高一物理第四章第一節(jié) 第二節(jié)人教實驗版知識精講

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1、 高一物理第四章 第一節(jié) 第二節(jié)人教實驗版 【本講教育信息】 一. 本周教學內(nèi)容： 第四章 第一節(jié) 第二節(jié) 二. 知識要點： 掌握牛頓第一定律的內(nèi)容 理解力和運動的關(guān)系 掌握慣性的概念能夠運用慣性解釋自然現(xiàn)象 理解加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系 通過試驗探究加速度與質(zhì)量和力的關(guān)系即用控制變量法研究物理規(guī)律。 三. 重點、難點解析： 1. 伽利略的理想斜面實驗理想實驗： 圖1 如圖1甲所示，讓小球沿一個斜面從靜止?jié)L下，小球?qū)L上另一個斜面。如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨?。如果第二個斜面傾斜角度小如圖1乙，小球在這個斜面上達到原來的高度就要通過更長的路程，繼續(xù)減小

2、第二個斜面的傾斜角度，如圖1丙，使它最終成為水平面，小球就再也達不到原來的高度，而沿水平面以恒定的速度持續(xù)運動下去。 伽利略的思想方法 伽利略用“實驗+科學推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點。 伽利略的觀點：在水平面上的物體，設(shè)想沒有摩擦，一旦物體具有某一速度，物體將保持這個速度繼續(xù)運動下去。 笛卡兒的觀點：除非物體受到外力的作用，物體將永遠保持其靜止或運動狀態(tài)，永遠不會使自己沿曲線運動，而只保持在直線上運動。笛卡兒補充和完善了伽利略的觀點。 2. 牛頓物理學的基石——慣性定律 牛頓第一定律： （1）內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止

3、。 （2）如何正確理解牛頓第一定律? ① 明確了慣性的概念 ② 確定了力的含義 ③ 定性揭示了力和運動的關(guān)系 牛頓第一定律指出物體不受外力作用時的運動規(guī)律，它描述的只是一種理想狀態(tài)，而實際中不受外力作用的物體是不存在的，當物體所受合外力為零時，其效果跟不受外力的作用相同。但是，我們不能把“不受外力作用”理解為“合外力為零”。 3. 慣性與質(zhì)量 圖2 圖3 （2）慣性：物體的這種保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)叫做慣性。 說明： ① 慣性是物體的固有屬性：一切物體都具有慣性。 ② 慣性與運動狀態(tài)無關(guān)；不論物體是處于怎樣的運動狀態(tài)，慣性總是存在的。當物體原

4、來靜止時，它一直“想”保持這種靜止狀態(tài)；當物體運動時，它一直“想”以那一時刻的速度做勻速直線運動。 ③ 慣性與是否受力無關(guān)，與速度大小無關(guān)。 （3）慣性與質(zhì)量 質(zhì)量是物體慣性大小的量度，而一個物體慣性的大小，則意味著改變物體運動墳態(tài)的難易程度。 4. 理解慣性和慣性定律 （1）對慣性定律的理解 牛頓第一定律揭示了一切物體都具有保持原來運動狀態(tài)不變的性質(zhì)，即一切物體都具有慣性。同時，牛頓第一定律還定性地指出了力的動力學意義：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，即改變速度的原因。物體在速度發(fā)生改變時，就有加速度。因此也可以說：力是使物體產(chǎn)生加速度的原因，不能認為力是維持物體運動（勻速直線運動）

5、的原因，也不能認為有力就有運動，沒有力就沒有運動，更不能認為物體向哪個方向運動一定受到那個方向的力的作用。 （2）對慣性的理解 ① 慣性是物體的固有屬性：一切物體都具有慣性。 ② 慣性與運動狀態(tài)無關(guān)：不論物體是處于怎樣的運動狀態(tài)，慣性總是存在的，當物體原來靜止時，它一直“想”保持這種靜止狀態(tài)；當物體運動時，它一直“想”以那一時刻的速度做勻速直線運動。 ③ 慣性與物體是否受力無關(guān)，與物體速度大小無關(guān)，僅由物體的質(zhì)量決定。 5. 理解物體運動狀態(tài)改變的表現(xiàn)形式 “速度”是描述物體運動快慢程度的物理量，即是描述物體“運動狀態(tài)”的物理量。因此，“物體運動狀態(tài)改變”即是“物體速度改變”，有以

6、下幾種表現(xiàn)形式： （1）速度v的大小改變而方向不變； （2）速度v的大小不變而方向改變； （3）速度v的大小和方向都發(fā)生改變； （4）物體運動的位移非均勻地增加(或減少)； （5）物體運動的軌跡發(fā)生彎曲。 6. 實驗 （1）采用控制變量法：（2）要測量的物理量（3）實驗器材（4）實驗步驟（8步）（5）注意事項 （6）實驗誤差來源與分析（7）本實驗實驗數(shù)據(jù)的處理技巧。 由于a=，如果測出兩個初速度為零的勻加速運動在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2，位移之比就是加速度之比，即 。 【典型例題】 [例1] 下列說法正確的是（ ） A. 慣性是只有物體在勻速運動

