第9讲 牛顿第一定律 二力平衡.docx

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第9讲牛顿第一定律二力平衡

第9讲　牛顿第一定律　二力平衡

　牛顿第一定律及惯性

1．阻力对物体运动的影响

（1）实验结论：

在相同条件下，平面越光滑，小车所受的阻力越__小__，速度变化越__慢__，前进得越__远__．

（2）伽利略推论：

在理想情况下，如果表面绝对光滑，物体将__以恒定不变的速度永远运动下去__．

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）理解：

①该结论是由实验推理概括出来的；②“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；③力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因．

3．惯性

（1）定义：

一切物体都有__保持原来运动状态不变__的性质，我们把这种性质称为惯性．

（2）影响因素：

惯性的大小与物体的__质量__有关，与物体的运动状态和速度大小无关．物体的__质量__越大，其运动状态越难以改变，我们就说它的惯性越大．

（3）理解：

①任何物体，无论是运动还是静止，都具有惯性．②惯性不是力，不能把惯性说成是“惯性力”“受到惯性作用”或“克服物体的惯性”，一般只能说“具有惯性”．

（4）利用：

如拍打尘土、体育比赛中的各种投掷项目、助跑等．

（5）危害：

如刹车倾倒、走路滑倒和绊倒等．

【图片解读】

图1

1．如图1，降落伞匀速下降时，相对于地面是__运动__的；在降落伞匀速下降时，人和伞受到的重力和伞受到的阻力是一对__平衡力__；人和伞在匀速下降过程中，动能__不变__，重力势能__减小__，机械能__减小__．

2．如图2，锤子的锤头松了，人们常用撞击锤柄下端的方法使锤头紧紧套在锤柄上．撞击时，锤柄停止运动，锤头由于__惯性__会继续向下运动，从而牢牢套在锤柄上．用力撞击锤柄使之突然静止，说明__力是改变物体运动状态的原因__．

图2

图3

3．如图3，弹簧片把小球与支座间的木片打出去，小球却落在支座上，没有飞出去，原因是小球具有__惯性__．

　二力平衡

1．平衡状态：

指物体保持__静止__或__匀速直线运动__状态．

2．二力平衡

（1）定义：

物体在两个力的作用下保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这两个力平衡．

（2）条件：

①同物：

两个力作用在同一个物体上；②等大：

两个力大小相等；③反向：

两个力的方向相反；④共线：

两个力在同一条直线上．

（3）注意：

二力平衡要求四个条件同时具备、缺一不可．

【提示】　

（1）判断两个力是否平衡既可利用二力平衡的条件来判断，也可以根据物体是否处于平衡状态来判断．

（2）平衡力和相互作用力的区别

一对平衡力

一对相互作用力

不同点

作用在同一个物体上

分别作用在两个物体上

不一定为同性质的力

一定为同性质的力

其中一个力消失，另一个力不受影响

同时产生，同时消失

相同点

大小相等、方向相反、在同一条直线上

【图片解读】

1．如图所示，跳水运动员站在跳板上静止时，她受到的__重__力和__支持__力是一对平衡力，运动员将跳板压弯，说明力可以改变物体的__形状__，压弯的跳板将运动员弹开，这一过程是把弹性势能转化为__动能__．

重难点　惯性的理解及应用

　（2019·凉山）在凉山州举行的中小学运动会中，来自各校的运动员们奋力拼搏，取得了优异的成绩．比赛中涉及的一些物理现象，下列说法正确的是（D）

A．乒乓球比赛时，球在空中飞行，所有力全部消失，球一定落向地面

B．百米比赛时，运动员冲线后不能立即停下，是因为运动员受到惯性力的作用

C．跳远比赛时，运动员需要助跑，是为了增大惯性，跳得更远

D．足球比赛时，抱在守门员手中的足球也具有惯性

【变式训练1】　（2018·新疆）下列交通提示用语和惯性无关的是（D）

A．车辆转弯，请坐稳扶好

B．雨天路滑，请减速慢行

C．注意安全，请保持车距

D．遵守交规，请靠右行驶

【变式训练2】　重为20N的篮球，当竖直向上抛出到达最高点时，速度为__0__m/s；当重力消失后，篮球将__静止__．如图所示，当斜向上抛出到达最高点时，重力为__20__N；当重力消失后，篮球将__水平向右做匀速直线运动__．

