第四章牛顿运动定律测试.docx
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第四章牛顿运动定律测试
第四章第1节牛顿第一定律
一、学习目标
(1)能大致叙述发现牛顿第一定律的历史过程,并能作出初步评述。
(2)能清楚地描述伽利略关于力与运动的思想观念,以及对应设计出的理想实验和相应的推理结论。
(3)能准确表述牛顿第一定律,并能对定律有较为深入地理解,体会定律深刻的思想性和认识问题的本质性。
(1)能举例说明:
物体的质量是其惯性大小的量度。
二、自学教材
1.牛顿第一定律:
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,牛顿第一定律又叫惯性定律.
2.惯性:
物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。
3.理想实验的魅力
(1)亚里士多德观点:
必须有力作用在物体上.物体才能;没有力的作用,物体就要在某个地方,即力是物体运动的原因。
(2)伽利略理想斜面实验
小球沿斜面由滑下,再滚上另一个斜面,如果不计摩擦将滚到处.放低后一斜面,小球仍达到同一高度.但要滚得;若放平后一斜面,球将滚下去。
(3)伽利略观点:
不是维持物体运动的原因,而恰恰是物体运动状态的原因.
(4)笛卡儿观点:
除非物体的作用,物体将永远保持其或运动状态,永远不会使自己沿运动,而只保持在直线上运动.
4.牛顿物理学的基础——惯性定律
一切物体总保持状态或状态,除非作用在它上面的迫使它改变这种状态.
5.惯性与质量
(1)惯性的概念:
物体保持状态或状态的性质叫惯性,任何物体都有惯性.
(2)惯性的量度:
是物体惯性大小的惟一量度.质量只有大小,没有方向,是量.在国际单位制中,质量单位是千克,符号为kg.
探究讨论
有人认为,只有静止或做匀速直线运动的物体才具有惯性,做变速运动的物体不具有惯性,这种看法对吗?
不对.任何物体在任何情况都具有惯性,惯性是物体的固有属性,质量是惯性的惟一量度.惯性的大小与物体所处的运动状态无关.
三、重点与难点
(一)、牛顿第一定律
1.牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系,明确了力是改变物体运状态的原因。
2.描述了物体不受外力作用时的状态是匀速直线运动状态或静止状态,这是一种理想化的状态.
3.揭示了物体都有惯性,所以又叫惯性定律.
4.牛顿第一定律无法用实验加以验证,它是在“理想实验”的基础上加以“科学推理”得出的,所导航学校物理必修一111
谓“理想实验”是由在实际实验的基础上,根据实验现象,抓住问题的主要方面,忽影响实验的次要因素,对实验进行合理外推得到结论的实验方法.
【典型例题1】
关于牛顿第一定律,下列说法中正确的()
A.伽利略的斜面实验是牛顿第一定律的实验基础
B.笛卡儿在牛顿总结出第一定律之前,已经正确地表述了牛顿第一定律的内容
C.牛顿第一定律在任何条件下都成立
D.牛顿第一定律已孕育着牛顿第二定律产生的因素
解析
(1)伽利略的理想斜面实验揭示了物体如果不受外力,将保持原来的运动状态不变这一基本属性,为牛顿第一定律的建立奠定了坚实的实验基础.
(2)笛卡儿进一步补充和完善了伽利略的观点,他指出:
如果没有其他原因,运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向,牛顿在伽利略、笛卡儿等人的研究基础上,系统地总结了力学的知识,得出了牛顿第一定律.(3)牛顿第一定律适用于任何物体,具有定律的普遍性,但也是有条件的,只有在惯性系中才成立.(4)牛顿第一定律已经孕育着牛顿第二定律产生的因素,如果物体受到的合力不为零,其运动状态必然会改变,也就是说必然会产生加速度.正确选项为:
A、B、D,
点评在掌握知识的同时,也应对相关的物理学史有所了解,
反馈练习1
以下各说法中正确的是
A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动
B.不受外力作用时,物体运动状态保持不变,是由于物体具有惯性
C.在水平面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持它运动的结果
D.物体运动状态变化时,物体必定受到外力作用
反馈练习2.
伽利略理想斜面实验将可靠的事实和理论思维结合起来,能更深刻地反映自然规律,伽利略的斜面实验程序如下:
1减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度;
2两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一斜面;
3如果没有摩擦,小球将上升到释放的高度;
4继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球沿水平面做持续匀速运动,
请按实验先后次序排列,并指出它究竟属于可靠的事实,还是通过思维过程的推论,下列选项中正确的是()
A.事实②—>推论③—>事实①—>推论④B.事实②—>推论③—>推论①—>推论④
C.事实②—>推论①—>推论③—>推论④D.事实②—>推论①—>事实③—>推论④
(二)、惯性
1.惯性不是力,是物体的一种固有属性,是保持原来运动状态不变的性质.
