第四讲 牛顿第一定律 二力平衡
1.通过实验和 科学推理,认识牛顿第一定律。
2.能运用物体的惯性解释自然界和生活中的有关现象。
3.知道二力平衡条件。
4.了解同一直线上的二力合成。(新增)
一、牛顿第一定律
1.阻力对物体运动的影响:物体的运动并不需要力来维持、运动的物体之所以会停下来,是因为受到了 摩擦力 。
2.牛顿第一定律:
(1)内容:一切物体在没有受到力的作用时,总保持 静止 状态或 匀速直线运动 状态。
(2)得出:是在大量经验事实的基础上,经过推理而概括出的。
3.惯性:
(1)概念:一切物体都有保持 原来运动状态不变 的性质。
(2)利用和防范。①利用:紧固锤头;②防范:安全气囊、系安全带。
【名师点拨】 (1)惯性不是力,不能把惯性说成“惯性力”或“受惯性作用”,应说“由于惯性”。
(2)惯性可以利用也可以防止。跳远助跑、扔出去的纸飞机能继续飞行、拍打衣服上的尘埃等都是利用惯性;保持车距、减速慢行、系安全带则是为了防止惯性带来的危害。
二、二力平衡
1.平衡状态:物体保持静止状态或 匀速直线运动 状态。
2.力的平衡:物体受到几个力的作用时,如果保持 平衡 状态,就说这几个力平衡。
3.二力平衡的条件:
(1)两个力作用在 同一个 物体上; (2)大小 相等 ;
(3)方向 相反 ;(4)作用在 同一直线上 。
4.二力平衡条件的应用:
(1)推断受力情况:物体在两个力的作用下处于平衡状态时,可以根据其中一个力的大小和方向,推断另一个力的 大小和方向 。
(2)判断运动状态:如果一个物体受到的力为 平衡力 ,则物体处于静止状态或匀速直线运动状态。
【名师点拨】 (1)“总保持静止状态或匀速直线运动状态”是指物体不受外力时,原来静止的物体将永远保持静止状态,原来运动的物体将永远做匀速直线运动。
(2)惯性:任何物体在任何情况下都具有惯性,惯性只有大小、没有方向,且大小只与物体的质量有关,质量越大,惯性越大。
(3)力是改变物体运动状态的原因;惯性是维持物体运动状态的原因。
(4)物体在某一方向上运动状态不变,在此方向上受到的力为平衡力。
【实验一】探究阻力对物体运动的影响
实验名称 有关考点 实验装置
探究阻力 对物体运 动的影响 1.每次实验都必须保证小车从同一斜面的同一高度开始由静止自由下滑,目的是保证小车到达水平面时的速度相等。 2.小车所受阻力大小:水平面越光滑,小车受到的摩擦力就越小。 3.实验结论:小车受到的阻力越小,小车运动的距离就越远,小车的速度减小得就越慢。 4.科学推理:假如水平面足够光滑(完全没有阻力),小车将保持匀速直线运动状态。 实验器材:水平木板、 棉布、小车、斜面
【示范题】小涛利用如图所示的装置,探究在水平面上阻力对物体运动的影响,进行如下操作:
a.如图甲,将毛巾铺在水平木板上,让小车从斜面顶端由静止滑下,观察小车在水平面上通过的距离。
b.如图乙,取下毛巾,将棉布铺在斜面和木板上,让小车从斜面顶端由静止滑下,观察小车在水平面上通过的距离。
c.如图丙,取下棉布,让小车从斜面顶端由静止滑下,观察小车在水平面上通过的距离。
请针对以上操作回答下列问题:
基础点
(1)以上操作中错误的一次是 b (选填“a”“b”或“c”)。
(2)对比两次正确实验操作能说明:小车受到的阻力越小,通过的距离越 远 ,速度减小得越 慢 。
(3)纠正错误后,多次实验进行分析,并进一步推测:在水平面上滑行的小车,如果受到的阻力为零,它将 做匀速直线运动 。
(4)为了得出科学结论,三次实验中小车每次都从斜面上同一位置由静止自由下滑,这样做的目的是:使小车从斜面上同一位置到达底端水平面时 初速度相同 。
(5)在水平面滑行的小车受到的重力和小车对水平面的压力 不是 (选填“是”或“不是”)一对平衡力。
(6)上述探究实验中用到的研究方法有 科学推理法 、控制变量法和转换法。
