高中物理人教版 (新课标)必修1第一章 运动的描述综合与测试教学设计

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[标题] 力和物体的运动
[内容]
力和物体的运动
【教学结构】
一、力
⒈力是矢量、力的三要素：大小、方向、作用点，力的单位：1N=1kg m/s2。
⒉力的表示：如图1所示，带有箭头的线段，O表示作用点，箭头表示方向，图例长度表示5N，力F大小为20N。
⒊力的合成和分解，方法：平行四边形定则。
合力：1个力的作用效果与几个力的作用效果相同，这个力是这几个力的合力。
分力：上述：这几个力是这个力的分力。
合成：求几个力的合力。这里指的是共点力。
分解：求一个力的分力。
平行四边形法则：如图2所示，求已知力F1，F2的合力，以F1，F2为邻边作平行四边形其对角线即为合力F，对角线方向为合力方向，长度表示合力大小。
当F1，F2大小一定，合力F随夹角变化而变化，=180时F=F2－F1，其方向与较大力方向相同，=0时，F=F1+F2，0≤≤180，F1+F2≥F≥F2－F1。
正交分解法：把一个力分解为两个互相垂直的分力，如图3所示，斜面上的物体，质量为m、斜面倾角为，分解为与斜面垂直的分力F2（不是正压力）沿斜面向下的分力F1，又称为下滑力。F1=mgsin，F2=mgcs。
⒋三种常见的力：
重力：由地球吸引而产生的，G=mg与质量成正比、方向竖直向下，作用点：重心，重心的位置：质量分布均匀的物体在几何中心，均匀的杆在正中间，均匀的三角形在三条中线的交点。万有引力：两物体间引力大小，G为万有引力常数，m1，m2两物种质及为两物体间的距离。当物体在地表面或不太高的空中物体重力。g在地球表面的重力加速度，R0地球半径，M地球质量，。（在天体运动中应用）
弹力：物体形变产生的，弹簧在弹性限度内：F=kx，k为劲度系数，x弹簧形变大小
x=L－L0，L0为弹簧原长，L形变后的长度，L>L0。x为伸长量，L摩擦力：物体相接触、在接触面有相对运动时产生滑动摩擦力，大小f=N，为运摩擦因数，N为正压力。方向与相对运动方向相反，作用点在接触面。在接触面有相对运动趋势时产生静摩擦力，大小与使物体产生相对运动趋势的力相等，方向与相对运动趋势方向相反 静摩力的最大值为最大静摩擦力，完全由接触面的情况，和正压力来决定。在处理摩擦力问题时必须首先认准题目中给定的摩擦力是什么摩擦力，然后按各自规律处理。还要认清，滑动摩擦力与运动状态无关，只要、N不变，无论匀速运动、变速运动，滑动摩擦力就不变。而静摩擦力不受正压力，摩擦因数影响只由其它外力决定。
⒌受力分析：要选定研究对象、分析研究对象受力（不分析研究对象对其它物体作用力）首先分析场力：重力、电场力、洛仑能力，磁场对电流作用力，然后分析弹力、摩擦力，你所分析的力一定有施力者，不能想当然。如图4所示，倾角为的绝缘斜面有一质量为m带负电，电量为q的物体沿斜面向下匀速运动，斜面处于正交匀强电场，磁场中，其方向如图所示，分析物体受力，选物体为研究对象：受场力，重力竖直向下，电场力竖直向下，洛仑兹力，根据左手定则其方向垂直斜面向上，弹力：垂直斜面向上，摩擦力沿斜面向上。如图5所示。
二、物体的运动
⒈几个基本概念
质点：运动物体的大小和运动距离相比可以忽略时，可以把物体理想化为一个无大小的质点。在研究天体运动时地球可以认为是质点。
位移：运动物体初始位置和终了位置的距离，如图6所示，位移是矢量，无论运动物体沿图中1、2、3轨迹从A运动B，其位移均为AB方向由A指向B。
路程：运动物体由初始位置到终止位置轨迹的长度，如图6所示，虽然初始，终止位置相同，轨迹不同路程不同，路程是标量。