实验突破1　探究阻力对物体运动的影响

【命题点】

1．实验装置图

2．实验方法

（1）转换法（通过小车在①__水平面上运动的距离__来判断阻力的大小）

（2）控制变量法（让小车从斜面同一高度由静止自由下滑，控制小车到达水平面的②__初速度__相同；通过改变水平面的粗糙程度改变阻力的大小）

　（3）实验推理法（由实验推理出，若物体不受阻力时，物体的速度将不会减小，即永远做③__匀速直线__运动）

3．交流反思

（1）小车运动到斜面底端后继续运动的原因（小车具有④__惯性__）

（2）小车最终在水平面停下来的原因（小车受到阻力的作用）

（3）在运动过程中的能量转化

实验结论：

一切物体在没有受到力的作用时，总保持⑤__静止__或⑥__匀速直线运动__状态．

　（2019·乐山）小秋为探究“运动与力的关系”，设计了如图所示的斜面实验．让同一小车滑到接触面分别为毛巾、棉布和木板的水平面上，观察小车在水平面上滑行的距离．

图1

（1）为了使小车滑到水平面时的初速度相同，实验时应让小车从同一斜面的__同一高度__滑下，这种研究问题的方法是__控制变量__（填“微小量放大”“模型”或“控制变量”）法．

（2）比较甲、乙、丙三次实验，发现阻力越小，小车滑行的距离就越__远__（填“远”或“近”），说明小车运动的速度改变得越__慢__（填“快”或“慢”）．

（3）伽利略对类似的实验进行了分析，并进一步推测：

如果水平面光滑，小车在运动时不受阻力，则小车将在水平面上__匀速直线运动__．说明运动的物体__不需要__（填“需要”或“不需要”）力来维持．

（4）牛顿在伽利略等人的研究成果上概括出了牛顿第一定律．该定律__C__．

A．能用实验直接验证

B．不能用实验直接验证，所以不能确定这个定律是否正确

C．是在大量经验事实的基础上，通过进一步的推理概括得出的

（5）小车到达水平面后会继续向前运动，请在图2中画出小车在木板上运动时受力的示意图．

　　　　图2

（6）运动的小车在木板上最终停下来，是因为小车在水平方向上受__非平衡力__（填“平衡力”“非平衡力”或“不受力”）．

（7）小明同学通过上面的探究学习了解到的知识，思考了一个问题：

当自己荡秋千运动到最高点时，如果自己受到的力全部消失，自己将会处于怎样的运动状态？

他做出了以下猜想，你认为其中正确的是__D__．（图中的黑点表示小明同学）

实验突破2　探究二力平衡的条件

【命题点】

1．实验装置图

2．实验器材

（1）实验中选择小车和光滑桌面的原因（减小①__摩擦力__对实验带来的影响）

（2）定滑轮的作用（改变②__力__的方向）

3．实验方法：

控制变量法

（1）研究平衡的两个力是否在同一直线（保持小车两端所受拉力大小相等，将物体扭转一定的角度，观察小车是否处于平衡状态）

（2）研究平衡的两个力是否大小相同（保持两个力在同一直线上，但两边钩码的数目不同，观察小车是否处于平衡状态）

（3）研究平衡的两个力是否作用在同一个物体上（保持两个力大小相等，且作用在同一直线上，让两个力同时作用在不同的物体上，观察物体是否处于平衡状态）

4．交流反思

（1）实验中选择静止作为研究状态的原因（匀速直线运动状态不好控制，不便于操作）

（2）让两个力作用在不同物体上的方法（使用两辆小车或用剪刀剪断卡片）

（3）进行多次实验的目的（得出普遍规律）

实验结论：

二力平衡的条件是：

作用在同一物体上的两个力，大小③__相等__、方向④__相反__，且作用在⑤__同一条__直线上

　在“探究二力平衡的条件”活动中：

（1）如果物体只受到两个力的作用，且处于__静止或匀速直线运动__状态，说明这两个力是相互平衡的．由此，小明提出，能否利用如图甲所示的实验装置来探究二力平衡的条件？

（2）小华认为，若采用小明的方案，必须测出物体所受的__拉力__和__重力__的大小来进行比较．研究发现，在小明的方案中，只能根据相互作用的关系直接测出__拉力__的大小，在未知二力平衡条件的前提下，另一个力无法直接测量，所以这一方案无法实施下去．

（3）为此，两位同学不断改进并先后设计了三个实验方案，如图乙所示，请你判断出他们改进的先后顺序：

__B、A、C__（用字母表示），这样的改进是为了减小__摩擦力__对实验的影响．

（4）如图丙是最终确定的实验方案．此方案中，由于__卡片的重力远小于钩码的重力__，故卡片的重力可忽略不计．

（5）小华将系于卡片（重力可忽略不计）两对角的线分别跨过左右支架上的滑轮，在线的两端挂上钩码，使作用在卡片上的两个拉力方向__相反__，并通过调整__钩码的数量__来改变拉力的大小．

