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高一物理必修1知识网络及典型例题牛顿运动定律:（一）牛顿物理学的基石牛顿第一定律（即惯性定律） 1. 牛顿第一定律也叫惯性定律。内容：一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，直到作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止。 2. 惯性：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性。 3. 惯性与质量：质量是惯性大小的唯一量度。4. 物体运动快慢的改变和运动方向的改变，即速度的改变叫运动状态的改变。 如何正确理解牛顿第一定律? 对牛顿第一定律应从以下几个方面来理解： 1. 明确了惯性的概念： 定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，揭示了物体所具有的一个重要的属性惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性。 2. 确定了力的含义： 定律的后半句话“直到有外力迫使它改变这种运动状态为止”，实际上是对力的定义，即力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动的原因，这一点要切实理解。 3. 定性揭示了力和运动的关系： 牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律，它描述的只是一种理想状态，而实际中不受外力作用的物体是不存在的，当物体所受合外力为零时，其效果跟不受外力作用相同。因此，可以把“不受外力作用”理解为“合外力为零”。 如何理解惯性? 1. 惯性是物体的固有属性：一切物体都具有惯性。 2. 惯性与运动状态无关：不论物体是处于怎样的运动状态，惯性总是存在的，当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动。3. 惯性与物体是否受力无关，与速度大小无关。（二）实验：探究加速度与力、质量的关系方法探究研究“牛顿第二定律”实验所研究的是物体运动的加速度与物体所受外力F的关系，物体运动的加速度与物体的质量m的关系，即、F、m间的关系。由于加速度随F、物体的质量m的变化而同时发生变化，所以它们间的关系难以确定。实验中为了研究三者的关系可采用控制变量法，所谓控制变量法，就是将具有某种相互联系的三个或多个物理量中的一个或几个加以控制，使之保持不变，研究另外两个物理量之间的关系；此后再控制另一个物理量，使之保持不变，研究剩余的两个物理量之间的关系。本实验在研究、F、m之间的关系时，先控制物体的质量m不变，改变力F的大小，研究与F的关系；再控制物体所受的外力F不变，改变物体的质量m，研究与m的定量关系；最后将二者加以归纳综合，得出、F、m三者之间的定量关系。实验装置（参考课本案例）如图所示，取两个质量相同的小车，放在光滑的水平板上，小车的前端各系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放上砝码，使两小车在绳的拉力作用下做匀加速运动。实验时，要求砝码跟小车相比质量较小，则小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码（包括砝码盘）所受重力的大小，车的后端也分别系上细绳，用一只夹子夹住这两根绳，以同时控制两辆小车，使它们同时运动和停止运动。实验说明（参考课本案例）1. 本实验中是将小车放在光滑的水平板上，忽略了小车所受木板对它的滑动摩擦力F。事实上，水平板是很难做到光滑的，且小车所受木板对它的滑动摩擦力F，随小车质量的变化而变化，这样给验证实验过程带来了不必要的麻烦。一方面需要测定滑动摩擦因数，另一方面还要测量、计算每次改变小车的质量后的摩擦力，显然大大增加了实验的难度。因此，实际操作中常采用平衡摩擦力的方法将实验简化。即将表面平整的木板的一端垫起，使放在它上表面的小车所受重力沿斜面的分量与摩擦阻力相等，即，此时无论物体的质量怎样变化只要成立，就一定存在，于是实现了化“变”为“不变”，即平衡了摩擦力之后的实验就等效于物体不受摩擦阻力作用，这样小车受到的合外力就是细线对小车的拉力。注意 平衡摩擦力时要使小车拖着纸带，使纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，通过打出的纸带判断小车是否做匀速直线运动，从而判断是否已经平衡了摩擦力。2. 怎样提供和测量物体所受恒力可以用小盘和砝码牵引小车，使小车做匀加速运动的力近似地与小盘和砝码的重力相等。注意：（1）砝码（及盘）跟小车相比质量很小，细绳对小车的拉力可近似地等于砝码所受的重力。（2）实验是通过改变盘中砝码的数目来改变绳对小车拉力的大小的。