“运动和力”是力学的基础,内容包括运动的描述,惯性及牛顿第一定律,二力平衡等知识,考查的重点有参照物的选择、速度及其计算、惯性现象及其解释。
运用二力平衡的条件对物体进行受力分析,判断物体所处的运动状态是物理学中最基本的问题之一。本部分可以结合具体的生活情境以填空、选择、作图和计算的题型来考察,具体的要求是:能用实例解释机械运动及其相对性。能通过日常经验或自然现象粗略估测时间。会使用适当的工具测量时间。能通过日常经验或物品粗略估测长度。会选用适当的工具测量长度。能用速度描述物体的运动。能用速度公式进行简单计算。能用示意图描述力。知道二力平衡条件。通过实验探究,理解物体的惯性。能表述牛顿第一定律。
【知识总揽】
【基础知识回顾】
1.运动的描述
(1)机械运动:在物理学中,我们把物体位置的变化叫做机械运动。
(2)参照物:判断物体是运动还是静止时,要看是以哪个物体做标准,这个被选作标准的物体叫参照物。
注意:如果选择的参照不同,描述同一物体的运动时,结论一般也不一样。可见,物体的运动和静止是相对的。
2.运动的快慢
(1)比较物体运动快慢的两种方法:在相同时间内,物体经过的路程越长,物体运动的越快;物体经过相同的路程,所花时间越短,物体运动的越慢。
(2)速度:
①物理意义:物体运动的快慢用速度表示。
②定义:速度等于运动物体在单位时间内通过的路程。
③公式:v=s/t。
④单位:速度的国际单位是米/秒,符号是m/s,在交通运输中常用单位是千米/时,符号是km/h。其中1 m/s=3.6 km/h。
(3)常见的两种机械运动
①匀速直线运动:物体沿着直线快慢不变的运动,叫做匀速直线运动;匀速直线运动是最简单的机械运动。
②变速直线运动:常见物体的运动速度都在改变。变速运动的运动快慢可用平均速度来粗略描述。
3.长度、时间及其测量
(1)长度及其测量
①单位:在国际单位制中,长度的基本单位是米,符号是m。
②测量
Ⅰ.测量工具:学生常用的测量长度的工具是刻度尺,更精确的测量要选用游标卡尺等其他工具。
Ⅱ.刻度尺的使用方法
A.使用刻度尺前,首先应该弄清楚刻度尺以下几个方面的问题:
a.零刻度线:刻度尺的最小刻度;b.量程:刻度尺一次能测出的最大长度;c.分度值:两条相邻刻度线之间的距离。
在测量过程中要做到五会:
a.会选:根据测量的实际需要选择适当分度值和量程的刻度尺。
b.会放:刻度尺要放正,不要歪斜;刻度尺的刻度线应紧贴被测物体;零刻度线磨损的,应另选某一刻度线为“零点”。
c.会看:读数时,视线与尺面垂直,不要斜视。
d.会读:读数时,除了准确读出分度值的数字外,还要估读到分度值的下一位数字。
e.会记:记录测量结果应注明单位。
(2)时间及其测量
①单位:在国际单位制中,时间的基本单位是秒,符号是s。
②停表的使用
计时开始时按动按钮,计时结束时再按动一次按钮。大表盘上的时间加上小表盘的时间即为计时时间。
(3)误差
①定义:测量时,受所用仪器和测量方法的限制,测量值与真实值之间总会有差别,我们称为误差。
②减小方法:
a.采用多次测量求平均值的方法;
b.改进测量方法;
c.选用更精密的测量工具。
4.力
(1)力的作用效果:力可以使物体发生形变;还可以改变物体的运动状态。
(2)概念:力是物体间的相互作用。
(3)单位:力的单位是牛顿,简称牛,符号是N。
(4)力的三要素:力的大小、方向、作用点都可以影响力的作用效果,我们称之为力的三要素。
(5)力的作用规律:物体间力的作用是相互的。
5.牛顿第一定律及惯性
(1)牛顿第一定律:一切物体在没有受到力的作用时,总保持匀速直线运动状态或静止状态。
(2)惯性:我们把物体保持运动状态不变的特性,叫做惯性。
6.二力平衡
(1)概念:物体受到两个力的作用时,如果保持静止状态或匀速直线运动状态,则这两个力平衡,称为二力平衡。
(2)二力平衡的条件:作用在同一个物体上的两个力,如果大小相等、方向相反,并且在同一直线上,这两个力就彼此平衡。
【重要考点突破】
1.明确运动的相对性,会判断物体运动状态
物体运动和静止是相对的,判断物体的是否做机械运动,主要取决于所选择的参照物。如果物体与所选定的参照物有位置的变化,则物体就在运动,否则,就是静止。实际问题中,在判断物体运动状态时,同时要考虑物体运动的速度这一因素。
例1在2009年全运会圣火传递活动中,现场某记者同时拍下了固定在地面上随风飘动的旗帜和附近的甲、乙两火炬照片,如图1所示。根据它们的飘动方向,可以判断下列说法正确的是( )
A.甲火炬一定静止
B.甲火炬一定向右运动
C.乙火炬一定静止
D.乙火炬一定向左运动
解析:从题意中可以看出,旗杆是固定的而旗子是随风飘动的,因此可以确定当时的风向一定向左。甲、乙火炬是运动的还是静止的要通过火焰飘动的方向来判断,甲火炬的火焰与旗子同向也就是与风同向,出现这一情况有三种可能:其一甲静止不动;其二甲向右迎风运动;其三甲向左背风运动,但速度小于风速,故A、B答案不对。从图中看乙火炬火焰方向与旗子反向也就是与风反向,出现这一情况只有一个可能那就是乙向左背风运动,并且运动速度大于风速。故C答案不对,D答案正确。
2.理解速度概念,掌握相关计算
速度是描述物体运动快慢的物理量,“速度”与我们的生活联系紧密,近年来,试题常结合仪表、图表等信息的获取综合考查速度及其相关计算,同时需要注意时间、路程和速度三个物理量单位的选择与使用,及其运动物体通过的路程与所用时间的统一。
例2近年来,玉林市区与周边城镇的道路相继改建成一、二级公路,大大地促进了经济发展,给人们出行带来了方便,遗憾的是在某些岔路口,人车相撞的交通事故有所增加,有人猜想事故的出现与行人横过公路时的错误判断有关。
(1)如图2所示,某同学准备横过公路时,正好有一辆汽车从距岔路口 100m处以72 km/h的速度驶过来,如果公路宽12m,问该同学以 1.2m/s的正常步行速度能否在汽车到达岔路口前完全通过公路?
