高一物理上第四章《牛顿运动定律》教案及随堂练习例题

第四章牛顿运动定律一、牛顿第一定律［要点］1．伽利略的成功在于把“明明白白的实验事实和清清楚楚的逻辑推理结合在一起”，物理学从此走上了正确的轨道。

2．力与运动的关系。

（1）历史上错误的认识是“运动必须有力来维持”（2）正确的认识是“运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因”。

3．对伽利略的理想实验的理解。

这个实验的事实依据是运动物体撤去推力后没有立即停止运动，而是运动一段距离后再停止的，摩擦力越小物体运动的距离越长。

抓住这些事实依据的本质属性，并作出合理化的推理，这就是伽利略的高明之处，我们要学习的就是这种思维方法。

4．对“改变物体运动状态”的理解——运动状态的改变就是指速度的改变，速度的改变包括速度大小和速度方向的改变，速度改变就意味着存在加速度。

5．维持自己的运动状态不变是一切物体的本质属性，这一本质属性就是惯性。

揭示物体的这一本质属性是牛顿第一定律的伟大贡献之一。

惯性：物体具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质叫做惯性。

一切物体都具有惯性。

6．牛顿第一定律的内容：切物体在没有受到外力的作用时，总保静止状态或匀速直线运动状态。

（1）“一切物体总保持匀速直线运动或者静止状态”——这句话的意思就是说一切物体都有惯性。

（2）“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”——这句话的意思就是外力是产生加速度的原因。

运动情况受力情况静止或匀速直线运动不受外力作用受平衡力作用（二力平衡）7．任何物理规律都有适用范围，牛顿运动定律只适用于惯性参照系。

8．质量是惯性大小的量度。

二、实验：探究加速度与力、质量的关系［要点］1．实验目的：探究加速度与外力、质量三者的关系。

这个探究目的是在以下两个定性研究的基础上建立起来的。

（1）小汽车和载重汽车的速度变化量相同时，小汽车用的时间短，说明加速度的大小与物体的质量有关。

（2）竞赛用的小汽车与普通小轿车质量相仿，但竞赛用的小车能获得巨大的牵引力，所以速度的变化比普通小轿车快，说明加速度的大小与外力有关。

2．实验思路：本实验的基本思路是采用控制变量法。

（1）保持物体的质量不变，测量物体在不同外力作用下的加速度，探究加速度与外力的关系。

探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法，也可以彩比较的方法，看不同的外力与由此外力产生的加速度的比值有何关系。

（2）保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与力的关系。

探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法。

3．实验方案：本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。

测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力。

（1）测量加速度的方案：采用较多的方案是使用打点计时器，根据连续相等的时间T内的位移之差Δx=a T2求出加速度。

条件许可也可以采用气垫导轨和光电门。

教材的参考案例效果也比较好。

（2）提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。

教材的参考案例提供的外力比较容易测量，采用这种方法是不错的选择。

4．对实验结果的分析是本实验的关键。

如果根据实验数据描出的a-F图象和a-1/m图象都非常接近一条通过原点的直线，也只能说我们的实验结果是“在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；在外力不变的条件下，加速度与质量成反比。

”这一结果决不能说找出了定律，一个定律的发现不可能是几次实验就能得出的。

三、力学单位制［要点］1、单位制的概念——基本单位和导出单位一起组成了单位制。

2、国际单位制（SI）就是由七个基本单位和用这些基本单位导出的单位组成的单位制。

3、国际单位制（SI）中的基本单位：力学中有三个基本单位：长度的单位米，国际符号m;质量的单位千克，国际符号㎏;时间的单位秒，国际符号s。

以下基本单位将在今后学习电学中有一个基本单位：电流强度的单位安培，国际符号A；热学中有二个基本单位：物质的量的单位摩尔，国际符号mol；热力学温度的单位开尔文，国际符号K；光学中有一个基本单位：发光强度的单位坎德拉，国际符号cd。

4、力学中除了三个基本单位外，用这三个基本单位推导出来的单位都是导出单位。

现举例如下：力的单位——牛顿。

F=ma1N=1㎏m/s2.功的单位——焦耳。

W=FS1J=1Nm=1㎏m2/s2.功率的单位——瓦特。

P=W/t 1W=1㎏m2/s3.值得指出的是国际单位（SI）单位还有辅助单位，例如平面角的单位——弧度就是它的辅助单位：平面角的单位——弧度（rad），弧度是一个圆内两条半径之间的平面角。