2.惯性大小由物体的质量惟一决定,而与物体的运动状态及物体受力与否均无关.
3.惯性的表现形式:
物体不受力时,惯性表现为保持匀速直线运动或静止状态这种原来的状态.在受力时,惯性表现物体运动状态改变的难易程度,质量越大,惯性越大,物体运动状态越难以改变.
【典型例题2】将一玻璃瓶装水后密闭放在水平桌面上,在瓶的中部有一个气泡处于静止状态,如图所示,现突然用力将瓶子向前推动一下,则可以看到气泡相对于瓶子的运动情况是
A.不动B.向前C.向后D.无法确定
解析:
物体受外力时,惯性表现为物体运动状态改变的难易程度.由于惯性大小与质量有关,而同等体积的水的质量大于气泡的质量.因此水的惯性远大于气泡的惯性,突然用力推瓶,水的惯性比气泡的惯性大,水保持静止状态的趋势远大于气泡保持静止状态的趋势,所以,气泡导航学校物理必修一112
相对于瓶子向前运动,B项正确.同理当玻璃瓶由运动突然停止时,气泡将相对于瓶子向后运动,本题正确答案为B
点评物体惯性的大小由质量决定,质量大的物体惯性大,质量小的物体惯性小.
反馈练习3、
下面关于惯性的说法中,正确的是
A运动速度大的物体比速度小的物体难以停下来,所以运动速度大的物体具有较大的惯性
B物体受的力越大,要它停下来就越困难,所以物体受的推力越大,则惯性越大
C.物体的体积越大,惯性越大
D物体含的物质越多,惯性越大
反馈练习4、
如图所示,在水平平直公路上匀遠行驶的小车顶上,用绳子悬挂着一个小球.
(1)若剪断绳子,小球将落至A、B、C中的点;
(2)若小车速度突然减小,小球将偏向方;
(3)若小车速度突然增大,小球将偏向方.
误区警示在分析力学问题时,误认为运动的物体就一定受到力的作用,且运动物体的运动方向必与其受力方向相同,速度越大,则物体受力越大.因此,必须深刻认识到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,物体的惯性只与物体的质量有关,质量是物体惯性大小的量度.惯性与物体的运动状态、速度大小、所处位置无关.
【典型例题3】关于力和运动的关系,下列说法中正确的是
A.物体的速度不断增大,表示物体必受力的作用
B.物体的位移不断增大,表示物体必受力的作用
C.物体朝什么方向运动,则这个方向上物体必受力的作用
D.物体的速度大小不变,则其所受的合力必为零
错解.ABCD
剖析该题错选的主要原因就是对基本概念理解不深刻,且日常错误观念影响.误以为只有有力作用在物体上,物体才会运动,撤去外力,物体就要停下来,实际上,力是改变物体运动状态的原因,不是维持物体运动的原因.运动状态的改变即速度的改变,而速度的改变包括大小和方向两个要素,速度的大小不变而方向改变,也是运动状态改变了,说明一定有外力作用,
正解A
《第1节牛顿第一定律》同步检测
基础巩固
1、下列说法中正确的是
A.物体不受力的作用就一定静止B.物体不受力的作用就一定做匀速直线运动
C.物体受力才能运动D.以上说法都是错误的
2、关于运动和力的关系,下列说法中正确的是
A.力是物体速度不断变化的原因B.力是产生加速度的原因
C.力是物体的位移不断增大的原因D.力是物体运动状态发生变化的原因
3、以下几种情况中,不需要对物体施加力的是
A.物体从静止变为运动B.物体从运动变为静止
C.物体的运动方向不断改变D.物体的速度大小和运动方向都不改变
4、火车在长直的轨道上匀速行驶,门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起,发现仍落回到原处,这是因为
A.人跳起后,车厢内空气给他以向前的力,带着他随火车一起向前运动
导航学校物理必修一113
B.人跳起的瞬间,车厢的地板给人一个向前的力,推动他随火车一起运动
C.人跳起后,车继续前进,所以人落下必然偏后一些,只是由于时间很短,偏后的距离不易观察出来
