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第4章运动和力的关系
探究案
学习目标
掌握牛顿第一定律的内容及含义。
掌握牛顿第二定律的内容和适用范围。
能够求解动力学的两类基本问题。
课堂探究
考点一：对牛顿第一定律的理解
牛顿第一定律：
内容:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
意义:①指出了一切物体都具有惯性。
②指出力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因,即产生加速度的原因。
1．惯性的两种表现形式
(1)物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动)．
(2)物体受到外力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度．惯性大，物体的运动状态较难改变；惯性小，物体的运动状态容易改变．
2．对牛顿第一定律的四点说明
(1)明确惯性的概念：牛顿第一定律揭示了一切物体所具有的一种固有属性——惯性，即物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质．
(2)揭示了力的性质：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因．
(3)理想化状态：牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，而物体不受外力的情形是不存在的．在实际情况中，如果物体所受的合外力等于零，与物体不受外力时的表现是相同的
3．惯性的两种表现形式
(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。
(2)物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动)。
典例精析
小华坐在一列正在行驶的火车车厢里，突然看到原来静止在水平桌面上的小球向后滚动，假设桌面是光滑的，则下列说法错误的是（　　）
A．小球在水平方向受到了向后的力使它向后运动
B．小球所受的合力为零，以地面为参考系，小球的运动状态并没有改变
C．火车一定是在向前加速
D．以火车为参考系，此时牛顿第一定律已经不能适用
考点二：对牛顿第二定律的理解
内容:物体加速度的大小跟它所受到的作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。
关系式：F=ma。
适用范围:
①牛顿第二定律只适用于惯性参考系,即相对于地面静止或者匀速运动的参考系。
②牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子等)、低速运动(远小于光速)的情况。
1.牛顿第二定律的性质
2．合力、加速度、速度的关系
（1）物体的加速度由所受合力决定，与速度无必然联系。
（2）合力与速度夹角为锐角，物体加速;幼与速度夹角为钝角，物体减速。
（3）a=△v/△t是加速度的定义式，a与v、△v无直接关系; a=F/m是加速度的决定式。
典例精析：
如图所示，一条足够长的浅色水平传送带自左向右匀速运行。现将一个木炭包无初速度地放在传送带的最左端，木炭包在传送带上将会留下一段黑色的径迹。下列说法中正确的是（　　）
A．此时木炭包相对于传送带向左运动
B．木炭包的质量越大，刚放上去时的加速度越大
C．木炭包刚放上去时的加速度大小，与它和传送带间的动摩擦因数无关
D．黑色的径迹将出现在木炭包的左侧
考点三：单位制
1.单位制:由基本单位和导出单位一起组成了单位制。
2.基本单位:基本物理量的单位,基本物理量共七个,其中力学有三个,它们是长度、质量、时间,它们的单位分别是米、千克、秒。。
典例精析：
在国际单位制中，力学物理量的基本单位是（　　）
A．千克、秒、米 B．质量、时间、力
C．质量、时间、长度 D．千克、秒、牛
考点四：动力学的两类基本问题
(1)已知受力情况求运动情况:已知物体的受力情况,由牛顿第二定律求出物体的加速度,再通过运动学公式,就可以确定物体的运动情况。
(2)已知运动情况求受力情况:已知物体的运动情况,根据运动学公式求出物体的加速度,再根据牛顿第二定律确定物体的受力情况。
1．解决两类基本问题的方法
以加速度为“桥梁”，由运动学公式和牛顿第二定律列方程求解，具体逻辑关系如图所示。
2．两类动力学问题的解题步骤
典例精析：
如图所示，升降机内的水平地板上，用轻弹簧连接一个的物体，弹簧处于拉伸状态，当升降机以速度v向下做匀速运动时，物体恰好能静止在地板上，若突然发现物体在升降机内向右运动，则升降机的运动情况可能是（　　）
A．保持原来匀速运动 B．向下做加速运动
C．向下做减速运动 D．已停止不动
考点五：超重和失重
超重
定义:物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。
超重的特点:物体具有竖直向上的加速度。
失重
定义:物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。
失重的特点:物体具有竖直向下的加速度。
1．对超重和失重的理解
(1)不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变．
(2)在完全失重的状态下，一切由重力产生的物理现象都会完全消失．
(3)尽管物体的加速度不是竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态．
(4)尽管整体没有竖直方向的加速度，但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度，整体也会出现超重或失重状态
2．判断超重和失重的方法
3.超重和失重的判断方法
(1)若物体加速度已知，看加速度的方向，方向向上则超重，方向向下则失重。