(2)为了减少在岔路口发生人车相撞事故,请你分别向交警部门(或公路建设部门)、汽车司机和过路的行人,各提一项合理的建议。
解析:要判断行人能否安全通过公路,方法很多,其中最简单、最直接的方法是比较汽车行驶100米到达岔路口所用时间和行人完全通过公路所用时间的大小,得出结论。
汽车的速度v汽=72km/h=20m/s
汽车到达岔路口的时间:
该同学完全通过公路所需时间:
因为t汽<t人所以该同学不能完全通过公路,有人车相撞的危险。
答案:(1)该同学不能完全通过公路。
(2)建议:交警部门:例:①设立警示标志,提醒注意岔路口;②设立强制减速带。
汽车司机:例:①通过岔路口时要减速慢行;②注意观察,避让行人。
过路行人:例:①正确估计车速和车距,保证足够过路时间;②宁停三分,不抢一秒。
3.明确力的三要素,会作力的示意图
力是物理学中重要的概念,力的大小、方向、作用点三要素影响着力的作用效果,正确理解力的概念及判断出力的三要素、全面分析物体受力情况,是正确作出物体受力示意图的前提。
例3如图3所示是长在枝条上的苹果,请在图中画出苹果受力示意图。
解析:长在枝条上的苹果一定要受到重力的作用,而苹果并没有落下地面,说明它还受到一个作用效果与重力相反的力──支持力;且苹果静止,可知这两个力是一对平衡力,根据二力平衡的条件,可判断出支持力的方向是竖直向上的,大小与所受重力相等。
答案:如图4所示。
4.明确惯性,会运用“惯性”分析实际问题
惯性是一个比较抽象的物理概念,它指的是物体保持运动状态不变的特性,其作用是使物体保持运动状态不变。
例4如图5所示,在变速行驶的小车上,放置着一杯水,在车顶上方悬挂一个小球,在某一瞬间车内情况如图所示,其中符合实际情况的是( )
解析:本题是一则综合性较强的题目,图中给出了两个物体因车加速或减速时出现的现象,要我们找出符合实际的情况。由于小车在做变速运动,由于惯性的作用,水会不平且小球摆动,故可排除选项A和B。不妨设小车向右运动,从选项C小球向左摆可知小车在加速,而从水面右高左低的情况来看是小车在减速,故和事实不相符(若小车向左运动也是如此),选项D中小球向左摆而水面也是左高左低,这种情况才会符合事实。
5.明晰二力平衡和相互作用力,会处理力与运动的关系
平衡的两个力和相互作用力是很容易混淆的两个概念,从各自的判断条件来看,二者的唯一不同就是两力的作用物体是同一物体、还是两个物体上;从产生的时间来看,平衡的两个力可以单独存在,而相互作用力是同时产生、同时消失;从作用效果上看平衡力使物体保持静止状态或匀速直线运动状态,而作用力会使物体的运动状态或形状发生改变。
综合“力是改变物体运动状态的原因”和“牛顿第一运动定律”,可知当物体的运动状态发生改变时,物体一定受到了非平衡力的作用。
例5一个杯子放在水平桌面处于静止状态。下列各对力中,属于平衡力的是( )
A.桌子受到的重力和杯子对桌面的压力
B.桌子受到的重力和桌面对杯子的支持力
C.杯子受到的重力和杯子对桌面的压力
D.杯子受到的重力和桌面对杯子的支持力
解析:本题考查的是判断平衡力的四个条件:作用在同一物体(“物体”是指两力的受力物体)、大小相等、方向相反、同一直线。四个条件为必要条件,缺一不可。A答案不满足大小相等、方向相反两个条件所以不对;B答案不满足作用在同一物体、大小相等两个条件所以不对;C答案不满足作用在同一物体、大小相等、方向相反三个条件所以不对;D答案全部符合所以正确。
例6如图6所示,一大力士在比赛中用水平拉力拉静止在平直路面上的汽车,没有拉动,则下列说法正确的是( )
A.因为拉力小于汽车的重力,所以汽车未被拉动
B.因为拉力小于汽车所受的阻力,所以汽车未被拉动
C.虽然汽车未被拉动,但拉力一定等于汽车的重力
D.虽然汽车未被拉动,但拉力等于汽车所受的阻力
解析:该大力士拉汽车时,汽车受到四个力的作用,分别是重力、地面的支持力、人的拉力和摩擦阻力,汽车没有被拉动,说明汽车受到的力是平衡力,其中重力和支持力是一对平衡力,人的拉力和阻力是一对平衡力,根据二力平衡的条件可知,人的拉力等于阻力,重力等于支持力。故选项中只有D是正确的。
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