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
5、建筑工地上吊车正吊着一小车建筑材料匀速上升,某时刻车子边缘掉落一小块石子,则它掉落后(不计空气阻力)
A.立即向下运动B.仍将向上运动一小段时间
C.它只受重力作用D.它除受重力作用外,还受向上的冲力作用
6关于惯性的大小,下列说法中正确的是
A.高速运动的物体不容易让它停下来,所以物体运动速度越大,惯性越大
B.用相同的水平力分别推放在地面上的两个材料不同的物体,则难以推动的物体惯性大
C.两个物体只要质量相同,那么惯性就一定相同
D.在月球上举重比在地球上容易,所以同一个物体在月球上比在地球上惯性小
7、在空中下落的雨滴,在落至地面附近时可以看成是匀速直线运动,下述说法中正确的是()
A.雨滴开始下落阶段,运动状态不断改变,说明雨滴受到了力的作用
B.匀速下落时,不受任何力的作用
C.下落过程中,受到的各力大小不变
D.匀速下落时,受到了平衡力的作用
能力提升
8、如图所示,在一辆表面光滑的小车上,有质量分别为m1,m2的两个小球(m1)m2)随车一起匀速运动,当车突然停止时,如不考虑其他阻力,设车足够长,则两个小球()
A.一定相碰B.一定不相碰
C.不一定相碰D.难以确定是否相碰,因为不知小车的运动方向
9、有一仪器中电路如图所示,其中M是质量较大的一个金属块,两端与弹簧相连接,将仪器固定在一辆汽车上,当汽车急刹车时,哪只灯会亮?
当汽车启动时,哪只灯会亮?
为什么?
10、如图所示,较重的书系于线CD的下端,书下再系根同样的线BA.
(1)若在线的A端慢慢增加拉力,则线先断.
(2)若在线的A端突然用力一拉,则线先断.
11、如图所示c俯视图,以速度v匀速行驶的列车车厢内有一水平桌面,桌面上的A处有一小球,若车厢中的旅客突然发现小车沿图中虚线由A向B运动.则由此可判断列车
A.减速行驶,向南转弯B.减速行驶,向北转弯
C.加速行驶,向南转弯D.加速行驶,向北转弯
导航学校物理必修一114
第2节《实验:
探究加速度与力、质量的关系》导学案
【学习目标】
(l)理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。
(2)理解实验思路的合理性,以及用图象处理实验数据的有效性。
(3)经历实验的操作和测量过程,以及通过图象处理实验数据的过程,体验如何平衡摩擦阻力、减小系统误差(钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等)的操作办法。
(4)体会整个探究过程的科学严谨和合理性。
【自学教材】
一、实验原理
保持物体的质量不变,测量物体在不同的力的作用下的加速度,分析加速度与力的关系,保持物体所受力相同,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。
实验中取一个小车做研究物体,需要测量的物理量有三个:
小车的质量、小车所受的拉力、小车的加速度.小车的质量可以用天平测量,要改变小车的质量,可以在小车中增减砝码;用小盘和砝码牵引小车,使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力相等,增减小盘中的砝码就可以改变小车受到力;在小车上安装一条打点计时器的纸带,根据纸带上打出的点来测量加速度。
分析以上所测数据,得出加速度与力、质量的关系。
二、实验器材一端带滑轮的光滑长木板,小车,纸带,细绳,小盘,砝码,打点计时器,导线,电源,天平,刻度尺。
三、实验步骤
1.用天平测出小盘的质量备用。
2.如图所示,把附有定滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定于长木板上没有滑轮的一端,连接好电路,把纸带穿过打点计时器,一端固定在小车的后面;把细绳的一端拴在小车上,使细绳跨过滑轮.