7、或靜止時才表現(xiàn)出來的性質(zhì) B. 物體的慣性是指物體不受外力作用時仍保持原來直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì) C. 物體不受外力作用時保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，有慣性；受外力作用時，不能保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，因而就無慣性 D. 慣性是物體的屬性，與運動狀態(tài)和是否受力無關(guān) 解析：慣性是物體的固有屬性，與運動狀態(tài)無關(guān)，故A錯；有外力作用時，物體運動狀態(tài)發(fā)生改變，但運動狀態(tài)的改變不等于物體慣性的改變?！翱朔T性”、“慣性消失”等說法均是錯誤的，不管物體是否受外力作用，其慣性是不能被改變的，故B、C錯，物體慣性由物體本身決定，與運動狀態(tài)和受力無關(guān)，故D正確。 答案：D 點評：生活

8、中的錯誤直覺印象與亞里士多德關(guān)于力的觀點在人們頭腦中有很深的潛意識，形成定勢性錯誤，認為力是運動的原因；看到物體在運動，就認為它一定受到力的作用；物體向哪個方向運動，就認為受向哪個方向的力；物體有較大的速度就認為受較大的力；物體受力為零時，認為速度也應為零；……只有深刻認識力的概念，反復練習，從中比較與判斷，才能從根本上澄清是非，建立正確的概念。 [例2] 如圖1所示，一個劈形物體A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面上放一光滑的小球B，劈形物體從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是（ ） A. 沿斜面向下的直線 B. 豎直向下的直線 C. 無規(guī)則

9、曲線 D. 拋物線 圖1 解析：本題考查力和物體運動狀態(tài)變化的關(guān)系。力是改變物體運動狀態(tài)的原因，物體不受力將保持原來的靜止或勻速直線運動狀態(tài)。由于劈形物體A各面均光滑，所以小球B在水平方向上不受力作用，故小球B在水平方向上將保持“靜止”狀態(tài)，小球由于在豎直方向上受到重力和物體A的支持力作用，運動狀態(tài)改變做豎直方向的運動。 答案：B [例3] 理想實驗有時能更深刻地反映自然規(guī)律。伽利略設(shè)想了一個理想實驗，如圖2所示的斜面實驗，其中有一個是經(jīng)驗事實，其余是推論。 圖2 ① 減小第二個斜面的傾角，小球在這斜面上仍然要達到原來的高度。 ② 兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面

10、滾下，小球?qū)L上另一個斜面。 ③ 如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度。 ④ 繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作持續(xù)的勻速運動。 請將上述理想實驗的設(shè)想步驟按照正確的順序排列 （只要填寫序號即可）。 在上述的設(shè)想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論。下列關(guān)于事實和推論的分類正確的是（ ） A. ①是事實，②③④是推論 B. ②是事實，①③④是推論 C. ③是事實，①②④是推論 D. ④是事實，①②③是推論 解析：體會伽利略的理想實驗，可知順序排列為②③①④，分類正確的是B。 答案：②③①④；B [

11、例4] 若測得某一物體受力F一定時，a與M的關(guān)系數(shù)據(jù)如下表所示。 a／(ms—2 ) 2．04 2．66 3．23 3．98 M／(kg) 2．00 1．50 1．25 1．00 （1）根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，畫出a—圖象。 （2）由a—關(guān)系可知，當F一定時，a與M成 關(guān)系。 解析：要畫a與的圖象，需先求出對應的，其數(shù)據(jù)分別為/kg-1、0.50、0.67、0.80和1.00，然后描點、連線，得到圖象如圖3所示。由圖象可得a與正比，即a與M成反比。 圖3 答案：（1）如圖3；（2）反比 [例5] “探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，在研究小車

12、的加速度a和小車的質(zhì)量M的關(guān)系時，由于沒有始終滿足Mm（m為砂桶及砂桶中砂的質(zhì)量）的條件，結(jié)果得到的圖象應是圖4中的哪一個（ ） 圖4 解析：在本實驗中a=mg／（M+m）。在研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系時。保持m不變。由上式可知加速度a與系統(tǒng)的質(zhì)量（M+m）成反比。如果橫軸表示1／（M+m），a—1／（M+m）圖象應是過坐標系原點的直線?，F(xiàn)將前面的式子改寫成a=[mg／（1+m／M）]／M，由此式可知，1／M前面的系數(shù)mg／（1+m／M）和1／M有關(guān)，在改變1／M時會發(fā)生變化，它并不是常數(shù)，因此；a和1／M不是正比關(guān)系。隨著1／M的增大，式中1／M前面的系數(shù)會減小，因此圖象向下彎曲偏

