1、第四章 牛顿运动定律知能图谱一、牛顿第一定律惯性知识能力解读知能解读 （一）关于力与运动的关系的认识1 历史上对力与运动关系的认识过程代表人物对力和运动关系的看法亚里士多德必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就处于静止状态伽利略如果没有摩擦阻力，运动的物体将保持这个速度一直运动下去笛卡儿如果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 伽利略的理想斜面实验（1）（事实）如图1-4-1所示，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）（现象）如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度。（3）（现象）减小第
2、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）（推论）继续减小第二个斜面的倾角，最后变成水平面，小球将沿水平面永远运动下去。（5）（结论）物体在水平面上做匀速直线运动时并不需要外力来维持。说明理想实验以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，略去次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律，它是科学研究中的一种重要方法。知能解读 （二）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运动状态。牛顿第一定律也叫“惯性定律”。2 对牛顿第一定律的理解（1）定义了力：力是改变物体运动状态的原因（即力是产生加速度的原因），而不是维持物体运动
3、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惯性。（3）定性揭示了力和运动的关系。（4）牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律，它描述的只是一种理想状态，而实际中不受外力作用的物体是不存在的，当物体所受合力为零时，其效果跟不受外力作用时相同。因此，我们可以把“不受外力作用”推广为“合力为零”。知能解读 （三）惯性1 定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性。2 对惯性的理解（1）惯性是物体的一种固有属性，一切物体（无论是否受力、是否运动、做何种运动等）都具有惯性。（2）惯性不是一种力，有大小但无具体数值，它的大小反映了改变物体运动状态的难易程度。（3
4、）惯性与运动状态无关：不论物体是处于怎样的运动状态，惯性总是存在的。当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体原来运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动。（4）惯性与是否受力无关，与速度大小无关。（5）惯性的大小只与物体的质量有关，质量大的物体匮性大，质量小的物体惯性小。知能解读 （四）惯性与力的比较项目惯性力物理意义物体保持匀速直线运动或静止状态的性质物体间的相互作用存在条件是物体本身的固有属性，始终具有，与外界条件无关力只有在物体间发生相互作用时才有说明有大小（无具体数值，也无单位），无方向有大小、方向、作用点及单位方法技巧归纳方法技巧 （一）利用牛顿第一定律解题方
5、法指导 利用牛顿第一定律解决的主要问题是对惯性现象的分析，具体思路如下：1明确所研究的物体原来处于怎样的运动状态。2当外力作用在该物体的某一部分（或外力作用在与该物体有关联的其他物体上）时，这一部分的运动状态将如何变化。3该物体由于惯性将保持怎样的运动状态，最后会出现什么现象。方法技巧 （二）质量是物体惯性大小的唯一量度方法指导 与惯性有关的题目应明确：惯性只与物体的质量有关，与是否受力，运动状态是否改变无关。高考能力培养高考能力 （一）考纲解读内容要求考纲解读牛顿第一定律1知道亚里士多德关于力和运动关系的观点，了解伽利略、牛顿等人对运动和力关系的完善2理解牛顿第一定律的含义惯性1理解惯性的概
6、念，会用惯性解释生活中的一些实际问题2知道质量是物体惯性大小的唯一量度，知道惯性是物体本身固有的一种属性高考能力 （二）能力培养理解能力理解能力二、牛顿第二定律知识能力解读知能解读 （一）牛顿第二定律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 公式：Fkma或Fma。说明（1）当公式Fkma中的各物理量均用国际单位制中的单位时，k1，即公式Fkma简化为公式Fma。（2）牛顿第二定律定义了牛顿这个物理单位：使质量为1kg的物体产生的加速度的力为1N，即。3 特点矢量性公式Fma是矢量式，加速度与合力都是矢量，它们的方向始终相同，加速度