高分点
(7)若在实验时,发现小车在棉布和木板上都冲出了水平板面,改进方法是 降低小车下滑的高度 。
(8)从研究中他们得到如下几个结论,你认为正确的是 C 。
A.没有力,物体就无法运动 B.力是维持物体运动的原因
C.力是改变物体运动状态的原因 D.物体受到力的作用运动状态一定发生改变
(9)在大量经验事实的基础上,牛顿总结了伽利略等人的研究成果概括出了牛顿第一定律,所以牛顿第一定律不是直接由实验得出的,而是通过符合逻辑的 推理 得出的正确结论。
(10)牛顿第一定律告诉了我们物体的运动 不需要 (选填“需要”或“不需要”)力来维持,一切物体都有保持原来 运动状态 不变的性质。
【实验二】探究二力平衡的条件
实验名称 有关考点 实验装置
探究二力平衡的条件 1.实验中选择小车而不用木块,主要是为了减小摩擦力对实验的影响。 2.实验中,定滑轮的作用是改变拉力的方向。 3.拉力的大小:等于托盘+砝码的总重力。通过改变托盘内砝码的个数来改变拉力的大小。 4.当小车保持匀速直线运动或静止状态时,小车受到的力是平衡力。 5.探究彼此平衡的两个力是否作用在“同一条直线上”的方法:把小车转过一定角度,然后松手,观察小车的状态有什么变化。 实验器材:托盘、砝码、定滑轮、小车
【示范题】
如图所示是小明探究“二力平衡的条件”的实验装置。
基础点
(1)当物体处于静止状态或 匀速直线运动 状态时,便可认为它受到的力是相互平衡的。实验中是通过调整 钩码个数 来改变拉力大小的。
(2)小明先用甲装置进行实验,观察到如图所示的物块静止,于是他认为一对平衡力的大小可以不相等,这个结论是 错误 (选填“正确”或“错误”)的,原因是此实验过程有 摩擦力 的影响。
(3)改用乙装置进行实验,同时向左、右各挂一个质量相等的钩码时,发现小车处于静止状态。于是,他总结出二力平衡的条件之一是:两个力大小相等。同组的同学认为这样得出的实验结论不科学,原因是 没有进行多次实验 。
(4)小明使用甲装置,将两边的钩码挂在物块同一端的同一挂钩上,并且沿同一方向拉物块,发现物块不静止。这是为了表明物块受到的二力若平衡,必须满足方向 相反 这一条件。
(5)接着小明将物块扭转一个角度,松手后观察到物块不能平衡,说明二力平衡时,两个力必须作用在 同一直线上 。
高分点
(6)为了减小 摩擦力 对实验的影响,小明及同学们不断改进实验方案,采用如图丙所示的装置,此方案中由于小车 受重力作用 的原因,也不能顺利完成实验。
(7)最后他们采用如图丁所示的实验装置,此装置需要卡片的重力远 小于 (选填“小于”或“大于”)钩码的重力。
(8)实际操作后,他们发现采用甲、乙装置并不方便研究平衡力 作用在同一物体上 (选填“作用在同一物体上”或“作用在同一直线上”)这一条件。为了解决这一问题,在利用图丁装置实验时,必须进行的操作是: 剪断小卡片 。
(9)实际操作中,两人安装挂钩码的滑轮时不小心导致一边滑轮高,一边滑轮低的情况,你认为如果不加改正就进行实验,对实验 没有 (选填“有”或“没有”)影响。
重难点一 牛顿第一定律和惯性
【典题1】用力将足球踢出,足球在空中运动了一段时间后落向地面,继续向前滚动,最终停止。下列说法正确的是(C)
A.足球最终停止,是因为没有受到力的作用
B.足球运动得越来越慢,是因为惯性越来越小
C.足球在空中飞行的过程中,运动状态一定改变
D.足球离开脚后继续运动,是因为受到了惯性的作用
【技法点拨】(1)所有力消失时,若速度为0,则将保持静止;若速度不为0,则将保持这个速度的大小和方向做匀速直线运动。
(2)竖直上抛和单摆运动的最高点的速度都为0,若此时所有力都消失,将静止。
(3)斜抛运动的最高点的速度为水平方向,若此时所有力都消失,将水平匀速直线运动。