13、離直線，但在Mm時，a≈mg／M，a正比于1／M，所以在M較大（1／M較小）時圖象近似為直線。 由以上討論可知D選項正確。 答案：D 點評：在有關(guān)實驗誤差的討論問題中，經(jīng)常采取把準確的（經(jīng)常是理論的）計算方法同實驗中采用的計算方法進行比較討論。在上面幾題中就是把a=mg／（M+m）和a'=mg／M兩式進行比較，說明由此引起的圖象的誤差。 [例6] 設(shè)計一個實驗來比較物體的加速度。 解析：課本上參考案例中實驗雖然比較簡單，但通、停時間比較難以控制，有時需要演示幾次才能成功。為了提高實驗的成功率和準確度，設(shè)計如下實驗： 如圖5所示。兩個高1.2m左右的支架上，放著兩條平行光滑鋁合金

14、導軌，且已調(diào)成水平狀態(tài)，在光滑的導軌上放著兩輛質(zhì)量相等、性能一樣的小車。1號車放在左邊，系有一根通過木板右端的小定滑輪的細線，繩端有一小桶，桶中可放砝碼。2號車在右端，系有一根通過木板左端的小定滑輪的細線，繩端有一相同的小桶。兩輛車一開始被左、右兩端的電磁鐵吸住，電磁鐵串聯(lián)后接在6V的學生電源上（閉合），斷開電源，電磁鐵同時失去磁性。小車在拉力作用下從兩端向中間運動，在某位置相碰，記下相碰位置，可以通過木板上的刻度知道兩車通過的位移。根據(jù)位移公式 ，由于兩車的運動時間t相等。因此比較兩車的位移s，就可以比較兩車的加速度a。 圖5 【模擬試題】（答題時間：30分鐘） 1. 一位同學

15、說，被向上拋出的物體，在空中向上運動時，肯定受到了向上的作用力，否則它不可能向上運動。你認為他的說法對嗎?為什么? 2. 關(guān)于慣性有以下敘述，正確的是（ ） A. 慣性是物體保持原來運動狀態(tài)的力 B. 速度越大物體的慣性也越大 C. 不論在什么地方，質(zhì)量越大慣性也越大 D. 同一物體在地球上的慣性比月球上大 3. 下列情況下，物體運動狀態(tài)不發(fā)生變化的是（ ） A. 火車進站時 B. 汽車轉(zhuǎn)彎時 C. 勻速上升的電梯 D. 將物體沿水平方向拋出，物體在空中飛行時 4. 從水平勻速向右飛行的飛機上按相等的時間間隔，依次放出a、b、c三個球，不考慮空氣阻力，站在地面

16、上的人看到它在空中的排列情況是圖1中的哪一個（ ） 圖1 5. 火車在平直軌道上勻速直線前進，在密封的沒有空氣流動的車廂內(nèi)點燃了一支衛(wèi)生香，則車里乘客看到衛(wèi)生香所冒的煙的運動情況應是（ ） A. 一邊上升一邊向前飄 B. 一邊上升一邊向后飄 C. 只是上升不向任何一邊飄 D. 無法確定 6. 在車廂的頂板上用細繩掛著一個小球，如圖2所示，在下列情況下可對車廂的運動情況得出怎樣的判斷： 圖2 （1）細線豎直， ；（2）細線向圖中左方偏斜 7. 對“落體運動快慢”、“力與物體運動關(guān)系”等問題，亞里士多德和伽利略存在著不同的觀點。請完成下表：

17、 亞里士多德的觀點 伽利略的觀點 落體運動快慢 重的物體下落快，輕的物體下落慢 力與物體運動關(guān)系 維持物體運動不需要力 8. 在探究加速度與質(zhì)量和力的關(guān)系實驗中，下列說法正確的是（ ） A. 平衡摩擦力時，小桶應用細線通過定滑輪系在小車上，但小桶內(nèi)不能裝砂 B. 實驗中應始終保持小車和砝碼的質(zhì)量遠遠大于砂和小桶的質(zhì)量 C. 實驗中如用縱坐標表示加速度，用橫坐標表示小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應的點在一條直線上時，即可證明加速度與質(zhì)量成反比 D. 平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運動過程中紙帶也要受到阻力 9. 在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的