7、的方向由合力的方向决定因果性力是产生加速度的原因，质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的加速度是力这一外因和质量这一内因共同作用的结果瞬时性a与F对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，F为该时刻物体所受合力同一性加速度a相对同一惯性系（一般指地面）；Fma中，F、m、a对应同一物体或同一系统；Fma中，各量统一使用国际单位制单位独立性作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律；物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和；分力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律，即，相对性定律中的加速度是以地面或相对于地面静止或匀速直线运动的物体为参考系所量度的，即定律仅在惯性系中成立局
8、限性只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的粒子知能解读 （二）应用牛顿第二定律解题的基本步骤1 确定研究对象。2 把研究对象隔离并进行受力分析和运动分析。3 根据力的合成与分解的方法，求出物体所受的合力（包括大小和方向）4 根据牛顿第二定律列方程，求出物体的加速度。5 结合给定的物体运动的初始条件，选择运动学公式，求出所需的运动参量。6 讨论结果是否有意义。方法技巧归纳方法技巧 （一）利用牛顿第二定律解决问题的方法方法指导 （1）合成法当物体只受两个力的作用而做变速运动时，通常根据加速度方向和合外力方向一致，用平行四边形定则先确定合外力后求解。（2）正交分解法当物体受多个力作用
9、时，通常采用正交分解法分析牛顿第二定律问题。，为了减少矢量的分解，建立坐标轴时，确定x轴正方向有两种方法：分解力不分解加速度，此时一般规定a方向为x轴正方向；分解加速度不分解力，此种方法以某个方向为x正方向，加速度分解到x轴和y轴上。方法技巧 （二）瞬时加速度问题的分析方法方法指导 分析物体在某一时刻的加速度，关键是分析瞬时前后的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。此类问题应注意两种基本模型的建立。（1）刚性绳（或接触面）：认为是一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，若剪断（或脱离）后，其中弹力立即发生变化，不需要形变恢复时间，一般题目中所给细线和接触面在不加特殊说明时，均可按
10、此模型处理。（2）弹簧（或橡皮绳）：此种物体的特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成不变。方法技巧 （三）整体法、隔离法处理连接体问题方法指导 （1）运用整体法分析问题时，系统内各物体的加速度的大小和方向均应相同。（2）对于连接体各部分加速度相同时，一般的思维方法是先用整体法求出加速度，再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力。即“先整体求加速度，后隔离求内力”。1 先整体后隔离2 先隔离后整体方法技巧 （四）临界极值问题的分析方法方法指导 （1）在运用牛顿运动定律解决动力学有关问题时，常常会讨论相互作用的物体是否会发生相对滑动，相互接触的物
11、体是否会发生分离等，这类问题就是临界问题。临界问题是指物体的运动性质发生突变，要发生而尚未发生改变时的状态。此时运动物体的特殊条件往往是解题的突破口，其中常出现的临界条件为：地面、绳子或杆的弹力为零；相对静止的物体间静摩擦力达到最大，通常在计算中取最大静摩擦力等于滑动摩擦力。临界状态往往是极值出现的时刻，题目中常出现隐含临界状态的词语，如“最大”“最小”“最短”“恰好”等。（2）解决临界问题的关键是要分析出临界状态。例如：两物体刚好要发生相对滑动时，接触面上必出现最大静摩擦力，两个物体要发生分离时，相互之间的作用力弹力必定为零。高考能力培养高考能力 （一）考纲解读内容要求考纲解读牛顿第二定律1
12、掌握牛顿第二定律，理解其确切含义2能用牛顿第二定律解决实际问题3知道力的单位“牛顿”的由来三、牛顿第三定律知识能力解读知能解读 （一）作用力与反作用力物体间相互作用的一对力，通常叫做作用力与反作用力。若把其中一个力叫做作用力，另一个就叫做反作用力。知能解读 （二）牛顿第三定律1 内容：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，作用在同一条直线上。这就是牛顿第三定律。2 表达式：。3 适用范围牛顿第三定律不仅适用于固体间的相互作用，也同样适用于液体和气体间的相互作用，而且跟物体的运动状态无关。4 对作用力与反作用力的理解（1）作用力与反作用力的“四同”“三异”“三无关”四同三异三无关