（三）牛顿第二定律 1. 内容：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。加速度的方向跟作用力的方向相同。当物体受多个力作用时，牛顿第二定律可表述为：物体的加速度跟合外力成正比，跟物体的质量成反比。加速度的方向跟合外力的方向相同。2. 数学表达式：F合=ma。注意 公式的同体性、矢量性、瞬时性3. 物理意义：反映了物体的加速度与所受外力的合力及物体的质量间的关系。说明物体的加速度由合外力和物体的质量决定。4. 牛顿第二定律的适用范围：宏观低速物体。 力的单位 1. 牛顿的含义：在国际单位制中，力的单位是牛顿，符号 。它是根据牛顿第二定律定义的：使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力，叫做1N。2. 比例关系k的含义：根据Fkma知，kFma，因此k在数值上等于使单位质量的物体产生单位加速度的力的大小。k的大小由F、m、a三者的单位共同决定，三者取不同的单位k的数值不一样，在国际单位制中，k1，由此可知，在应用公式Fma进行计算时，F、m、a的单位必须统一为国际单位制中相应的单位。（四）牛顿第三定律： 1. 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，作用在同一直线上。这就是牛顿第三定律。 2. 理解作用力与反作用力的关系时，要注意以下几点： （1）作用力与反作用力同时产生，同时消失，同时变化，无先后之分。 （2）作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上（与物体的大小，形状，运动状态均无关系。） （3）作用力与反作用力分别作用在施力物体和受力物体上，其作用效果分别体现在各自的受力物体上，所以作用力与反作用力产生的效果不能抵消。（作用力与反作用力能否求和？不能） （4）作用力与反作用力一定是同种性质的力。（平衡力的性质呢？） 3. 对于牛顿第三定律要明确 （1）定律揭示了相互作用的两个物体之间的作用力与反作用力的关系。 （2）作用力与反作用力具有“四个相同”。即大小相同，性质相同、出现、存在、消失的时间相同，作用线在同一条直线上。“三个不一样”即方向不一样。施力物体和受力物体不一样，效果不一样。（3）相互作用力与平衡力的区别关键点是平衡力作用在同一物体上，不一定同时产生或同时消失，也不一定是同性质的力。（五）牛顿定律的应用一、力学单位制1. 基本单位和导出单位 我们选定几个物理量的单位作为基本单位，基本单位是人为规定的。利用物理公式由基本单位推导出来的其他物理量的单位，叫做导出单位。 注：物理公式在确定物理量的数量关系的同时，也确定了物理量的单位关系。 2. 单位制基本单位和导出单位一起组成单位制，例如国际单位制。 3. 力学单位制 在力学中选定长度、质量和时间这三个物理量的单位作为基本单位，根据力学公式就可以推导出其余物体量（如速度、加速度、力等）的单位，它们一起组成了力学单位制。 注：在国际单位制（S1）中，力学的三个基本单位分别长度单位是米，质量单位是千克，时间单位是秒。另外，国际单位制在热学、电学、光学中还有四个基本单位，以后将进一步学习。 4. 单位制在物理计算中的作用在物理计算中，如果所有已知量都用同一单位制中的单位表示，计算结果就一定是用该单位制中的单位表示的，所以，在计算过程中就不必一一写出各个量的单位，直接在结果中写出所求物理量的单位即可。计算前注意先要把各已知量的单位统一为同一单位制中的单位。在物理计算中，一般采用国际单位制。 单位制的意义是什么 对一个物理量进行定量描述，仅仅用一个数是不够的，一定得在数后带有单位，同一个物理量，选用不同单位其数不同。 在研究物理问题中，用物理概念、物理规律研究物理与物理量的关系时，物理单位要跟随物理量参与运算。物理单位进入物理关系的数学表达式，对准确理解物理概念、物理关系很有帮助，但表达式繁杂。选用了统一的单位制后，每一个物理量在这一单位制中有确定的单位，进行物理运算时，可以只计算数据，不必带单位，从而使物理运算简化。“kg、m、s” 在力学中有最基本的地位，用这些物理量的单位做基本单位后，可使基本单位的数目最少，所以在力学中规定m、kg、s为国际单位制的基本单位。二、超重和失重1. 弹簧秤是测量力的仪器，用弹簧秤来测量物体的重力。只有在物体处于平衡时，弹簧的弹力才等于物体重力的大小。2. 超重：当物体具有向上的加速度时，物体对支持物的压力（或对悬线的拉力）大于物体所受的重力的现象称为超重（overweigh）现象。由此可知：产生超重现象的条件是物体具有向上的加速度，它与物体运动速度的大小和方向无关。超重包括加速上升和减速下降两种情况。3. 失重：当物体具有向下的加速度时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力的现象，称为失重（weightlessness）现象。