若两条半径在圆周上截取的弧长与半径相等，这两条半径之间的夹角就是1弧度（rad）。

5、应该指出，国际单位制不是唯一的单位制，只是因为全世界推广使用国际单位制，所以我们的教材和绝大部分参考资料都使用国际单位制。

举个例子来说，我们可以以“厘米、克、秒”这三个单位作为基本单位组成一套单位制，这套单位制就叫做厘米、克、秒制。

由此可见“厘米、克、秒”这些单位是非国际单位制单位，在国际单位制中它们既不是基本单位，也不是导出单位，因为它们根本不是国际单位制里面的单位。

6、一个物理公式不仅决定了物理量之间的数量关系，而且决定了物理量之间的单位关系，所以导出单位都是由物理公式决定的。

统一使用国际单位制单位的好处是，只要已知量全部使用国际单位制单位，求出的未知量一定也是国际单位制单位，更大的好处是便于国际交流。

7、在国际单位制中，牛顿第二运动定律的公式是F=ma，就是说式中的比例常数k=1。

在其它单位制中，比例常数就不一定等于1，因此我们应该自觉使用国际单位制。

四、牛顿第三定律［要点］牛顿第一定律和牛顿第二定律解决了一个质点运动规律的问题，但自然界的物体是相互联系、相互影响、相互作用的。

一个物体受到其他物体作用的同时也会对其他物体有作用，不讨论物体间的相互作用就不能比较全面地认识物体的运动规律，也就无法解决某些实际问题。

因此只有牛顿第一定律和牛顿第二定律是不够的，必须加上牛顿第三定律才能构成比较全面的反映机械运动规律的运动定律。

在分析物体受力和求解某些不便直接求解的力时，经常要用到牛顿第三定律。

1、牛顿第三运动定律的内容：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，作用在一条直线上。

2、应该能正确领会牛顿第三运动定律的物理意义，牛顿第三运动定律实质上揭示了物体间的作用是相互的，力总是成对出现的，物体作为施力物的时候它也一定是受力物。

要知道作用力与反作用力是同时产生、同时消失、同时同样变化、一定是同一性质的力。

并且作用力和反作用力“大小相等、方向相反”的关系与两个物体相互作用的方式、相互作用时的运动状态均无关。

3、要能区分相互平衡的两个力与一对作用力、反作用力。

现将一对相互作用力与一对平衡力列表进行比较如下：一对力比较项目一对平衡力一对作用力与反作用力不同点两个力作用在同一物体上两个力分别作用在两个不同物体上两个力涉及三个物体两个力涉及两物体可以求合力，且合力一定为零不可以求合力两个力的性质不一定相同两个力的性质一定相同两个力共同作用的效果是使物体平衡两个力的效果分别表现在相互作用的两个物体上一个力的产生、变化、消失不一定影响另一个力两个力一定同时产生、同时变化、同时消失共同点大小相等、方向相反、作用在一条直线上五、牛顿运动定律应用一［要点］1．分析物体的受力情况的能力。

关于力和运动有两类基本问题：一类是已知物体的受力情况，确定物体的运动情况；另一类是已知物体的运动情况，确定物体的受力情况。

通过本节教材的学习，要求能从物体受力情况确定物体的运动情况，能从运动情况确定物体受力情况。

2．培养综合运用牛顿运动定律和运动学公式解决力学问题的能力。

具体地说有以下两种情形：（1）已知物体受力情况确定运动情况：在受力情况已知的条件下，要求判断出物体的运动状态（即求出物体运动的速度和位移），处理这类问题的基本思路是：先分析物体的受力情况，求出合外力．根据牛顿第二定律（F=ma）求出加速度，再利用运动学的有关公式求出速度和位移．（2）已知物体的运动情况确定受力情况：解答这类问题时，应首先分析清楚物体的运动情况，由物体的速度和位移、运动时间等物理量根据运动学公式求出物体的加速度，然后在分析物体受力情况的基础上，利用牛顿第二定律（F=ma）列出方程求力．3．掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。

应用牛顿第二定律解题的一般步骤如下（1）灵活选取研究对象．（2）将研究对象提取出来，分析物体的受力情况并画受力示意图，分析物体的运动情况并画运动过程简图。

（3）利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度。

通常用正交分解法：建立正交坐标，并将有关矢量进行分解。

取加速度的方向为正方向，题中各物理量的方向与规定的正方向相同时取正值，反之取负值。

（4）列出方程并求解，检查答案是否完整、合理。

应用牛顿第二定律解题的一般思路可用以下的流程图表示：无论是已知受力情况求解运动情况，还是已知运动情况求解受情况，加速度始终是联系运动和力的桥梁，解决这类问题进行正确的受力分析和运动过程分析是关键，要养成用画受力图和运动草图的方法来理解题意的习惯。

六、牛顿运动定律应用二［要点导学］1．研究共点力作用下物体的平衡（1）共点力的概念：共点力是指作用于一点或作用线的延长线交于一点的各个力。

（2）共点力作用下物体平衡的概念：物体能够保持静止或者做匀速直线运动状态叫做平衡状态。

（3）共点力作用下物体的平衡条件：物体所受合外力为零，即F合=0，也就是物体的加速度为零。

如果用正交分解法，可以立以下两个方程（F合x=0和F合y=0）。

（4）求解共点力作用下物体平衡的一般步骤①灵活选取研究对象；②将研究对象隔离出来，分析物体的受力情况并画受力示意图；③根据物体的受力特点选取适当的方法；④列出方程，求解方程，并检查答案是否完整，合理。

2．探讨超重和失重现象（1）实重、视重、超重、失重和完全失重的概念：实重：即物体的实际重力，它不随物体运动状态变化而变化的。

视重：指物体对水平支持面的压力或竖直悬挂线的拉力，它随物体运动状态而变化。

超重：视重大于实重的现象。

失重：视重小于实重的现象。

完全失重：视重等于零的现象。

（2）产生超重和失重的原因：产生超重和失重的原因可以用图4-7-1加以说明。

图中质量为m的物体受重力和拉力两个力的作用，物体和弹簧秤的受力情况如图4-7-2所示。

图中F T′的大小就是弹簧秤的读数（即视重），F T′与F T是一对作用力与反作用力，所以F T′= F T（1）如果物体处于静止或匀速运动状态，则F T=mg (2)这种情况下视重等于实重。

如果物体具有向上的加速度，则F T-mg=ma, F T=mg+ma,但是F T′= F T仍然成立，即F T′=mg+ma,物体就处于超重状态。