第07章力和牛顿运动定律.docx

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第07章力和牛顿运动定律

第7章力和牛頓運動定律

小測試（p.84）

1.（a）沒有

（b）沒有

（c）有

（d）有

2.（a）飛機B的質量較大，慣性也較大。

（b）由於兩架飛機都沒有加速，因此作用在它們上的淨力均為零。

複習題（p.84）

1.C

2.C

3.A

4.C

5.（a）牛頓運動第一定律指出，若作用在物體上的淨力為零，則該物體會保持靜止或繼續以勻速運動。

（b）只要沒有不平衡力作用在太空船上，即使關掉推進器，太空船仍能保持勻速運動。

在地球上，這情況因重力和摩擦力的存在而難於實現，但在太空中，這情況則較可能發生。

6.不是。

不斷踩動腳踏是為了提供一個力來抗衡摩擦力，正如牛頓運動第一定律預期，當兩個力互相平衡時，單車便會保持勻速運動。

7.當汽車向前加速時，雜物因本身的慣性而傾向留在原處，結果便從車尾箱掉出。

8.兩輛手推車中的物質雖然不同，但質量相同，慣性相同，故推動兩輛手推車同樣困難。

9.（a）根據牛頓運動第一定律，除非有淨力作用在他們上，否則他們會以恆速度在冰面上直線移動。

在現實世界中，他們跟冰面之間有很小的摩擦力，致使他們慢慢地減速。

（b）志東會感到較為困難，因為他的質量較大，較為傾向保持原來的運動。

10.（a）超級油輪的質量比天星小輪大得多，也較為傾向保持原來的運動。

故此，超級油輪停下或轉向所需的距離也要比天星小輪大得多。

（b）（i）根據牛頓運動第一定律，在兩艘以恆速度移動的船上，根本沒有受淨力作用。

（ii）沒有。

（b）（i）的答案只考慮作用在兩艘船上的淨力，而並非考慮引擎所提供的推動力。

事實上，作用在物體上的淨力可由多個力組成，推動力只是其中一種。

小測試（p.89）

1.B

2.（a）

（b）由於作用在購物車上的淨力為零，摩擦力的量值應等於5N，即推力的量值，但兩個力方向卻相反。

複習題（p.89）

1.（a）不是

（b）不是

（c）是

（d）是

2.（a）一個正在玩綁緊跳的人（考慮纜索有張力的情況）

（b）一個正在地上被人推着的木箱

（c）一個正在水上被船拉着的滑水運動員

（d）一個正在桌上被人按着的玩具

3.（a）不正確

（b）正確

（c）正確

（d）不正確

4.C

5.（a）硬幣處於靜止狀態時，所受的淨力為零。

故此，作用在硬幣上的法向反作用力與重量互相平衡，即作用在硬幣上的法向反作用力量值為

0.13N，方向指向上。

（b）作用在硬幣上的摩擦力為零。

硬幣沒有沿水平方向移動的傾向，也就不會有摩擦抗衡或傾向抗衡它的運動。

6.（a）幼繩的張力跟磁鐵A的重量互相平衡，故此，磁鐵A的重量為2N。

（b）作用在A上的磁力指向下。

由於作用在A上的淨力仍為零，因此可推測有一個向下的力跟向上增加了的張力互相平衡。

（c）磁鐵A的隔離體圖如下：

取向下的方向為正。

由此磁鐵A是靜止的，因此作用在它上的淨力為零

作用在磁鐵A上的磁力為0.4N（向下）。

7.（a）木箱的隔離體圖如下：

（b）取向右的方向為正。

繩索的張力合為

（c）木箱沒有垂直運動，表示作用在木箱上的垂直合力為零。

考慮木箱的水平運動。

作用在木箱上的淨為

木箱向右加速。

8.（a）方塊是靜止的，說明作用在它上的淨力為零。

作用在方塊上的法向反作用力跟方塊的重量互相平衡，也就是說法向反作用力為20N（向上）。

（b）（i）方塊的隔離體圖如下：

（ii）取向上的方向為正。

法向反作用力為16N（向上）。

小測試（p.97）