【变式1】如图所示,虚线是小华抛出的皮球落地后又弹起的运动轨迹,当皮球运动到最高点A时。若它所受外力突然全部消失,则皮球将(B)
A.保持静止 B.沿水平方向做匀速直线运动
C.竖直向上做匀速直线运动 D.竖直向下做匀速直线运动
【变式2】(2024·山西中考)如图所示,一辆公交车正在水平路面匀速向右行驶,遇到突发情况紧急刹车时,下列能正确表示车内拉环情形的是(A)
重难点二 二力平衡与相互作用力的判断
【典题2】如图所示,小强用水平向右的力推静止在水平地面上的箱子,但箱子没动。下列说法正确的是(D)
A.箱子受到的重力和地面对箱子的支持力是一对相互作用力
B.箱子对地面的压力和地面对箱子的支持力是一对平衡力
C.箱子受到水平方向的推力小于地面对箱子的摩擦力
D.若此时一切外力都突然消失,箱子会静止在原地
【技法点拨】(1)平衡力与相互作用力的异同:
类型 平衡力 相互作用力
相同点 ①大小相等;②方向相反;③作用在同一条直线上
不同点 力的作用点 作用在同一个物体上 分别作用在两个不同的物体上
力的性质 力的性质不一定相同 同一性质的力
产生的效果 产生的效果互相抵消 作用在不同物体上,产生的效果不能互相抵消
力的示意图
(2)一般情况下,相互作用力更容易判断,只要将施力和受力物体对调就可以很容易地判断出相互作用力。例如:书对桌子的压力与桌子对书的支持力是相互作用力。
【变式】如图所示,放在水平地面上的两个物体一起匀速直线运动,下列对这两个物体受力分析正确的是(D)
A.A对B的压力与B受到地面的支持力是一对平衡力
B.A对B的压力与B对A的支持力是一对平衡力
C.B对A的支持力与A的重力是一对相互作用力
D.A对地球的吸引力与地球对A的吸引力大小相等
命题点 平衡力的应用
1.如图所示,重力为100 N的木箱放在水平地面上,某同学用20 N的力水平向左推木箱,没有推动,木箱受到地面的摩擦力为 20 N,方向是 水平向右 。
2.如图所示,一木块在传送带上随传送带一起沿水平方向向右做匀速直线运动,画出木块受到的所有力的示意图。
答:
3.如图,利用轻杆将小球A固定在小车上,整体静止在水平面上。以球心为作用点,作出小球A所受力的示意图。
答:第四讲 牛顿第一定律 二力平衡
1.通过实验和 科学推理,认识牛顿第一定律。
2.能运用物体的惯性解释自然界和生活中的有关现象。
3.知道二力平衡条件。
4.了解同一直线上的二力合成。(新增)
一、牛顿第一定律
1.阻力对物体运动的影响:物体的运动并不需要力来维持、运动的物体之所以会停下来,是因为受到了 。
2.牛顿第一定律:
(1)内容:一切物体在没有受到力的作用时,总保持 状态或 状态。
(2)得出:是在大量经验事实的基础上,经过推理而概括出的。
3.惯性:
(1)概念:一切物体都有保持 的性质。
(2)利用和防范。①利用:紧固锤头;②防范:安全气囊、系安全带。
【名师点拨】 (1)惯性不是力,不能把惯性说成“惯性力”或“受惯性作用”,应说“由于惯性”。
(2)惯性可以利用也可以防止。跳远助跑、扔出去的纸飞机能继续飞行、拍打衣服上的尘埃等都是利用惯性;保持车距、减速慢行、系安全带则是为了防止惯性带来的危害。
二、二力平衡
1.平衡状态:物体保持静止状态或 状态。
2.力的平衡:物体受到几个力的作用时,如果保持 状态,就说这几个力平衡。
3.二力平衡的条件:
(1)两个力作用在 物体上; (2)大小 ;
(3)方向 ;(4)作用在 。
4.二力平衡条件的应用:
(1)推断受力情况:物体在两个力的作用下处于平衡状态时,可以根据其中一个力的大小和方向,推断另一个力的 。
(2)判断运动状态:如果一个物体受到的力为 ,则物体处于静止状态或匀速直线运动状态。
【名师点拨】 (1)“总保持静止状态或匀速直线运动状态”是指物体不受外力时,原来静止的物体将永远保持静止状态,原来运动的物体将永远做匀速直线运动。
