从而优化解题思路和方法，使解题简捷明快 例题评析【例1】 如图所示，斜面小车M静止在光滑水平面上，一边紧贴墙壁。若再在斜面上加一物体m，且M、m相对静止，试分析小车受哪几个力的作用解析： 对M和m整体分析，它们必受到重力和地面支持力，由于小车静止，由平衡条件知墙面对小车必无作用力。以小车为研究对象，如图所示，它受四个力：重力Mg，地面的支持力FN，m对它的压力F2和静摩擦力f，由于m静止，可知f和FN的合力必竖直向下。【说明】 M与墙有接触，但是否有挤压，应由M和m的状态决定。若m沿M加速下滑，加速度为a，则墙对M就有弹力作用，弹力FN水平. ACBF【例2】如图所示，质量为m，横截面为直角三角形的物块ABC，AB边靠在竖直墙面上，F是垂直于斜面BC的推力，现物块静止不动，则摩擦力的大小为_。ABCF【分析与解】：物块ABC受到重力、墙的支持力、摩擦力及推力四个力作用而平衡，由平衡条件不难得出静摩擦力大小为。【例12】如图所示，物体的质量为2kg，两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体上，在物体上另施加一个方向与水平线成=600的拉力F，若要使两绳都能伸直，求拉力F的大小范围。GF2F1Fxy【分析与解】：作出A受力图如图28所示，由平衡条件有：F.cos-F2-F1cos=0, Fsin+F1sin-mg=0要使两绳都能绷直，则有：F1由以上各式可解得F的取值范围为：。专题五共点力作用下物体的平衡 知识梳理 1共点力的判别：同时作用在同一物体上的各个力的作用线交于一点就是共点力。这里要注意的是“同时作用”和“同一物体”两个条件，而“力的作用线交于一点”和“同一作用点”含义不同。当物体可视为质点时，作用在该物体上的外力均可视为共点力：力的作用线的交点既可以在物体内部，也可以在物体外部。 ， 2平衡状态：对质点是指静止状态或匀速直线运动状态，对转动的物体是指静止状态或匀速转动状态。 (1)二力平衡时，两个力必等大、反向、共线； (2)三力平衡时，若是非平行力，则三力作用线必交于一点，三力的矢量图必为一闭合三角形； (3)多个力共同作用处于平衡状态时，这些力在任一方向上的合力必为零； (4)多个力作用平衡时，其中任一力必与其它力的合力是平衡力；(5)若物体有加速度，则在垂直加速度的方向上的合力为零。 3平衡力与作用力、反作用力 一对平衡力一对作用力与反作用力作用对象 只能是同一物体，分别作用在两个物体上力的性质可以是不同性质的力 一定是同一性质的力作用效果二者的作用相互抵消 各自产生自己的效果，互不影响。共同点：一对平衡力和一对作用力反作用力都是大小相等、方向相反，作用在一条直线上的两个力。第四章 牛顿运动定律一、 牛顿第一定律（惯性定律）：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。 2惯性：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性。 惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动状态无关。 质量是物体惯性大小的量度。 惯性不是力，惯性是物体具有的保持匀速直线运动或静止状态的性质、力是物体对物体的作用，惯性和力是两个不同的概念。 例题评析【例1】 火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为 ( ) A人跳起后，厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动 B人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动 C人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已 D人跳起后直到落地，在水平方向上人和车具有相同的速度 【分析与解答】 因为惯性的原因，火车在匀速运动中火车上的人与火车具有相同的水平速度，当人向上跳起后，仍然具有与火车相同的水平速度，人在腾空过程中，由于只受重力，水平方向速度不变，直到落地，选项D正确。【答案】D二、牛顿第二定律（实验定律）1. 定律内容： 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. 公式： 理解要点： 因果性：F是产生加速度a的原因，它们同时产生，同时变化，同时存在，同时消失； 方向性：a与 F 都是矢量,方向严格相同； 瞬时性和对应性：a为某时刻物体的加速度，F是该时刻作用在该物体上的合外力。牛顿第二定律适用于宏观, 低速运动的情况。 例题评析【例1】如图，自由下落的小球下落一段时间后，与弹簧接触，从它接触弹簧开始，到弹簧压缩到最短的过程中，小球的速度、加速度、合外力的变化情况是怎样的? 解析： 因为速度变大或变小取决于加速度和速度方向的关系，当a与v同向时,v增大；当a与v反向时，v减小；而a由合外力决定，所以此题要分析v,a的大小变化，必须先分析小球的受力情况。 小球接触弹簧时受两个力的作用：向下的重力和向上的弹力。