速度：运动物体的位移与所需时间的比值。描述物体运动快慢的物理量，矢量，单位是m/s，公式是。
平均速度：在变速运动中，运动物体的位移与所用时间的比值，矢量，在均变速直线运动中，。
即时速度：运动物体在某一时刻（或某一位置）时的速度。
加速速度：在匀变速直线运动中，速度的变化量和所用时间的比值，，v物体速度变化量，即速度变化大小。加速度与速度无关系是矢量，单位：m/s2。当a与v同方向时，物体做加速运动，物体速度增大，a与v反方向时，物体做减速运动，物体速度随时间减小。
⒉匀变速运动的基本公式
速度公式：，位移公式：，
⑴自由落体：加速度a=g，初速v0=0匀加速运动：vt=gt，(忽略空气阻力)
⑵竖直上抛运动，初速为v0，竖直向上，加速度为a=g的匀减速运动（忽略空气阻力）
vt=v0－gt，，上升最大高度所用时间，上升最大高度， 上升到最大高度所用时间t1与自最大高度到抛出点所用时间t2相等，t1=t2。
注意：匀变速运动是加速度大小和方向都不变的运动，可是直线运动，也可是曲线运动（平抛运动），不能认为匀变速运动就是直线运动。
⒊图象
⑴匀速直线运动的位移图象：如图7所示，运动物体的位移随时间的变化图象，是一条直线，其斜率表示物体的速度，斜率越大物体速度越大。
⑵匀速直线运动的速度图象：如图8所示，是一条平行时间轴的直线其大小不随时间变化，由纵坐标确定速度大小，用四边形Vat1所包围的面积表示t1时间物体所发生的位移。
⑶匀变速直线运动的速度图象，如图9所示，物体运动的速度随时时间变化的图象，其图象是一条直线，如图中I、II、III，直线I表示初速度为0的匀加速直线运动，其斜率表示物体的加速度，斜率越大加速度越大，图线I与时间轴所包围的面积表示运动物体在t2时间发生的位移，图线II表示初速度为v1的匀加速运动，其斜率大于图线I的斜率，其加速度大于图线I所示运动物体的加速度，图线III表示物体做初速度为v2的匀减速运动，在t1时间速度减小为零，然后物体沿反方向运动且做加速运动。
【解题点要】
例一：如图10所示，在水平力F作用下，物体沿墙竖直匀速下滑，则（ ）
A.物体的重力大于水平作用力F
B.物体所受摩擦力一定与重力方向相反
C.当F加大时，物体所受摩擦力大于物体的重力
D.重力与摩擦力是作用力和反作用力
解析：选物体为研究对象，分析受力如图11所示，物体做匀速运动，向下，物体处于平衡状态，f=mg，且方向相反，F=N，方向相反。F=f。可知重力大于F是错误的。B选项正确，当F增大时，f增大，C选项正确，但必须注意，F增大后物体做减速运动，当速度为零时，物体与墙之间摩擦力由滑动摩擦力变为静摩力，此时静摩擦力等于重力。D选项是错误的，重力和摩擦力是平衡力。答案：B、C。
例二：如图12所示，物体随传送带匀速上升，则（ ）
A.传送带给物体的摩擦力的方向沿斜面向上，且大小为mgcs
B.传送带给物体的摩擦力的方向与v方向相反，且大小为mgcs
C.因为是匀速上升所以物体所受摩擦力为零
D.传送带给物体摩擦力方向沿斜面向上，且大小为mgsin
解析：物体随传送带向上运动，有相对传送带向下的运动趋势，是静摩擦力，方向沿斜面向上，但fmgcs，A、B是选项均不正确。当为滑动摩擦力时，才有f=mgcs，与v方向相反的判断也是错误的。物体与传送一起匀速上升，物体处于平衡状态合外力应为零，摩擦力不为零，C选项错误，f=mgsin，D选项正确。
例三：如图13所示，倾角为的斜面体B放在水平面上，物体A放在斜面上，B在水平推力作用下和A一起沿水平面匀速运动，则A受的作用力有________，并指出施力物体，在图中画出斜面体受力图示。