(2)惯性:任何物体在任何情况下都具有惯性,惯性只有大小、没有方向,且大小只与物体的质量有关,质量越大,惯性越大。
(3)力是改变物体运动状态的原因;惯性是维持物体运动状态的原因。
(4)物体在某一方向上运动状态不变,在此方向上受到的力为平衡力。
【实验一】探究阻力对物体运动的影响
实验名称 有关考点 实验装置
探究阻力 对物体运 动的影响 1.每次实验都必须保证小车从同一斜面的同一高度开始由静止自由下滑,目的是保证小车到达水平面时的速度相等。 2.小车所受阻力大小:水平面越光滑,小车受到的摩擦力就越小。 3.实验结论:小车受到的阻力越小,小车运动的距离就越远,小车的速度减小得就越慢。 4.科学推理:假如水平面足够光滑(完全没有阻力),小车将保持匀速直线运动状态。 实验器材:水平木板、 棉布、小车、斜面
【示范题】小涛利用如图所示的装置,探究在水平面上阻力对物体运动的影响,进行如下操作:
a.如图甲,将毛巾铺在水平木板上,让小车从斜面顶端由静止滑下,观察小车在水平面上通过的距离。
b.如图乙,取下毛巾,将棉布铺在斜面和木板上,让小车从斜面顶端由静止滑下,观察小车在水平面上通过的距离。
c.如图丙,取下棉布,让小车从斜面顶端由静止滑下,观察小车在水平面上通过的距离。
请针对以上操作回答下列问题:
基础点
(1)以上操作中错误的一次是 (选填“a”“b”或“c”)。
(2)对比两次正确实验操作能说明:小车受到的阻力越小,通过的距离越 ,速度减小得越 。
(3)纠正错误后,多次实验进行分析,并进一步推测:在水平面上滑行的小车,如果受到的阻力为零,它将 。
(4)为了得出科学结论,三次实验中小车每次都从斜面上同一位置由静止自由下滑,这样做的目的是:使小车从斜面上同一位置到达底端水平面时 。
(5)在水平面滑行的小车受到的重力和小车对水平面的压力 (选填“是”或“不是”)一对平衡力。
(6)上述探究实验中用到的研究方法有 、控制变量法和转换法。
高分点
(7)若在实验时,发现小车在棉布和木板上都冲出了水平板面,改进方法是 。
(8)从研究中他们得到如下几个结论,你认为正确的是 。
A.没有力,物体就无法运动 B.力是维持物体运动的原因
C.力是改变物体运动状态的原因 D.物体受到力的作用运动状态一定发生改变
(9)在大量经验事实的基础上,牛顿总结了伽利略等人的研究成果概括出了牛顿第一定律,所以牛顿第一定律不是直接由实验得出的,而是通过符合逻辑的 得出的正确结论。
(10)牛顿第一定律告诉了我们物体的运动 (选填“需要”或“不需要”)力来维持,一切物体都有保持原来 不变的性质。
【实验二】探究二力平衡的条件
实验名称 有关考点 实验装置
探究二力平衡的条件 1.实验中选择小车而不用木块,主要是为了减小摩擦力对实验的影响。 2.实验中,定滑轮的作用是改变拉力的方向。 3.拉力的大小:等于托盘+砝码的总重力。通过改变托盘内砝码的个数来改变拉力的大小。 4.当小车保持匀速直线运动或静止状态时,小车受到的力是平衡力。 5.探究彼此平衡的两个力是否作用在“同一条直线上”的方法:把小车转过一定角度,然后松手,观察小车的状态有什么变化。 实验器材:托盘、砝码、定滑轮、小车
【示范题】
如图所示是小明探究“二力平衡的条件”的实验装置。
基础点
(1)当物体处于静止状态或 状态时,便可认为它受到的力是相互平衡的。实验中是通过调整 来改变拉力大小的。
(2)小明先用甲装置进行实验,观察到如图所示的物块静止,于是他认为一对平衡力的大小可以不相等,这个结论是 (选填“正确”或“错误”)的,原因是此实验过程有 的影响。
(3)改用乙装置进行实验,同时向左、右各挂一个质量相等的钩码时,发现小车处于静止状态。于是,他总结出二力平衡的条件之一是:两个力大小相等。同组的同学认为这样得出的实验结论不科学,原因是 。