3.利用斜面平衡小车所受的摩擦力:
先去掉钩码,用垫块垫起木板的后端,选择合适的角度,在车后拖上纸带。
打点计时器打点时,用手给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点子间隔基本均匀,就表明小车做匀速运动,即小车受到的阻力跟它的重力沿斜面方向的分力平衡。
(此处同学们可以在实验后再分析)
4.在细绳下面系上小盘,盘中放上一个小砝码,记下小-盘和砝码的总质量,填入表1中。
5.使小车靠近打点计时器,先接通电源,后放开小车,纸带随着小车运动,打点计时器就在纸带上打出一系列的小点。
6.取下纸带,选定某点,用刻度尺测量出出发点到该点的距离x,数出点的间隔得到时间t,根据a=△x/t2算出加速度a,填入表1中。
7.更换纸带,增加砝码个数,重复上述步骤五次,把所有数据均填人表l中。
8.用天平测出小车的质量,填入表2中。
9.如图所示,把附有定滑轮的长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定于长木板上没有滑轮的一端,连接好电路。
把纸带穿过打点计时器,一端固定在小车的后面;把细绳的一端拴在小车上,使细绳跨过滑轮,下边系上小盘,盘中放上一个砝码。
10.使小车靠近打点计时器,先接通电源,后放开小车,纸带随着小车运动,打点计时器就在纸带上打出一系列的小点。
11.取下纸带,选定某点,用刻度尺测量出出发点到该点的距离x,数出点的间隔得到时间t,根据a=△x/t2算出加速度a,填入表2中。
12.更换纸带,在小车中增加砝码个数,重复上述步骤7-9五次,把所有数据均填人表2中。
导航学校物理必修一115
表1
实验次数
1
2
3
4
5
6
小盘和砝码总质量(M/kg)
小车所受拉力F/N
小车加速度a/(m.s2)
表2
实验次数
1
2
3
4
5
6
小车总质量(M/kg)
小车加速度a/(m.s2)
四、实验结论
当小车质量不变时,加速度与拉力成正比关系;当拉力不变时,加速度与小车质量成反比关系.
五、注意事项
1.平衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量,都不需要重新平衡摩擦。
,
2.实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码总质量,只有如此,砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等.
3.各纸带上的加速度a都应是该纸带上的平均加速度.
4.作图像时,要使劲尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点尽可能对称分布在所作直线两侧,离直线较远的点应舍去。
5.小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手。
【典型例题1】一汽车在路面情况相同的公路上直线行驶,下面关于车速、惯性、质量和滑行路程的说法中正确的是
A.车速越大,它的惯性越大B.质量越大,它的惯性
C.车速越大,刹车后滑行的路程越长D.车速越大,刹车后滑行的路程越长,所以惯性越大
析:
物体的惯性只决定于物体的质量,质量越大,惯性越大,刹车后滑行的路程与初速度和路面情况有关,初速度越大,滑行的路程越长,所以B、C是正确的.
【反馈练习1】在保持小车质量M不变,探究a与F的关系时,小车质量M和沙及沙桶质量m分别选取下列四组值,若其他操作都正确,那么在选用哪一组值测量时,所画出的a-F图线较准确?
A.M=500g,,m分别为50g、70g、l00g、125gB.M=500g,m分别为20g、30g、40g、50g
C.M=200g,m分别为50g、70g、100g、125gD.M=100g,m分别为30g、40g、50g、60g
【反馈练习2】“控制变量法”是物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一.在探究加速度与力、质量的关系的实验中,我们就用到了“控制变量法”.下列说法中,你认为符合实际的是
A.通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究,能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B.通过保持小车质量不变,只改变小车拉力的研究,就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C.通过保持小车受力不变,只改变小车质量的研究,就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D.先不改变小车质量,研究加速度与力的关系;再不改变力,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
误区警示
在利用打点计时器打出的纸带求运动物体的加速度时,错误地利用公式△x=
[(x2-x1)
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+(x3-x2)+…+(xn-xn-1)]=aT2来求,实际上,就成为△x=
(xn-xn-1)=aT2,这样就等于只用了两个数据,误差必然较大.
【典型例题2】实验装置如图甲所示,一木块放在水平长木板上,左侧拴有一细软线,跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连,木块右侧与打点计时器的纸带相连,在重物牵引下,木块在木板上向左运动,重物落地后,木块继续向左做匀减速运动,图乙给出了重物落地后,打点计时器在纸带上打出的一些点,试根据给出的数据,求木块与木板间的动摩擦因数u,要求写出主要的运算过程,结果保留两位有效数字.(打点计时器所用交流电频率为50Hz,不计纸带与木块间的拉力,取重力加速度g=10m/s2)
错解有给出的数据可知,重物落地后,木块在连续相等的时间内的位移分别是:
x1=7.72cm,x2=7.21cm,x3=6.71cm,x4=6.25cm,.:
x5=5.76cm,x6=5.29cm,x7=4.81cm,x8=4.31cm
根据匀变速直线运动的规律知,(x2-x1)+(x3-x2)+…+(x8-x7)=7aT2,
a=(x8-x1)/7T2=-3.0m/s2.重物落地后木块只受滑动摩擦力的作用,以m表示木块的质量,根据牛顿第二定律,有-µmg=ma,解得µ=0.30.