13、（1）大小相同（2）性质相同（3）同时产生、变化和消失（4）作用在同一直线上（1）方向不同（2）受力物体不同（3）产生效果不同（1）与物体类型无关（2）与物体运动状态无关（3）与物体所受其他力情况无关（2）作用力、反作用力与一对平衡力的比较作用力与反作用力一对平衡力相同点大小相等，方向相反，作用在同一条直线上不同点涉及物体只涉及两个物体要涉及三个物体（两个施力物体、一个受力物体）受力物体分别作用在两个物体上共同作用在一个物体上合力问题不能合成合力为零力的性质性质一定相同性质不一定相同依赖关系相互依存，同时产生、同时变化、同时消失无依赖关系，不一定同时产生、同时变化、同时消失作用效果使各自的受力
14、者产生一个分加速度，彼此间不平衡使同一受力物体平衡方法技巧归纳方法技巧 （一）对牛顿第三定律的理解方法指导 （1）定律中的“总是”表明在任何条件下牛顿第三定律都是成立的。（2）牛顿第三定律只对相互作用的两个物体成立，因为大小相等、方向相反、作用在两个物体上且作用在同一条直线上的两个力，不一定是作用力和反作用力。（3）牛顿第三定律揭示了作用力和反作用力具有同时性，若一个力产生、变化或消失，则另一个力必然同时产生、变化或消失。方法技巧 （二）应用牛顿第三定律转移研究对象方法指导 牛顿第三定律研究的是两个物体之间作用力与反作用力的关系，所以在某一外力不易确定甚至不能确定而需要转换研究对象进行受力分析
15、时，可以应用牛顿第三定律，它是联系各力之间关系的桥梁。高考能力培养高考能力 （一）考纲解读内容要求考纲解读牛顿第三定律1理解作用力与反作用力的概念2理解牛顿第三定律的含义，并能用它解释生活中的现象高考能力 （二）能力培理解能力四、单位制牛顿运动定律的应用知识能力解读知能解读 （一）单位制1 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做基本物理量，它们的单位叫做基林位。2 导出单位：由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位叫做导出单位，例如速度、加速度的单位。3 单位制：基本单位和导出单位一起组成了单位制。4 国际单位制中
16、的七个基本物理量和相应的国际单位制中的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发光强度I坎德拉cd物质的量n摩尔mol知能解读 （二）超重与失重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称为超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情况称为失重现象物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为零的状态，叫做完全失重状态产生条件物体有向上的加速度物体有向下的加速度ag，方向向下视重Fm（ga）Fm（ga）F0运动状态加速上升，减速下降加速下降，减速上升无阻力的抛体运动说明（
17、1）a为物体在竖直方向上的加速度或在竖直方向上的加速度分量。（2）超重和失重现象仅与加速度有关，与速度无关。（3）超重与失重现象仅仅是一种表象。处于平衡状态时，物体受到的重力大小等于支持力或拉力，但当物体在竖直方向上做加速运动时，重力、支持力（或拉力）大小就不相等了；所谓超重与失重，只是支持力（或拉力）比重力大或小，是视重的改变。知能解读 （三）两类运动和力的问题1 已知物体的受力情况，确定物体的运动情况如果我们已知物体的受力情况，可作出受力示意图，应用平行四边形定则或者正交分解法，根据物体的加速度与合力的对应关系，由牛顿第二定律确定物体运动的加速度，求出物体的运动情况任意时刻的速度和某段时间
18、内的位移以及物体运动的轨迹等。2 已知物体的运动情况，确定物体的受力情况如果我们已知物体的运动情况，应用运动学的有关公式可以求出物体的加速度，再应用牛顿第二定律求出物体所受的合力，结合受力分析求出未知力（如弹力、摩擦力等）。方法技巧归纳方法技巧 （一）超重、失重现象的分析方法方法指导 （1）判断物体处于失重或超重状态，可根据加速度的方向进行判断，若加速度向上，则物体处于超重状态，若加速度向下，则物体处于失重状态。（2）当物体出现超重或失重时，物体的加速度不定沿竖直方向，但加速度一定有竖直方向的分量。（3）如果系统内有的物体向上加速，有的物体向下加速，此时可考虑整体重心的加速度方向，来判断系统是处于失重还是超重。方法技巧 （二）解决动力学两类问题的基本思路方法指导 （1）由受力情况求运动情况，解题思路：（2）由运动情况求受力情况，解题思路高考能力培养高考能力 （一）考纲解读内容要求考纲解读牛顿运动定律的应用会灵活选用公式处理运动和力的问题超重和失重会判断超重现象和失重现象高考能力 （二）能力培养1 理解能力2 推理能力