在接触的头一阶段，重力大于弹力，小球合力向下，且不断变小(因为F合=mg-kx，而x增大)，因而加速度减小(因为)，由于v方向与a同向，因此速度继续变大。 当弹力增大到大小等于重力时，合外力为零，加速度为零，速度达到最大。 之后，小球由于惯性继续向下运动，但弹力大于重力，合力向上，逐渐变大(因为F=kx-mg=ma)，因而加速度向上且变大，因此速度逐渐减小至零。小球不会静止在最低点，以后将被弹簧上推向上运动。 综上分析得：小球向下压弹簧过程，F方向先向下后向上，先变小后变大；a方向先向下后向上，大小先变小后变大；v方向向下，大小先变大后变小。 【例2】 如图所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为，L2水平拉直，物体处于平衡状态，现将L2线剪断，求剪断瞬时物体的加速度。 解析： 剪断线的瞬间，T2突然消失，物体即将作圆周运动，所以其加速度方向必和L1垂直，L1中的弹力发生突变，弹力和重力的合力与L1垂直；可求出瞬间加速度为a=gsin。【例3】 将金属块用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示，在箱的上顶板和下顶板安有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动，当箱以a=2.0m/s2的加速度作竖直向上的匀减速运动时，上顶板的传感器显示的压力为6.ON，下顶板的传感器显示的压力为10.ON，g取10m/s2 (1)若上顶板的传感器的示数是下顶板的传感器示数的一半，试判断箱的运动情况。 (2)要使上顶板传感器的示数为O，箱沿竖直方向的运动可能是怎样的?解析：以金属块为研究对象，设金属块的质量为m，根据牛顿第二定律，有F2+mg-F1=ma 解得m=O.5kg (1)由于上顶板仍有压力，说明弹簧的长度没有变化，因此弹簧弹力仍为lO.ON，可见上顶板的压力是5N，设此时的加速度为a1，根据牛顿第二定律，有 即得a1=O，即此时箱静止或作匀速直线运动。 (2)要想上顶板没有压力，弹簧的长度只能等于或小于目前的长度，即下顶板的压力只能等于或大干10.ON，这时金属块的加速度为a2，应满足 ma210.O-mg 得a210m/s2，即只要箱的加速度为向上，等于或大于10m/s2(可以向上作加速运动，也可以向下作减速运动)，上顶板的压力传感器示数为零。【例4】 如图所示，质量为m的人站在自动扶梯上，扶梯正以加速度a向上做减速运动，a与水平方向的夹角为求人受的支持力和摩擦力。解析: 题中人对扶梯无相对运动，则人、梯系统的加速度(对地)为a，方向与水平方向的夹角为斜向下，梯的台面是水平的，所以梯对人的支持力N竖直向上，人受的重力mg竖直向下。由于仅靠N和mg不可能产生斜向下的加速度，于是可判定梯对人有水平方向的静摩擦力，。解法1 以人为研究对象，受力分析如图所示。因摩擦力f为待求且必沿水平方向，设水平向右。为不分解加速度a，建立图示坐标，并规定正方向。X方向 mgsin-Nsin-fcos=maY方向 mgcos+fsin-Ncos=0解得：N=m(g-asin) f=-macos为负值，说明摩擦力的实际方向与假设相反，为水平向左。【例6】如图1所示，在原来静止的木箱内，放有A物体，A被一伸长的弹簧拉住且恰好静止，现突然发现A被弹簧拉动，则木箱的运动情况可能是（ ） A. 加速下降B. 减速上升 C. 匀速向右运动D. 加速向左运动 解析：木箱未运动前，A物体处于受力平衡状态，受力情况：重力mg、箱底的支持力N、弹簧拉力F和最大的静摩擦力（向左），由平衡条件知： 物体A被弹簧向右拉动（已知），可能有两种原因，一种是弹簧拉力（新情况下的最大静摩擦力），可见，即最大静摩擦力减小了，由知正压力N减小了，即发生了失重现象，故物体运动的加速度必然竖直向下，由于物体原来静止，所以木箱运动的情况可能是加速下降，也可能是减速上升，A对B也对。 另一种原因是木箱向左加速运动，最大静摩擦力不足使A物体产生同木箱等大的加速度，即的情形，D正确。匀速向右运动的情形中A的受力情况与原来静止时A的受力情况相同，且不会出现直接由静止改做匀速运动的情形，C错。专题一.第二定律应用： 例题评析【例1】 如图所示，一个弹簧台秤的秤盘和弹簧质量均不计，盘内放一个质量的静止物体P，弹簧的劲度系数。现施加给P一个竖直向上的拉力F，使P从静止开始向上做匀加速运动。已知在头0.2s内F是变力，在0.2s以后，F是恒力，取，求拉力F的最大值和最小值。解析：根据题意，F是变力的时间，这段时间内的位移就是弹簧最初的压缩量S，由此可以确定上升的加速度a， 由得： 根据牛顿第二定律，有： 得： 当时，F最小 当时，F最大 拉力的最小值为90N，最大值为210N专题二动力学的两类基本问题 知识梳理应用牛顿运动定律求解的问题主要有两类：一类是已知受力情况求运动情况；另一类是已知运动情况求受力情况.在这两类问题中，加速度是联系力和运动的桥梁，受力分析是解决问题的关键. 例题评析【例1】 如图所示，在倾角=37的足够长的固定的斜面上，有一质量m=1 kg的物体，物体与斜面间动摩擦因数=0.2，物体受到沿平行于斜面向上的轻细线的拉力F=9.6 N的作用，从静止开始运动，经2 s绳子突然断了，求绳断后多长