由此可知：产生失重现象的条件是物体具有向下的加速度，它与物体运动速度的大小和方向无关。失重现象包括加速下降和减速上升两种情况。4. 完全失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于0的状态，叫做完全失重状态。产生完全失重现象的条件：当物体竖直向下的加速度等于g 时，就产生完全失重现象。如何正确理解“超重”、“失重”的本质超重不是重力增加，失重不是重力减小，完全失重不是重力消失。在超、失重现象中，重力不变，仅是“视重”的变化。在完全失重状态下，平常重力产生的一切物理现象都不存在。三、关于轻绳、轻弹簧的问题1. 轻绳（1）拉力的方向一定沿绳。（2）同一根绳上各处的拉力大小都相等。（3）认为受力形变极微，看作不可伸长。（4）弹力可作瞬间变化。2. 轻弹簧（1）各处的弹力大小相等，方向与弹簧形变的方向相反。（2）弹力的大小遵循Fkx的关系。（3）弹簧的弹力不能发生突变。四、关于临界问题处理的基本方法是1. 要详细分析物理过程，根据条件变化或过程的发展分析引起的受力情况的变化和状态的变化，找到临界点或临界条件。2. 常用极限分析法分析临界点或临界条件，即利用放大或缩小的思想使问题暴露得更明显，更突出。五、连接体问题1. 连接体：两个或两个以上相互联系的物体组成连接体。2. 整体法：当两个或两个以上有相互联系的物体相对同一参考系具有相同加速度时，可选整体为研究对象。3. 隔离法：把题目中每一物体隔离出来分别进行受力分析、列方程4. 选取研究对象的原则有两点：（1）受力情况简单，与已知量、未知量关系密切。（2）先整体后隔离。构成连接体的各部分之间的重要的联系纽带之一就是加速度，当两个或两个以上的物体相对同一参考系具有相同加速度时，有些题目也可采用整体与隔离相结合的方法，一般步骤用整体法或隔离法求出加速度，然后用隔离法或整体法求出未知力。典型例题例l. 在下图甲中时间轴上标出第2s末，第5s末和第2s，第4s，并说明它们表示的是时间还是时刻。解析：如图乙所示，第2s末和第5s末在时间轴上为一点，表示时刻甲乙第2s在时间轴上为一段线段，是指第1s末到第2s末之间的一段时间，即第二个1s，表示时间。第4s在时间轴上也为一段线段，是指第3s末到第4s末之间的一段时间，即第四个ls，表示时间。答案：见解析例2. 关于位移和路程，下列说法中正确的是A. 在某一段时间内质点运动的位移为零，该质点不一定是静止的B. 在某一段时间内质点运动的路程为零，该质点一定是静止的C. 在直线运动中，质点位移的大小一定等于其路程D. 在曲线运动中，质点位移的大小一定小于其路程解析：位移的大小为起始与终了位置的直线距离，而与运动路径无关。路径是运动轨迹的长度。路程为零，质点肯定静止。选项B正确。位移为零，在这段时间内质点可以往返运动回到初始位置，路程不为零，所以选项A正确。位移大小在非单向直线运动中总小于路程，所以选项D正确。直线运动包括单向直线运动和在直线上的往返运动，所以选项C错误。答案：A、B、D例3. 从高为5m处以某一初速度竖直向下抛出一个小球，在与地面相碰后弹起，上升到高为2m处被接住，则在这段过程中A. 小球的位移为3m，方向竖直向下，路程为7mB. 小球的位移为7m，方向竖直向上，路程为7mC. 小球的位移为3m，方向竖直向下，路程为3mD. 小球的位移为7m，方向竖直向上，路程为3m解析：本题考查基本知识在实际问题中的应用。理解位移和路程概念，并按要求去确定它们。题中物体初、末位置高度差为3m，即位移大小，末位置在初位置下方，故位移方向竖直向下，总路程则为7m。答案：A例4. 判断下列关于速度的说法，正确的是 A. 速度是表示物体运动快慢的物理量，它既有大小，又有方向。B. 平均速度就是速度的平均值，它只有大小没有方向。C. 汽车以速度经过某一路标，子弹以速度从枪口射出，和均指平均速度。D. 运动物体经过某一时刻（或某一位置）的速度，叫瞬时速度，它是矢量。解析：速度的物理意义就是描写物体运动的快慢，它是矢量，有大小，也有方向，故A选项正确；平均速度指物体通过的位移和通过这段位移所用时间的比值，它描写变速直线运动的平均快慢程度，不是速度的平均值，它也是矢量，故B选项不对；C中、对应某一位置，为瞬时速度，故C不对；D为瞬时速度的定义，D正确。答案：A、D例5. 一个物体做直线运动，前一半时间的平均速度为，后一半时间的平均速度为，则全程的平均速度为多少？如果前一半位移的平均速度为，后一半位移的平均速度为，全程的平均速度又为多少？解析：（1）设总的时间为2t，则（2）设总位移为2x，例6. 打点计时器在纸带上的点迹，直接记录了A. 物体运动的时间B. 物体在不同时刻的位置C. 物体在不同时间内的位移D. 物体在不同时刻的速度解析：电火花打点计时器和电磁打点计时器都是每隔0.02s在纸带上打一个点。因此，根据打在纸带上的点迹，可直接反映物体的运动时间。因为纸带跟运动物体连在一起，打点计时器固定，所以纸带上的点迹就相应地记录了物体在不同时刻的位置。