（6）当卡片平衡时，小华将卡片转过一个角度，松手后卡片__不能__（填“能”或“不能”）平衡．设计此实验步骤的目的是为了探究__不在同一直线上的两个力能否平衡__．

（7）为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，在图丙所示情况下，小华下一步的操作是：

__把卡片剪成两半__．

（8）如果将两边的钩码挂在卡片其中一端的同一挂钩上，可以发现小车不会静止，这表明二力平衡必须满足__方向相反__这一条件.

1．（2018·益阳）下列情景中，处于平衡状态的是（D）

A．绕地球匀速运行的卫星

B．加速追赶猎物的猎豹

C．下落的苹果

D．匀速下降的跳伞运动员

2．（2018·吉林）汽车在平直公路上匀速行驶时，下列属于平衡力的是（A）

A．汽车受到的牵引力和阻力

B．汽车受到的支持力和地面受到的压力

C．汽车受到的牵引力和重力

D．汽车受到的牵引力和地面受到的压力

3．（2019·襄阳）木块在压力F的作用下静止在如图所示位置，则下列各组力属于平衡力的是（B）

A．木块所受的压力和木块对墙壁的压力

B．木块所受的重力和木块所受的摩擦力

C．木块所受的支持力和木块所受的摩擦力

D．木块对墙壁的压力和墙壁对木块的支持力

4．同学们到中国科技馆参观，看到了一个有趣的科学实验，如图所示，一辆小火车在平直轨道上匀速行驶，当小火车将要从“∩”形框架的下方通过时，突然从火车顶部的小孔中向上弹出一个小球，该小球越过框架后，又与通过框架的火车相遇，不计空气阻力，小球将落在原来孔的__原地__．（填“前方”“原地”或“后方”）

5．2019年3月10日，采用氢燃料电混合动力技术的中国商飞新能源验证机——“灵雀H”在郑州试飞成功．若在试飞过程中采用氢燃料供能，则“灵雀H”上升过程中的惯性将__减小__（填“增大”“减小”或“不变”）．

6．（2019·德阳）如图，雨燕沿虚线方向匀速自由飞翔，在图中画出雨燕所受重力和空气对它的作用力的示意图．

　解：

第9讲　牛顿第一定律　二力平衡

1．（2019·福建）为了防止惯性带来的危害，要求人们（A）

A．乘车时系好安全带B．候车时站在安全线外

C．市区行车禁鸣喇叭D．夜间行车车内不开灯

2．（2018·衡阳）如图所示，若小球向右摆动到最低点时绳子断裂，假设所有力同时消失，此后，小球的运动情况是（D）

A．匀速直线下落

B．匀速直线上升

C．匀速直线斜向上运动

D．沿水平方向向右做匀速直线运动

3．（2019·齐齐哈尔）如图所示，小辉推着小车在平直道路上匀速前进，下列说法正确的是（D）

A．小车对地面的压力和地面对小车的支持力是一对平衡力

B．小辉受到的重力与地面对他的支持力是一对相互作用力

C．小车受到的重力与小车对地面的压力是一对相互作用力

D．小车受到水平方向的推力与小车受到的阻力是一对平衡力

4．（2019·连云港）下列关于运动和力的说法正确的是（D）

A．物体不受力时，一定保持静止状态

B．牛顿第一定律是通过实验直接总结出来的

C．运动的物体具有惯性，静止的物体没有惯性

D．静止在地面上的“歼－20”战机，受平衡力的作用

5．（2019·广东）头球（运动员用头碰撞飞行中的足球）是足球比赛中常用的技术，下列说法正确的是（A）

A．头球过程中，头对足球的力改变了足球的运动状态

B．足球被顶飞，是因为头对足球的力大于足球对头的力

C．头对足球的作用力消失时，足球的惯性也消失

D．足球在空中飞行时，以运动员为参照物，足球是静止的

6．（2019·江西）电灯通过电线挂在天花板上处于静止状态，灯对电线的拉力和电线对灯的拉力是一对__相互作用__力，电线对灯的拉力和灯所受的重力是一对__平衡__力．

7．（2019·贵港）用手把小球压在弹簧上，弹簧被压缩到A点，松手后小球向上运动，如图所示．请在图中画出小球离开弹簧后所受到的力的示意图（O为小球的重心，空气对小球的作用力忽略不计）．