1.C

2.運用公式，加速度a為

3.取玩具車的運動方向為正。

玩具車的加速度a為

在這個情況中，只有摩擦力沿水平方向作用。

運用公式，摩擦力為

複習題（p.97）

1.A

2.C

3.B

4.A

5.B

6.D

7.跑車的驅動力為。

的士的驅動力為。

故此，跑車的驅動力較大。

8.（a）

汽車的加速度為

所需的最小驅動力為

（b）新的汽車質量為

9.（a）由於沒有垂直運動，因此垂直力的合量為零。

考慮水平力，並取向右的方向為正。

作用在滑水運動員的淨力為

他的加速度為

（b）滑水運動員從6ms−1加速至10ms−1所需的時間為

10.（a）取購物車的運動方向為正。

作用在購物車上的淨力為。

購物車的加速度為

在2s後，購物車的速度為

（b）作用在購物車上的淨力等於作用在購物車上的摩擦力。

購物車的加速度為

購物車停下前所移動的距離為

11.（a）取單車的運動方向為正。

單車的加速度為

作用在單車上的淨力為

單車的加速度為−2.5ms−2，制動力為188N。

（b）國明在減速的過程中共行駛了

（c）減速時所需的加速度為

所需的淨力為

所需的制動力為298N。

12.（a）加速度=速度─時間關係線圖的斜率

火車在t=0至40s間的加速度為

火車在40至100s間的加速度為

火車在100至120s間的加速度為

（b）在t=0至40s間，作用在火車上的力為

在40至100s間，作用在火車上的力為

在100至120s間，作用在火車上的力為

小測試（p.104）

1.B

2.偉強的體重W是700N。

他所感受到的表觀重量即是法向反作用力R。

根據牛頓第二定律，

因此，當升降機向上加速時，他感受到805N的表觀重量。

小測試（p.108）

1.C

2.D

複習題（p.108）

1.A

2.D

3.C

4.D

5.C

6.（a）雨點到達地面時的速度為

（b）作用在雨點上的空氣阻力大大地降低了雨點的終端速度。

7.（a）從線圖可見，當鋼珠到達終端速度時，作用在鋼珠上的流體阻力為

0.06N。

（b）當鋼珠到達終端速度時，鋼珠的重量W和作用在它上的流體阻力互相平衡。

也就是說鋼珠的重量為0.06N。

鋼珠的質量為。

（c）取向下的方向為正。

從線圖可見，在t=1s，作用在鋼珠上的流體阻力f1為0.04N。

根據牛頓運動第二定律，

從線圖可見，在t=2s，作用在鋼珠上的流體阻力f2為0.06N。

根據牛頓運動第二定律，

鋼珠在t=1s和t=2s的加速度分別為3.33ms−2和0。

8.（a）船頭設計成V形能減少水阻。

（b）降落傘能增加作用在穿梭機上的空氣阻力，有助穿梭機減速。

（c）戴上泳帽或把頭髮剃光能減少水阻，有助選手游出更佳的成績。

（d）單車粗糙的把手表面增加了單車手雙手和把手間的摩擦力，有助單車手抓緊把手。

9.（a）參加者的隔離體圖如下：

令他感到他自己的體重是法向反作用力R。

（b）取向下的方向為正。

由於他正以加速度g下墜，根據牛頓運動第二定律，

因此，他所感到的表觀重量為零。

10.取向上的方向為正。

根據牛頓運動第二定律，

從t=0至2s，。

從t=2至12s，。

從t=12至14.5s，升降機的加速度為

由於偉德所感到的表觀體重為作用在他上的法向反作用力R，因此得出以下線圖：

在首2s，升降機向上加速，偉德感到自己的重量比正常的大。

在其後10s，升降機以恆速度上升，他感到自己的重量跟正常的一樣。

在最後2.5s，升降機減速直至停下，他感到自己的重量比正常的小。

11.（a）羽毛的自由體圖如下：