虽然用刻度尺量出各点迹间的间隔，可知道物体在不同时间内的位移，再根据物体的运动性质可算出物体在不同时刻的速度，但这些量不是纸带上的点迹直接记录的。综上所述，正确的选项为AB。答案：A、B例7. 如图所示，打点计时器所用电源的频率为50Hz，某次实验中得到的一条纸带，用毫米刻度尺测量的情况如图所示，纸带在A、C间的平均速度为 ms，在A、D间的平均速度为 ms，B点的瞬时速度更接近于 ms。解析：由题意知，相邻两点间的时间间隔为0.02s。AC间的距离为14mm0.014m，AD间的距离为25mm=0.025m。 由公式得答案：0.35 0.42 0.35例8. 关于加速度，下列说法中正确的是A. 速度变化越大，加速度一定越大B. 速度变化所用时间越短，加速度一定越大C. 速度变化越快，加速度一定越大D. 速度为零，加速度一定为零解析：由加速度的定义式可知，加速度与速度的变化量和速度变化所用的时间两个因素有关。速度变化越大，加速度不一定越大；速度变化所用时间越短，若速度变化量没有确定，也不能确定加速度一定越大。加速度是描述速度变化快慢的物理量，速度变化越快，加速度一定越大；速度为零，并不是速度的变化量为零，故加速度不一定为零。答案：C例9. 如图所示是某矿井中的升降机由井底到井口运动的图象，试根据图象分析各段的运动情况，并计算各段的加速度。解析：（1）02s，图线是倾斜直线，说明升降机是做匀加速运动，根据速度图象中斜率的物理意义可求得加速度。（2）2s4s，图线是平行于时间轴的直线，说明升降机是做匀速运动，根据速度图象中斜率的物理意义可求得加速度。（3）4s5s，图线是向下倾斜的直线，说明升降机是做匀减速运动，根据速度图象中斜率的物理意义可求得加速度。答案：见解析 例10. 一质点从静止开始以1ms2的加速度匀加速运动，经5s后做匀速运动，最后2s的时间质点做匀减速运动时的速度是多大?减速运动直至静止，则质点匀减速运动时的加速度是多大?解析：质点的运动过程包括加速匀速减速三个阶段，如图所示。 图示中AB为加速，BC为匀速，CD为减速，匀速运动的速度即为AB段的末速度，也是CD段的初速度，这样一来，就可以利用公式方便地求解了，由题意画出图示，由运动学公式知：由应用于CD段（）得负号表示方向与方向相反答案：5m/s -2.5m/s2说明：解决运动学问题要善于由题意画出运动简图，利用运动简图解题不论是从思维上还是解题过程的叙述上都变得简洁，可以说能起到事半功倍的作用。事实上，能够正确地画出运动简图说明你对题目中交待的物理过程有了很清楚的认识，这是对同学们要求比较高而且难度比较大的基本功，务必注意这一点。例11. 汽车以l0ms的速度在平直公路上匀速行驶，刹车后经2s速度变为6ms，求： （1）刹车后2s内前进的距离及刹车过程中的加速度；（2）刹车后前进9m所用的时间；（3）刹车后8s内前进的距离。解析：（1）汽车刹车后做匀减速直线运动，由可求得。，再由，可求得。（2）由可得解得，。要注意汽车刹车后经停下，故时间应为1s。（3）由（2）可知汽车经5s停下，可见在8s时间内，汽车有3s静止不动，因此 例12. 证明 （1）在匀变速直线运动中连续相等时间（T）内的位移之差等于一个恒量。证明： 所以（即为恒量） 由此结论可用来求匀变速直线运动的加速度，即2. 在匀变速直线运动中，某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。证明：如图所示：所以3. 在匀变速直线运动中，某段位移中点位置处的速度为证明：如图所示： 由两式结合的：例13. 一个作匀速直线运动的质点，在连续相等的两个时间间隔内，通过的位移分别是24m和64m，每一个时间间隔为4s，求质点的初速度和加速度。解析：匀变速直线运动的规律可用多个公式描述，因而选择不同的公式，所对应的解法也不同。如：解法一：基本公式法：画出运动过程示意图，如图所示，因题目中只涉及位移与时间，故选择位移公式：将24m、64m，代入上式解得：，解法二：用平均速度公式：连续的两段时间t内的平均速度分别为B点是AC段的中间时刻，则 得 解法三：用推论式：由得再由解得：答案：1 2.5说明：对一般的匀变速直线运动问题，若出现相等的时间间隔问题，应优先考虑公式求解例14. 物体从静止开始做匀加速直线运动，已知第4s内与第2s内的位移之差是12m，则可知： A. 第1 s内的位移为3 m B. 第2s末的速度为8 ms C. 物体运动的加速度为2ms2 D. 物体在5s内的平均速度为15 ms解析：本题全面考查匀变速直线运动规律的应用，以及掌握的熟练程度，本题涉及到四个物理量的确定，要求对这些物理量的关系能融会贯通，并能抓住加速度这一关键。由题意，可利用先求出a。 设第1 s内、第2 s内、第3 s内、第4 s内的位移分别为x1、x2、x3、x4，则 x3x2aT2， x4x3aT2 所以x4x22aT2 故a6m/s2 又x1aT2/261/23m 第2s末的速度v2at26212m/s 5s内的平均速度15m/s 答案：AD例15. 