剖析:
在处理打点计时器打出的纸带,求解运动物体的加速度时,要利用逐差法,这样各个数据都被利用了,计算结果误差较小,而利用上面的解法,只是利用了第一个和最后—个数据,误差会较大。
正解由给出的数据可知,重物落地后,木块在连续相等的时间T内的位移分别是:
x1=7.72cm,x2=7.21cm,x3=6.71cm,x4=6.25cm,.:
x5=5.76cm,x6=5.29cm,x7=4.81cm,x8=4.31cm.
以a表示加速度,根据匀变速直线运动的规律,有
△x=
[(x5-x1)+(x6-x2)+(x7-x3)+(x8-x4)]=4aT2,又知T=0.04s,解得a=-3.0m/s2.
重物落地后木块只受滑动摩擦力的作用,以m表示木块的质量,根据牛顿第二定律,有-µmg=ma解得µ=0.30.
第2节《实验:
探究加速度与力、质量的关系》同步检测
【基础巩固】
1、探究“加速度与力和质量的关系”的实验中,下列说法中正确的是
A.为了减小实验误差,悬挂物的质量应远小于小车和砝码的总质量‘
B.为减小小车、纸带受到摩擦力对实验的影响,需把小车运动平板起始端略垫高
C.实验结果采用描点法画图象,是为了减小误差.
D.实验结果采用坐标作图,是为了根据图象直观地作出判断
2、实验台上备有下列器材:
A.电磁式打点计时器、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.小桶、细绳、沙;G.两根导线;H.秒表;I.天平(附砝码);J.刻度尺;K.弹簧秤;L.6V蓄电池;M.学生电源;N.小木板;Q.铁架台.为探究加速度与力和质量的关系,选用的器材是_____.
质量m/kg
受力F/N
加速度a/(m/s2)
1
0.5
0.25
2
0.50
3
1.00
4
1.0
5
1.5
3、右表是探究牛顿第二定律实验所得到的数据,若利用前三组数据探究加速度与受力的关系,则2、3组数据中物体的质量分别为________、__________;若利用后三组数据探究加速度与物体质量的
关系,则4、5组数据中物体所受的力分别为______,_______.
4、实验中保持滑块质量不变,改变滑块受力时,测出滑块在相等时间内由静止开始运动的位移x.以
小车的受力F为横坐标,以小车的位移x为纵坐标作图,得出的图象应是
导航学校物理必修一117
______________,得出的实验结论应是_______________.
5、用图甲所示的装置研究质量一定时加速度与作用力的关系,研究的对象是放在长木板上的小车,小车的质量为M,长木板是水平的.小车前端拴着细轻绳,跨过定滑轮,下面吊着沙桶,实验中认为细绳对小车的作用力F等于沙和桶的总重量mg.用改变沙的质量的办法来改变对小车的作用力F,用打点计时器测出小车的加速度a,得出若干组F和a的数据.然后根据测得的数据作出a-F图象.一学生作出如图乙所示的图线,发现横轴上的截距OA较大,明显地超出了偶然误差的范围,这是由于在实验中没有进行下面的步骤,即_______.
【能力提升】
6、在探究加速度与力、质量的关系实验中,某生将实验装置按如图所示进行安装,准备接通电源后开始做实验,但他的装置图中有几个明显的错误,请你给予纠正._______________
7、某学生在探究加速度与力、质量的关系时,先保持小车的质量一定,测得小车的加速度a和所受拉力F的数据如下表所示:
F/N
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
a/(m/s2)
0.10
0.19
0.31
0.39
0.51
(1)根据表中的数据在图中作出a-F图线.
(2)假设物体的质量等于拉力与加速度的比,即m=
.其中力的单位取N,加速度的单位取m/s2,请你根据所作的图线,求出物体的质量.
(3)在探究加速度和质量的关系时,根据得到的数据作出a-
图线,其中加速度的单位是m/s2,质量的单位是kg。
如果作用力等于加速度与质量的乘积,那么利用a-
图线怎样求出作用力的大小?
第1节《牛顿第一定律》参考答案
自学教材1
(1)运动静止维持
(2)静止同一高度更远永远(3)力改变(4)受到外力静止状态曲线2.匀速直线运动静止力3.
(1)匀速直线运动静止
(2)质量标
反馈平台l.ABD2.B3.D4.
(1)B
(2)前(3)后
(1)小球落下时,由于具有惯性,保持原来的水平速度,即小球在水平方向上与车相对静止,所以落在悬挂点的正下方;
(2)小球落下时,由于惯性保持原来的水平速度,当小车速度减小时,小球在水平方向上相对小车向前运动,所以落在悬挂点前方;(3)小球落下时,由于惯性保持