解析：物体A受力：重力，施力物体：地球；支持力、施力物体：斜面体，摩擦力、施力物体：斜面体，斜面体受力如图14所示。
例四：一质点自原点开始在x轴上运动，初速度v0>0，加速度a>0，当a值减小时（a仍大于零），则质点的（ ）
A.速度不断减小，位移增加
B.速度和位移不超过某个极限值
C.速度增加，位移趋向于最大值
D.速度增加，位移增加
解析：v0>0，a>0，物体做加速运动，物体速度不断增大，a减小只表示物体速度增加的慢了，而仍然在增加，位移在增加，A选项错误。当a=0时，速度不再增加，而达到最大值，物体开始做匀速运动，位移无极值可言，本题a0，应属于速度，位移均在增加，选项B，C错误，D选项正确。
例五：甲、乙两物体，同时由同一地点同向运动，通过如图15所示的速度图线条，可知（ ）
A.甲为匀加速运动，乙为匀速运动
B.在t=30s时，甲、乙相遇
C.在60s内甲、乙平均速度相等
D.在t=50s时甲的速度超过乙的速度，但没有追上乙。
解析：甲做初速为5m/s匀加速运动，乙做匀速运动，A选项正确。t=30s时，甲、乙速度相等，甲仍在乙的后面，不能相遇，B选项错误。在t=60s时，甲、乙的位移相同，时间相同，它们平均速度相等，C选项正确，甲速度超过乙速度不是在t=50s时，当t>30s时，甲速度就超过乙速度，故此选项D错误，答案：A、C。
例六：一辆汽车以72km/h的速度匀速前进，紧急刹车，刹车时的加速度为5m/s2，求汽车第5末的位移。
解析：72km/h=20m/s，根据vt=v0－at，可知，汽车的速度为0时，自刹车开始只需要4S即可，从第4s末开始，汽车停下来，因此5s末的位移即是4s末的位移。
S=v0t－at2=20×4－×5×42=40m，一定要注意：不能对题意不认真分析，把时间t=5s代入公式计算，本题提醒你加强对物理过程的分析。

【课余思考】
⒈三种常见的力的产生条件，大小，方向，作用点。受力分析应注意什么？
⒉运动学中速度公式、位移公式使用时应注意些什么？
【同步练习】
⒈某弹簧下面挂20N的重物时，弹簧伸长2cm，在下列情况中可能发生的是（ ）
A.两只手各用20N力拉弹簧，弹簧伸长4cm
B.两只手各用20N力压挤弹簧，弹簧缩短2cm
C.弹簧的劲度系数k=10N/m
D.两只手各用20N力拉弹簧时可能会超过弹性限度
⒉如图16所示，粗糙斜面上的物体M保持静止，用很小水平推力F推它时仍然保持静止，此时物体的重力在与斜面垂直方向的分力将______（填增大、减小或不变），物体所受的摩擦力将_________，斜面对物体支持力将_______，物体所受合力将_______。
⒊对于沿斜面匀速下滑的物体，下列说法正确的是（ ）
A.物体受到重力、支持力、弹力、下滑力的作用
B.物体受到重力、支持力、摩擦力、下滑力的作用
C.物体受到重力与支持力是一对平衡力
D.物体受重力、弹力、摩擦力作用
⒋速度的定义式：，以下叙述正确的是（ ）
A.物体做匀速直线运动时，速度v与运动位移s成正比，与运动时间t成反比。
B.速度v的大小与物体运动的位移s和时间t都无关
C.速度定义适合于任何运动
D.速度是表示物体运动快慢及方向的物理量
⒌一个物体从45m高处自由落下，g取10m/s2，在最后1s通过的高度是______m，最后1s的初速度是______m/s，最后1s的平均速度是______m/s。
⒍A、B、C三球从一高度同时开始运动，A球自由下落，经2s落地，B球竖直上抛，经3s落地，C球竖直下抛经1s落地，不计阻力，求B、C两球初速度之比。（g取10m/s2）
【参考答案】
⒈B⒉不变，减小，增大，不变⒊D⒋B、D⒌25，20，25⒍5:9