一滑块由静止开始，从斜面顶端匀加速下滑，第5s末的速度是6m/s。求：（1）第4s末的速度；（2）头7s内的位移；（3）第3s内的位移。解析：根据初速度为零的匀变速直线运动的比例关系求解。 （1）因为 所以 第4s末的速度为 （2）由得前5s内的位移为： 因为 所以 前7s内的位移为： （3）由（2）可得 因为1：5： 所以1：5 第3s内的位移例16. 汽车以10m/s的速度在平直公路上匀速行驶，突然发现前方xm处有一辆自行车正以4m/s的速度同方向匀速行驶，汽车司机立即关闭油门并以6m/s2的加速度做匀减速运动。如果汽车恰好撞不上自行车，则x应为多大？解析：这是一道很典型的追及问题，开始阶段汽车的速度大，在相同时间内汽车的位移大于自行车的位移，所以它们之间的距离逐渐减小，到速度相等时距离最小，如果此时汽车恰好没碰上自行车，以后它们的距离就会变大，再也不会碰上了。解法1：利用速度相等这一条件求解。当汽车的速度v1和自行车的速度v2相等时二者相距最近，v1v0at v2v自当v1v2时，即v0at v自，即时间为t1s若此时恰好相撞，则位移相等，x1v0tat2 x2 v自tx由x1 x2得v0tat2 v自tx解得 x3m所以汽车撞不上自行车的条件是：x3m解法2：利用二次方程判别式求解如果两车相撞，则v0tat2 v自tx 带入数据并整理得 3t26tx0t有解即能相撞的条件是 0即6243x0 x3m所以二者不相撞的条件是：x3m例17. 公共汽车由停车站从静止出发以0.5m/s2的加速度作匀加速直线运动，同时一辆汽车以36km/h的不变速度从后面越过公共汽车。求：（1）经过多长时间公共汽车能追上汽车？（2）后车追上前车之前，经多长时间两车相距最远，最远是多少？解析：（1）追上即同一时刻二者处于同一位置，由于它们出发点相同，所以相遇时位移相同，即 x汽x公 at2/2v汽t t2v公/a210/0.540s （2）在汽车速度大于公共汽车速度过程中，二者距离逐渐增大，速度相等时距离最大，之后公共汽车速度将大于汽车速度，二者距离就会减小，所以速度相等时相距最远。 则 v汽v公 at v汽 t v汽/a10/0.520s 最远距离x v汽t at2/210200.5202/2100m例18. 下列说法中正确的是A. 同学甲用力把同学乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用B. 只有有生命的物体才会施力，无生命的物体只能受到力，不会施力C. 任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体D. 在几组力的图示中，长的线段所对应的力一定比短的线段所对应的力大解析：力的作用是相互的。但效果可以不同，故A错。 不管物体是否有生命，当它与别的物体发生相互作用时，它既是施力物体，同时也是受力物体。不存在只施力不受力的物体，也不存在只受力不施力的物体，故B错。 自然界中的物体都不是孤立的，而是相互联系着的，每一个物体总会受到别的物体的作用，是受力体，同时也对别的物体施加力的作用，又是施力体，故C正确。 在同一个标度下，说法D没有错，但在没有指明力的标度或采用不同标度时，线段的长度就失去了表示力的大小的意义，故D错。 答案：C 说明：本题考查了力的概念。力是物体间的相互作用。一方面说明了力不能脱离物体而存在，另一方面说明了力的相互性，一个物体既是施力物体，同时也是受力物体。例19. 请在下图画出杆和球所受的弹力。（a）杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用，故A、B两点处对杆都有弹力，弹力方向与接触点的平面垂直，如下图（a）所示。（b）杆对C、D两处有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直其切面指向球心，D处弹力垂直杆向上。如下图（b）所示。（c）挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直；绳子对球的弹力沿绳斜向上。如下图（c）所示。说明：面接触时的压力和支持力与接触面垂直，但不一定竖直，点接触的压力和支持力与过切点的切面垂直，沿球面的半径方向。例20. 用水平推力F20N把一个质量为5kg的物体压在竖直墙壁上下滑，墙壁与物体的动摩擦因数为0.2，判断物体所受摩擦力的方向，求摩擦力的大小。解析：物体对墙壁的压力FNF20N，所受摩擦力FFN0.220N4N，物体相对于墙下滑，物体受到的摩擦力的方向向上。答案：向上 4N说明：物体对接触面的压力不一定等于物体受的重力。例21. 如图所示，地面上叠放着A、B两个物体，力F分别作用于A、B两物体上时，A、B静止不动，试分别分析A、B受到的摩擦力的情况。解析：（1）F作用于A物体，A相对B有向右的运动趋势，B相对A有向左的运动趋势，故A受到向左的静摩擦力，其大小等于F。