18、實驗中，用改變砂的質(zhì)量的辦法來改變對小車的作用力F用打點計時器測出小車的加速度a，得出若干組F和a的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出如圖3所示的a—F圖線，發(fā)現(xiàn)圖線既不過原點，又不是直線，原因是（ ） A. 沒有平衡摩擦力，且小車質(zhì)量較大 B. 平衡摩擦力時，所墊木板太高，且砂和小桶的質(zhì)量較大 C. 平衡摩擦力時，所墊木板太低，且砂和小桶的質(zhì)量較大 D. 平衡摩擦力時，所墊木板太高，且小車質(zhì)量較大 圖3 10. 用鐵架臺將長木板傾斜支在水平桌面上，組成如圖4（1）所示裝置（示意圖），測量木塊沿斜面下滑的加速度。 圖4 所提供的儀器有長木板、木塊、打點計時器（含紙帶）、

19、學生電源，米尺、鐵架臺及導線、開關(guān)等。圖（2）是打點計時器打出的一條紙帶，紙帶上標注了O點和幾個計數(shù)點A、B、C、D等，相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有標出，紙帶旁還給出了最小刻度為1mm的刻度尺，刻度尺的零點與O點對齊。已知打點計時器所用交流電源的頻率是50Hz。 （1）計數(shù)點C到O點的距離是 m。 （2）由紙帶可以計算出木塊滑動的加速度a的大小是 m／s2（保留三位有效數(shù)字）。 （3）為了測定木塊與長木板間的動摩擦因數(shù)，利用上述器材還需要測量的物理量有（指出物理量的名稱并用符號表示出來） 。 （4）用（3）中測量出的物理量及加速度a、重力加速度g，計

20、算動摩擦因數(shù)的計算式是 。 試題答案 1. 該同學的說法不對，物體向上運動是因為物體具有慣性，物體“想”保持它的運動狀態(tài)不變，并沒有受到向上的作用力。物體受到向下的重力作用，因而物體向上做減速運動， 2.C 解析：物體總想保持速度不變的性質(zhì)叫慣性，慣性大小與物體運動狀態(tài)無關(guān)，與地理位置無關(guān)，質(zhì)量是物體慣性大小的惟一量度，所以只有C選項敘述正確。 3. C 4. B 解析：飛機上釋放（非拋出）的球都具有與飛機相同的水平速度，在水平方向上，a、b、c三個球以相同的速度做勻速直線運動，故三個球一定在飛機的正下方，三球連線是一條豎直線。 5. C 解析：我們

21、看到的煙是由一些極小的顆粒組成的，由于上、下空氣溫度的不同，煙上升。而剛冒出的煙在離開衛(wèi)生香時已具有和車同樣的速度，故煙豎直上升。 6.（1）車廂靜止或做勻速直線運動。（2）車廂水平向右加速運動或向左減速運動。 解析：作用在小球上只能有兩個力：小球所受的重力mg、細線對它的拉力F，根據(jù)這兩個力是否處于平衡狀態(tài)，可判斷小球所處的狀態(tài)，從而可得出車廂的運動情況，（1）當細線豎直懸掛時，小球所受重力mg和拉力F在一直線上，如上左圖所示，且小車在上、下方向不可能運動，所以小球水平方向不受外力，小球處于平衡狀態(tài)，車廂靜止或做勻速直線運動。 （2）當細線左偏時，小球所受重力mg和拉力F不在同一直

22、線上，如上右圖所示，小球不可能處于平衡狀態(tài)，因為力是使物體產(chǎn)生加速度的原因，小球一定向著所受合力方向（水平向右）產(chǎn)生加速度，所以車廂水平向右做加速運動或水平向左做減速運動。 7. 伽利略的觀點：物體下落快慢與其輕重無關(guān)；亞里士多德的觀點：維持物體運動需要力。 8. B、D 9. C 解析：圖線在橫軸上有截距，其原固是，木板墊的太低；圖線上端向下彎曲是由于砂和小桶的質(zhì)量較大，實驗過程中沒有保證小車和砝碼的質(zhì)量遠遠犬于砂和小桶的質(zhì)量，故C正確。 10. （1）0.3000m （2）2.40m／s2 （3）用米尺測量：木板的長度L，木板上端到水平桌面高度H。 （4） 解析：（1）

23、從圖中可以讀出是30cm，根據(jù)尺子的最小刻度是毫米，再加上一位估計讀數(shù)，應記錄30.00cm，以米為單位則是0.3000m. （2）根據(jù)題目中的條件有四個點來函出知記數(shù)點間的時間間隔是T=0.1s，從紙帶上讀出xAB=0.0840m，xCD=0.1320m。 由勻變速運動的特點可知xCD－xAB =2aT2，代入數(shù)據(jù)計算得a=2.40m/s2 （3）由于物體是在一個斜面上運動，進行力的運算需要知道斜面的夾角，在沒有量角器的條件下，可以通過測量斜面的高度和長度的辦法解決。 （4）對斜面上的物體進行受力分析，如下圖，沿斜面建立坐標系，并取沿斜面向下為正，有 rngsinθ－μmgcosθ=ma， 代入有關(guān)數(shù)據(jù)可得