(2)若拉力或压力已知，看拉力或压力与重力的大小关系，大于重力则超重，小于重力则失重。
典例精析：
广州塔昵称“小蛮腰”，总高度达600米，游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台．若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t=0时由静止开始上升，a-t 间关系如图所示．则下列相关说法正确的是（　　）
A．t=60s时，电梯速度恰好为0
B．5～55s时间内，绳索拉力最小
C．t=59.5s时，电梯处于超重状态
D．t=4.5s时，电梯处于失重状态
随堂检测
1.张扬同学参加了1 000米跑、肺活量、引体向上、投掷实心球等项目的身体素质测试，其测试成绩中用国际单位制单位进行计量的是(　　)
A．1 000米跑：3分10秒
B．肺活量：3 200毫升
C．引体向上：15次
D．投掷实心球：14.5米
2.用相同材料做成的A、B两木块的质量之比为3:2，初速度之比为2:3，它们在同一粗糙水平面上同时开始沿直线滑行，直至停止，则它们(　　)
A．滑行中的加速度之比为2:3
B．滑行的时间之比为1:1
C．滑行的距离之比为4:9
D．滑行的距离之比为3:2
3.若货物随升降机运动的v t图像如图所示(竖直向上为正)，则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图像可能是(　　)
4.如图所示，A、B球间是轻绳，A球与天花板间及B、C球间是轻弹簧，开始整个系统竖直静止。已知三球质量相等，重力加速度大小为g。则剪断轻绳的瞬间，A、B、C三球的加速度大小分别为（　　）
A．0 2g 0 B．2g 2g 0 C．0 0 g D．3g g 2g
5.下列物理量的单位用国际单位制的基本单位表示正确的是（　　）
A．力、N B．电流、A
C．磁通量、Wb D．磁感应强度、T
本课小结
参考答案
课堂探究
考点一
典例精析
【答案】A
【解析】由题A、C、小球因为有惯性，要保持原来的匀速直线运动状态，若突然看到原来静止在水平桌面上的小球向后滚动，是小球相对于火车向后运动，说明火车正在向前做加速运动。小球在水平方向并不受力的作用，故A错误，C正确；
B、小球在水平方向并不受力的作用，小球所受的合力为0，以地面为参考系，小球的运动状态并没有改变，故B正确；
D、牛顿运动定律适用于惯性参考系，此时，火车做加速运动，不再是惯性参考系，所以牛顿第一定律已经不再适用，故D正确；
本题选择错误的，
考点二
典例精析
【答案】A
【解析】A、传送带向右运动，木炭包无初速度放在传送带上，木炭包相对传送带向左滑动，故A正确；
BC、设木炭包与传送带间的动摩擦因数为μ，设木炭包的质量为m，木炭包刚放在传送带上时，对木炭包，由牛顿第二定律得：μmg=ma，解得：a=μg，木炭包的加速度与木炭包的质量m无关，与动摩擦因数μ有关，故BC错误；
D、把木炭包放在传送带上，木炭包在摩擦力作用下向右做初速度为零的匀加速直线运动，传送带向右做匀速直线运动，开始木炭包的速度小于传送带的速度，木炭包相对于传送带向左滑动，相等时间内传送带的位移大于木炭包的位移，黑色痕迹出现在木炭包的右侧，故D错误。
考点三
典例精析
【答案】A
【解析】在国际单位制中，力学从基本物理量是：质量、时间、长度，它们的单位分别是：千克、秒、米，故A正确，BCD错误。
考点四
典例精析
【答案】B
【解析】物体受弹簧的拉力及摩擦力而处于静止状态，弹簧伸长，故拉力向右，摩擦力向左；因物体处于平衡状态故拉力等于摩擦力；
物体向右运动，而在动的瞬间弹力不变，故最大静摩擦力应减小，物体对接触面的压力应减小，即物体应处于失重状态，故升降机加速度应向下，即物体应向下做加速运动。
考点五
典例精析
【答案】A
【解析】A、根据a-t图象与坐标轴所围的面积表示速度的变化量，由几何知识可知，60s内a-t图象与坐标轴所围的面积为0，所以速度的变化量为0，而电梯的初速度为0，所以t=60s时，电梯速度恰好为0．故A正确。
B、5～55s时间内，a=0，电梯处于平衡状态，绳索拉力等于电梯的重力，应大于电梯失重时绳索的拉力，所以这段时间内绳索拉力不是最小。故B错误。
C、t=59.5s时，电梯减速向上运动，a＜0，加速度方向向下，电梯处于失重状态，故C错误。
D、电梯在t=0时由静止开始上升，加速度向上，电梯处于超重状态，此时加速度a＞0．t=4.5s时，a＞0，电梯也处于超重状态。故D错误。
随堂检测
1．D
【解析】分不是国际单位制单位，故A错误；毫升不是国际单位制单位，故B错误；次不是国际单位制单位，故C错误；米是国际单位制中的基本单位，故D正确。
2．C
【解析】根据牛顿第二定律可得μmg＝ma，所以滑行中的加速度为：a＝μg，所以加速度之比为1?1，A错误；根据公式t＝，可得＝＝，B错误；根据公式v2＝2ax可得＝＝，C正确、D错误；
3．B
【解析】由v t图像可知，升降机的运动过程为：向下加速(失重：Fmg)→向上加速(超重：F>mg)→向上匀速(F＝mg)→向上减速(失重：F4．B
【解析】设三个球质量为m，在轻绳剪断前，对三小球整体法，弹簧对A球的弹力大小为3mg，方向竖直向上，将BC隔离看做整体，轻绳对A球拉力大小为2mg，方向竖直向下，
则在轻绳剪短瞬间，弹簧对A球弹力大小和方向不变，而轻绳对A球拉力消失，故由牛顿第二定律可知此时，A的加速度大小为：aA=(3mg mg)/m=2g
同理，剪断轻绳瞬间BC间弹簧的弹力大小和方向也不变，故此时B球的加速度大小为：aB=2mg/m=2g，C球加速度大小为0；故ACD错误，B正确。
5．B
【解析】A、力的单位用N来表示，其中的N是导出单位，不是基本单位，故A错误；
B、电流的单位用I来表示，I是基本单位，故B正确；
C、磁通量的单位用Wb来表示时，Wb是导出单位，不是基本单位，故C错误；
D、磁感应强度的单位T是导出单位，不是基本单位，故D错误。

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