B受到A给它的向右的静摩擦力，其大小也等于F。由于A、B相对静止，B有向右运动的趋势，因此B受到地面给它的向左的静摩擦力，大小也等于F，如下图所示。（2）F作用于B物体上，B相对地有向右的运动趋势，故B受到地面给它的向左的静摩擦力，大小等于F。而A物体若受到B物体给它的摩擦力，则不可能静止，故A、B之间没有摩擦力的作用。如下图所示。答案：见解析。说明：在判断物体之间有无静摩擦力时，也可以先假设两物体之间有静摩擦力的作用，而实际情况与判断的结果不符，则无此静摩擦力。例22. 关于两个力的合力，下列说法错误的是 A. 两个力的合力一定大于每个分力 B. 两个力的合力可能小于较小的那个分力 C. 两个力的合力一定小于或等于两个分力D. 当两个力大小相等时，它们的合力可能等于分力大小解析：设分力F1与分力F2的夹角为，根据力的平行四边形定则，合力为F，以F1、F2为邻边的平行四边形所夹的对角线，如图所示。当时，FF1F2；当时，F|F1F2|，以上分别为合力F的最大值和最小值。当F1F2且夹角时，合力F0，小于任何一个分力，当F1F2，夹角时，合力F F1F2，故本题的正确答案为AC。答案：A C 例23. 在电线杆的两侧常用钢丝绳把它固定在地上（如图）。如果钢丝绳与地面的夹角，每条钢丝绳的拉力都是300N，求两根钢丝绳作用在电线杆上的合力。 解析：由图可知，两根钢丝绳的拉力F1和F2之间的夹角为，可根据平行四边形定则用作图法和解三角形法求出电线杆受到的合力。 方法一：作图法。 自O点引两条有向线段OC和OD，夹角为。设定每单位长度表示100N，则OC和OD的长度都是3个单位长度，作出平行四边形OCED，其对角线OE就表示两个拉力F1、F2的合力F，量得OE长为5.2个单位长度。 所以合力F1005.2N520N 用量角器量得所以合力方向竖直向下。方法二：计算法。先画出力的平行四边形，如图所示，由于OCOD，得到的是菱形。连结CD、OE，两对角线垂直且平分，OD表示300N，。在三角形中，。在力的平行四边形中，各线段的长表示力的大小，则有，所以合力说明：力的合成有“作图法”和“计算法”，两种解法各有千秋。“作图法”形象直观，一目了然，但不够精确，误差大；“计算法”是用平行四边形先作图，再解三角形，似乎比较麻烦，但计算结果更准确。今后我们遇到的求合力的问题，多数都用计算法，即根据平行四边形定则作出平行四边形后，通过解其中的三角形求合力。在这种情况下作的是示意图，不需要很严格，但要规范，明确哪些该画实线，哪些该画虚线，箭头应标在什么位置等。例24. 物体受到三个力的作用，其中两个力的大小分别为5N和7N，这三个力的合力最大值为21N，则第三个力的大小为多少?这三个力的合力最小值为多少?解析：当三个力的合力最大时，这三个力一定是在同一直线上，且方向相同，即合力F合F1F2F3，则F3 F合F1F29N. 关于三个力的合力的最小值问题，有些同学仍受标量代数求和的干扰，不能真正理解矢量运算法则，而错误地认为合力最小值F合F1F2F33N，正确的方法应是：看三个力的大小是否能构成一个封闭三角形，即任取一个力，看这个力是否处在另外两个力的差和之间。若三个力满足上述条件，则合力的最小值为零；若不满足上述条件，则合力的最小值为较小的两个力先同方向合成，再和较大的一个力反方向合成的合力。答案：第三个力大小是9N，三个力合力的最小值为零。例25. 将一个力F分解为两个分力F1和F2，则下列说法中正确的是 A. F是物体实际受到的力 B. F1和F2两个分力在效果上可以取代力F C. 物体受到F1、F2和F三个力的作用 D. F是F1和F2的合力 解析：由分力和合力具有等效性可知B正确，分力F1和F2并不是物体实际受到的力，故A对C错。 答案：A、B、D说明：合力与分力是一种等效替代关系，在力的合成中，分力是物体实际受到的力。在力的分解中，分力不是物体实际受到的力。例26. 如图所示，电灯的重力G10N，AO绳与顶板间夹角为，BO绳水平，则AO绳所受的拉力F1 ；BO绳所受的拉力F2 。解析：先分析物理现象：为什么绳AO、BO受到拉力呢?原因是由于OC绳的拉力产生了两个效果，一是沿AO向下的拉紧AO的分力Fl；二是沿BO向左的拉紧BO绳的分力F2，画出平行四边形，如图所示，因为OC拉力等于电灯重力，因此由几何关系得，答案：N 10N说明：将一个已知力分解，在理论上是任意的，只要符合平行四边形定则就行，但在实际问题中，首先要弄清所分解的力有哪些效果，再确定各分力的方向，最后应用平行四边形定则求解。例27. 在倾角的斜面上有一块竖直放置的挡板，在挡板和斜面之间放有一个重为G20N光滑圆球，如图甲所示，试求这个球对斜面的压力和对挡板的压力。解析：先分析物理现象，为什么挡板和斜面受压力呢?原因是球受到向下的重力作用，这个重力总是欲使球向下运动，但是由于挡板和斜面的支持，球才保持静止状态，因此球的重力产生了两个作用效果，如图乙所示，故产生两个分力：一是使球垂直压紧挡板的力F1，二是使球垂直压紧斜面的力F2；由几何关系得：，。