在下墜的過程中，重量W保持不變，而空氣阻力f則不斷增加，直至羽毛以終端速度下墜。

（b）根據牛頓運動第二定律，

羽毛的速度變化率相等於它的加速度。

起初，作用在羽毛上的空氣阻力很小，羽毛因它的重量而以接近重力加速度下墜。

隨着羽毛的速度增加，空氣阻力愈來愈大，羽毛的加速度以至速度的上升率便愈來愈低。

（c）從速度─時間關係線圖可見，終端速度為0.2ms−1。

12.（a）在降落傘打開前的一刻，跳傘員以恆速度下墜，可見作用在他上的淨力為零。

也就是說，他所受到的空氣阻力相等於他的重量，即。

（b）降落傘打開後，作用在跳傘員上的空氣阻力大增，由於額外的空氣阻力為跳傘員提供一個向上的淨力，因此他的速度減少。

（c）隨着跳傘員的速度減少，作用在他上的空氣阻力也會變得較小。

故此，在他減速的同時，作用在他上的向上淨力也會不斷減少，直至空氣阻力與他的體重互相平衡。

到了最後，跳傘員便會達到另一個遠比原來為低的終端速度。

小測試（p.115）

1.（a）一名男子躍起時作用在大石上的力

（b）一名男子走路時作用在地面上的力

（c）一名男子作用在汽車上的推力

（d）直升機的旋翼向空氣所施的力

2.若作用在籃球上的法向反作用力是7N，則這個法向反作用力的反作用力是由籃球作用在桌子上的力，其量值為7N，而其方向下。

複習題（p.115）

1.D

2.B

3.C

4.C

5.D

6.A

7.太空人可朝着太空船相反的方向拋出噴射推進器。

根據牛頓運動第三定律，拋擲力的反作用力作用在太空人，從而把他推向太空船。

8.（a）當跑手以足部推向助跑器時，便有一個反作用力作用在跑手上，把他向前推。

就這樣，助跑器能幫助跑手在起步時加速。

（b）當你的手和腳向後划，作用力在水上時，便有反作力作用在你上，把你向前推。

（c）當你向下按着梯子時，便有反作用力作用在你身上，把你向上推。

（d）拳手向沙包施以作用力時，沙包便會向拳手的拳頭施以反作用力。

拳手感到痛楚正是由於反作用力作用在拳頭上的緣故。

9.（a）不是，這兩個力為作用力反作用力對，故它們的大小是相同的。

（b）雖然兩者感受的力大小相同，但由於保齡球的質量遠比球瓶的大，因此球瓶的加速度要大得多。

結果，球瓶被撞開了，但保齡球的運動卻沒有受到多大的影響。

10.（a）熊貓的自由體圖如下：

（b）不會。

熊貓的重量和法向反作用力都是作用在相同物體（熊貓）上，故它們不會構成作用力反作用力對。

（c）第一對：

地球作用在熊貓上的重力（即熊貓的重量）和熊貓作用在地球上的重力

第二對：

熊貓作用在樹枝上的力和樹枝作用在熊貓上的法向反作用力。

11.（a）耀文作用在小欣上的力和小欣作用在耀文上的力構成作用力反作用力對，故兩個力大小相同，但方向相反。

由此可見，小欣作用在耀文上的力為60N（向左）。

（b）取向右的方向為正。

耀文被推時的加速度

小欣被推時的加速度

耀文和小欣被推時的加速度分別為0.8ms−2（向左）和1.2ms−2（向右）

（c）運用公式，

耀文被推後的速度

小欣被推後的速度

耀文和小欣被推後的速度分別為0.4ms−1（向左）和0.6ms−1（向右）。

假如摩擦力可略去不計，兩人被推後，耀文將以恆速度0.4ms−1向左移，而小欣則以恆速度0.6ms−1向右移。

12.（a）取向右的方向為正。

運用公式，

三個方塊的共同加速度為4ms−2（向右）。

（b）（i）考慮方塊A。

運用公式，

方塊B作用在方塊A上的力為12N（向左），根據牛頓運動第三定律，方塊A作用在方塊B上的力為12N（向右）。

（ii）考慮方塊C。

運用公式，

方塊B作用在方塊C上的力為4N（向右），根據牛頓運動第三定律，方塊C作用在方塊B上