　解：

8．（2019·德阳）小王同学用表面粗糙程度不同的毛巾、木板、玻璃等器材探究“阻力对物体运动的影响”，实验过程及现象如图所示：

（1）小王在实验中设置了三种粗糙程度不同的表面，让小车从斜面上同一位置滑下，小王发现小车在毛巾表面滑行的距离最近，在木板表面滑行的距离较远，在玻璃表面滑行的距离最远，说明小车受到的阻力越小，速度减小越慢．推理：

如果小车在水平面上滑行，受到的阻力越来越小，直到变为零，小车将做__匀速直线运动__．

（2）牛顿第一定律告诉我们物体的运动__不需要__（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．

9．（2019·铜仁）小明在探究“二力平衡”条件的实验中，设计了如图所示的两种实验方案．

（1）通过实验比较，小明发现采用方案乙，实验效果更好，原因是__滚动摩擦力小于滑动摩擦力，减小摩擦力对实验的影响__．

（2）该实验装置中，木板两端的定滑轮的作用是__改变力的方向__．

（3）保持两盘中砝码质量相等，把小车在水平桌面上扭转一个角度，放手后观察到小车转动，最后恢复到静止状态．这个实验现象说明：

作用在同一物体上的两个力，大小相等，方向相反，并且__作用在同一条直线上__，这两个力才能彼此平衡．

10．（2019·益阳）将雨伞在雨中快速旋转（从上往下看沿逆时针方向），伞骨末端的雨滴被甩出．如图中能正确表示雨滴P被甩出瞬间运动方向的是（C）

11．（2018·安徽）我们知道，一对作用力与反作用力总是大小相等，方向相反．如图所示，重25N的长方体物块甲放在水平桌面上，另一重10N的长方体物块乙放在物块甲上．则下列说法正确的是（D）

A．物块乙所受的合力为10N

B．物块乙对物块甲的压力为15N

C．桌面受到物块甲的压力为15N

D．桌面对物块甲的支持力为35N

12．在水平地面上行驶的汽车车厢里挂着一个小球，当出现了如图所示的情景时，绳子对球的拉力和球受到的重力__不是__（填“是”“不是”或“可能是”）一对平衡力．汽车在做__加速__（填“加速”“匀速”或“减速”）运动．

13．如图所示，在一起交通事故中，车头受到所载水泥管的冲击，严重挤压变形，这起事故是由于汽车突然__减速__（填“加速”或“减速”）时，水泥管由于惯性保持原来运动状态所致，水泥管的惯性如此之大是因为它的__质量__（填“质量”或“速度”）大．

14．（2018·河南）如图所示，上表面水平且光滑的小车上有A、B两个物体，两物体与小车以相同的速度一起向右匀速运动．B在A的正前方，B的质量小于A的质量．假设小车的上表面足够长，不计空气阻力，小车遇到障碍物突然停止后，A、B两物体__不会__（填“会”或“不会”）相撞，原因是：

__A、B都具有惯性，且A、B速度相同，在受平衡力作用时保持原来运动状态不变__．

15．（2018·恩施）如图，用绳子竖直悬挂一个小球，将一斜面物块慢慢靠近小球，并刚好与之接触（绳子仍然竖直，且小球静止）．请作出小球此时所受力的示意图．

　　解：

16．（2019·衡阳）如图所示，小球被固定在静止的金属框架上，画出小球所受作用力的示意图．

　解：

17．（RJ教材8下P19T2变式）（2019·无锡）如图所示，用尺快速打击最下面的棋子，棋子飞出，说明力可以改变物体的__运动状态__，上面的棋子由于具有__惯性__会落在原处．

18．（RJ教材8下P18“想想议议”变式）一天，在某段市区道路上发生了一起两小车追尾相撞事故，交警询问时，前车司机说：

“我的车速很慢．后车突然加速撞了我的车尾，当时我女儿坐在后排，撞车导致她的头撞到了前排座椅背上．”后车司机说：

“前车司机在行驶过程中突然刹车，我来不及刹车就追尾撞上了．”请你用学过的物理知识问答：

哪个司机在说谎？

你判断的理由是什么？

请你写出一条交通安全警示语．

答：

前车司机在说谎．因为假如是后车突然加速导致追尾时，前车车身突然加速，而前车中的人由于惯性会向后倒，所以前车中乘客的头不会撞在前面的座椅背上，所以是前车司机在说谎．

警示语“保持车距”（合理即可）．