F1和F2分别等于球对挡板和斜面的压力。答案：，说明：根据力实际产生的效果分解是同学们应该掌握的项很重要的方法。例28 在车厢内光滑的水平桌面上放一小球，当火车突然启动向右运动时，相对于车厢小球将怎样运动?相对于地面小球又将怎样运动?如果桌面是粗糙的，小球的运动情况又如何改变?解析 小球原来与车厢一起处于静止状态，当火车突然启动向右运动时，由于小球具有惯性，还要保持原来的相对地面的静止状态，所以小球相对于车厢要向左运动。如果此时桌面是光滑的，小球的水平方向就不受力，将相对于车厢以火车相对地面的速度大小向相反方向运动，只要桌面足够大，小球的运动就不会停止。因而，小球相对于车厢运动的距离和火车相对于地面运动的距离始终是相等的，所以，小球在这一瞬间将是相对于车厢向左运动的，而相对于地面是静止的。如果此时桌面是粗糙的，小球虽然相对于车厢向左运动，但由于水平方向受到了摩擦阻力，不断地改变着小球向左的运动速度的大小，使得小球向左的速度越来越小，最终停止运动，相对于车厢保持静止，所以小球在火车启动瞬间将相对于车厢向左运动，相对于地面却在向右运动。答案 见解析。说明 分析惯性现象问题时，要注意掌握正确的分析方法，通常解决这类问题的一般思路为：（1）分析物体原来处于何种状态；（2）发生了什么特殊情况；（3）找到哪个物体还要保持原来的什么运动状态；（4）产生了什么现象；（5）最终会导致什么样的结果。值得注意的是：静止是速度为零的一种运动状态。例29 有哪些方法可以验证与F的正比例关系?解析 方法一 直接验证（1）比例法：验证：或 （2）图象法：作F图象，看其是否为过原点的直线方法二 间接验证 根据本实验设计，两车同时运动，同时停止，具有相同的运动时间，因为，所以 由此可见，只要验证x与F的正比例关系即可。 答案 见解析。 说明 这种方法可以推导验证物理学中的各种正比例关系。例30 静止在光滑水平面上的物体，受到一个水平拉力，在力刚开始作用的瞬间，下列说法中正确的是A. 物体立即获得加速度和速度 B. 物体立即获得加速度，但速度仍为零 C. 物体立即获得速度，但加速度仍为零 D. 物体的速度和加速度均为零 解析 由牛顿第二定律的瞬时性可知，力作用的瞬时即可获得加速度，但无速度。 答案 B 说明 力是加速度产生的原因，加速度是力作用的结果，加速度和力之间，具有因果性、瞬时性、矢量性。 例31 如图所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向37o角，球和车厢相对静止，球的质量为1kg。（g10m/s2，sin37o=0.6，cos37o0.8）（1）求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况。（2）求悬线对球的拉力。解析 （1）球和车厢相对静止，它们的速度情况相同，由于对球的受力情况知道的较多，故应以球为研究对象，球受两个力作用：重力mg和线的拉力F，由于球随车一起沿水平方向做匀变速直线运动，故其加速度沿水平方向，合外力沿水平方向，做出平行四边形如图所示。球所受的合外力为由牛顿第二定律可求得球的加速度为 加速度方向水平向右。 车厢可能水平向右做匀加速直线运动，也可能水平向左做匀减速直线运动。 （2）由图示可得，线对球的拉力大小为 答案 见解析。 说明 本题解题的关键是根据小球的加速度方向，判断出物体所受合外力的方向，然后画出平行四边形，解其中的三角形就可求得结果。例32 如图所示，一物体质量为m=100kg，放于汽车上，随车一起沿平直公路匀加速运动，加速度大小为，已知物体与车底板间的动摩擦因数为，求物体所受的摩擦力。 解析 物体随车一起向右作匀加速运动，其加速度水平向右，由加速度与合力方向相同可知，此时，物体所受的静摩擦力方向必水平向右，则物体受力如图所示，据牛顿第二定律得。 在水平方向上有： 。 即物体所受静摩擦力大小为100N，方向水平向右。 答案 100N水平向右 说明 （1）利用牛顿第二定律求静摩擦力的大小和方向较方便。（2）同学们可以自己利用牛顿第二定律分析一下，当汽车刹车时（货物在车上不滑动）时，货物所受静摩擦力的大小和方向。与用假设接触面光滑法判断静摩擦力方向相比较，利用牛顿第二定律法往往会更方便!题型1 已知物体的受力情况，求解物体的运动情况例33. 质量m4kg的物块，在一个平行于斜面向上的拉力F40N作用下，从静止开始沿斜面向上运动，如图所示，已知斜面足够长，倾角37，物块与斜面间的动摩擦因数0.2，力F作用了5s，求物块在5s内的位移及它在5s末的速度。（g10m/s2，sin370.6，cos370.8） 解析：如图，建立直角坐标系，把重力mg沿x轴和y轴的方向分解Gxmgsin Gymgcosy轴 FNmgcosFFnmgcosx轴 由牛顿第二定律得FFGXma即 Fmgcosmgsinmaa2.4m/s25s内的位移 xat22.45230m5s末的速度 vat2.4512m/s题型2 已知运动情况求物体的受力情况例34. 