(4)小明使用甲装置,将两边的钩码挂在物块同一端的同一挂钩上,并且沿同一方向拉物块,发现物块不静止。这是为了表明物块受到的二力若平衡,必须满足方向 这一条件。
(5)接着小明将物块扭转一个角度,松手后观察到物块不能平衡,说明二力平衡时,两个力必须作用在 。
高分点
(6)为了减小 对实验的影响,小明及同学们不断改进实验方案,采用如图丙所示的装置,此方案中由于小车 的原因,也不能顺利完成实验。
(7)最后他们采用如图丁所示的实验装置,此装置需要卡片的重力远 (选填“小于”或“大于”)钩码的重力。
(8)实际操作后,他们发现采用甲、乙装置并不方便研究平衡力 (选填“作用在同一物体上”或“作用在同一直线上”)这一条件。为了解决这一问题,在利用图丁装置实验时,必须进行的操作是: 。
(9)实际操作中,两人安装挂钩码的滑轮时不小心导致一边滑轮高,一边滑轮低的情况,你认为如果不加改正就进行实验,对实验 (选填“有”或“没有”)影响。
重难点一 牛顿第一定律和惯性
【典题1】用力将足球踢出,足球在空中运动了一段时间后落向地面,继续向前滚动,最终停止。下列说法正确的是( )
A.足球最终停止,是因为没有受到力的作用
B.足球运动得越来越慢,是因为惯性越来越小
C.足球在空中飞行的过程中,运动状态一定改变
D.足球离开脚后继续运动,是因为受到了惯性的作用
【技法点拨】(1)所有力消失时,若速度为0,则将保持静止;若速度不为0,则将保持这个速度的大小和方向做匀速直线运动。
(2)竖直上抛和单摆运动的最高点的速度都为0,若此时所有力都消失,将静止。
(3)斜抛运动的最高点的速度为水平方向,若此时所有力都消失,将水平匀速直线运动。
【变式1】如图所示,虚线是小华抛出的皮球落地后又弹起的运动轨迹,当皮球运动到最高点A时。若它所受外力突然全部消失,则皮球将( )
A.保持静止 B.沿水平方向做匀速直线运动
C.竖直向上做匀速直线运动 D.竖直向下做匀速直线运动
【变式2】(2024·山西中考)如图所示,一辆公交车正在水平路面匀速向右行驶,遇到突发情况紧急刹车时,下列能正确表示车内拉环情形的是( )
重难点二 二力平衡与相互作用力的判断
【典题2】如图所示,小强用水平向右的力推静止在水平地面上的箱子,但箱子没动。下列说法正确的是( )
A.箱子受到的重力和地面对箱子的支持力是一对相互作用力
B.箱子对地面的压力和地面对箱子的支持力是一对平衡力
C.箱子受到水平方向的推力小于地面对箱子的摩擦力
D.若此时一切外力都突然消失,箱子会静止在原地
【技法点拨】(1)平衡力与相互作用力的异同:
类型 平衡力 相互作用力
相同点 ①大小相等;②方向相反;③作用在同一条直线上
不同点 力的作用点 作用在同一个物体上 分别作用在两个不同的物体上
力的性质 力的性质不一定相同 同一性质的力
产生的效果 产生的效果互相抵消 作用在不同物体上,产生的效果不能互相抵消
力的示意图
(2)一般情况下,相互作用力更容易判断,只要将施力和受力物体对调就可以很容易地判断出相互作用力。例如:书对桌子的压力与桌子对书的支持力是相互作用力。
【变式】如图所示,放在水平地面上的两个物体一起匀速直线运动,下列对这两个物体受力分析正确的是( )
A.A对B的压力与B受到地面的支持力是一对平衡力
B.A对B的压力与B对A的支持力是一对平衡力
C.B对A的支持力与A的重力是一对相互作用力
D.A对地球的吸引力与地球对A的吸引力大小相等
命题点 平衡力的应用
1.如图所示,重力为100 N的木箱放在水平地面上,某同学用20 N的力水平向左推木箱,没有推动,木箱受到地面的摩擦力为 N,方向是 。
2.如图所示,一木块在传送带上随传送带一起沿水平方向向右做匀速直线运动,画出木块受到的所有力的示意图。
3.如图,利用轻杆将小球A固定在小车上,整体静止在水平面上。以球心为作用点,作出小球A所受力的示意图。