如图所示，质量为0.5kg的物体在与水平面成300角的拉力F作用下，沿水平桌面向右做直线运动，经过0.5m的距离速度由0.6m/s变为0.4m/s，已知物体与桌面间的动摩擦因数0.1，求作用力F的大小。（g10m/s2）解析：对物体受力分析，建立直角坐标系如图 由vt2v022ax a（vt2v02）/2x （0.420.62）/20.5 0.2m/s2 负号表示加速度方向与速度方向相反，即方向向左。y轴方向 FN+Fsin30mg FNmgFsin300 FFN（mgFsin30）x轴方向 由牛顿第二定律得 Fcos30Fma 即Fcos30（mgFsin30）ma Fm（a+g）/（cos30+sin30） 0.5（0.2+0.110）/（/2+0.11/2） 0.44N例35. 马对车的作用力为F，车对马的作用力为T。关于F和T的说法正确的是（ ） A. F和T是一对作用力与反作用力。 B. 当马与车做加速运动时，FT。 C. 当马与车做减速运动时，F或F时物块相对斜面体将怎样运动?例40. 一物体在2N的外力作用下，产生10cms2的加速度，求该物体的质量。下面有几种不同的求法，其中单位运用正确、简洁而又规范的是：A. B. C. D. 解析：本题考查了单位制的应用。在进行数量运算的同时，也要把单位带进运算。带单位运算时，每一个数据均要带上单位，且单位换算要准确。也可以把题中的已知量的单位都用国际单位表示，计算的结果就用国际单位表示，这样在统一已知量的单位后，就不必一一写出各个量的单位，只在数字后面写出正确单位即可。在备选的四个选项中A、D项均错，B项解题时过程正确，但不简洁，只有C项运算正确，且简洁而又规范。答案：C例41. 一个人站在体重计的测盘上，在人下蹲的过程中，指针示数变化应是 A. 先减小，后还原 B. 先增加，后还原 C. 始终不变 D. 先减小，后增加，再还原解析：人蹲下的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程。在加速向下时，人获得向下的加速度a，由牛顿第二定律得： mgFNma FNm（ga）mg 弹力FN将大于mg， 当人静止时，FN=mg 答案：D说明 在许多现实生活中，只要留心观察，就会看到超重或失重现象。例如竖直上抛的物体，无论是上升过程还是下降过程，都会出现失重现象。我国用新型运载火箭发射的“神舟号”宇宙飞船，无论是发射过程还是回收过程，都会出现超、失重现象。 例42. 如图所示，一质量为m的小球在水平细线和与竖直方向成角的弹簧作用下处于静止状态，试分析剪断细线的瞬间，小球加速度的大小和方向。解析：取小球研究，其平衡时的受力示意图所示，细线拉力大小为：弹簧拉力大小：若剪断细线，则拉力F突变为零。但弹簧的伸长量不突变，故弹簧的弹力不突变，此时小球只受两个力的作用。在竖直方向上，弹簧拉力的竖直分量仍等于重力，故竖直方向上仍受力平衡；在水平方向上，弹簧弹力的水平分量：力Fx提供加速度，故剪断细线瞬间，小球的加速度大小为：加速度的方向为水平向右。答案：，方向水平向右。说明 若物体受多个力的作用而保持平衡，当去掉一个力的瞬间，在剩余的力不突变的前提下，剩余力的合力大小就等于去掉的那个力的大小，方向与去掉的那个力的方向相反，利用此结论可以很方便地解决类似问题。拓展应用 若将弹簧也换成细线，在剪断水平细线的瞬间，小球的加速度大小和方向又会怎样?当水平细线剪断时，连结小球的另一细线的弹力会发生突变。小球受到的合外力与绳垂直，如图所示，合外力，则小球的加速度例43. 如图 （a）所示，电梯与水平面夹角为30，当电梯加速向上运动时，人对梯面的压力是其重力的65，则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍? 解析：对人进行受力分析，重力mg，支持力FN，摩擦力F（摩擦力方向一定与接触面平行，由加速度的方向推知F水平向右 建立直角坐标系：取水平向右（即F的方向）为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向，此时只需分解加速度，其中axacos30，ayasin30（如图 （b） 根据牛顿第二定律有 x方向：Fmaxmacos30 y方向：FNmgmay=masin30 又FN=mg 联立得：F=mg。例44. 如图所示，质量为m的物体通过绳子连接放在倾角为的光滑斜面上，让斜面以加速度a沿图示方向运动时，稳定后，绳子的拉力是多大?解析：本题中由于加速度a是一个没有确定的量，这就隐含着加速度发生变化的过程中，物体所受的合外力一定发生变化。可以利用极限分析法，当斜面的加速度增大到某一数值时，物体可能离开斜面发生突变。设物体刚要离开斜面，即当斜面对物体支持力FN0时，其加速度的大小为a0，此时物体受力如图甲所示，在水平方向由牛顿第二定律可得：因此当aa0时，物体将一定在斜面上，其受力图如图乙所示。当a