高中物理《超重与失重》导学案+课后练习题
第4节超重与失重
1.认识超重现象,理解产生超重现象的条件和实质。
2.认识失重现象,理解产生失重现象的条件和实质。
3.能用超重、失重的观点分析支持力或拉力的大小。
4.了解常见的超重、失重现象。
1.超重
(1)定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)□01大于物体所受重力的现象。
(2)产生条件:物体具有□02向上的加速度。
2.失重
(1)定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)□03小于物体所受重力的现象。
(2)产生条件:物体具有□04向下的加速度。
(3)完全失重
①定义:物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)□05等于0的现象。
②产生条件:a=□06g,方向□07竖直向下。
想一想
向上运动就是超重状态,向下运动就是失重状态,这种说法正确吗?
提示:这种说法不正确。超重、失重现象的产生条件不是速度的方向向上或向下,而是加速度的方向向上或向下。加速度向上时,物体可能向上加速运动,也可能向下减速运动;加速度向下时,物体可能向下加速运动,也可能向上减速
运动。所以判断超重、失重现象要看加速度的方向,加速度向上时超重,加速度向下时失重。
判一判
(1)在地球表面附近,无论物体处于什么状态,物体对悬绳的拉力都与重力大小相等。()
(2)在水平面上做匀速直线运动的火车中,可以用弹簧秤测量物体的重力大小。()
(3)物体处于超重状态时重力增大了。()
(4)物体处于失重状态时重力减小了。()
(5)物体处于超重或失重状态时,物体的重力始终存在,大小也没有变化。()
(6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。()
提示:(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)√
课堂任务超重现象
对超重的分析
超重状态下,物体在竖直方向上的合力不为零。当物体在竖直方向上有向上的加速度a,悬挂物对物体的拉力(或支持物对物体的支持力)为F时,在竖直方向上,由牛顿第二定律有F-mg=ma,F=mg+ma>mg,根据牛顿第三定律可得,物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)F′=F>mg。
对应的运动状态有向上加速和向下减速。
例1一质量为m的人站在电梯中,电梯加速上升,加速度大小为1
3g,g为
重力加速度。人对电梯底部的压力为________,人处于________状态。
(1)如何求人对电梯的压力?
提示:根据牛顿第二定律求解电梯对人的支持力,再根据牛顿第三定律可知人对电梯的压力。
(2)怎样判断人的状态?
提示:根据加速度的方向。
[规范解答]人受到竖直向下的重力mg和电梯对人竖直向上的支持力N,以竖直向上为正方向,由牛顿第二定律得
N-mg=ma,
其中加速度a=1
3g,
故N=4
3mg。
根据作用力与反作用力大小相等,人对电梯底部的压力N′=N=4
3mg。
因为人的加速度竖直向上,所以人处于超重状态。
[完美答案]4
3mg超重
根据牛顿运动定律、受力分析、运动学规律综合分析,是解决超重、失重问题的基本方法。
[变式训练1]质量是60 kg的人站在升降机中的体重计上,如图所示,重力加速度g取10 m/s2,当升降机做下列各种运动时,求体重计的示数。
(1)匀速上升;
(2)以4 m/s2的加速度加速上升。
答案(1)600 N(2)840 N
解析(1)人匀速上升时,受力平衡,加速度为零,人受到体重计的支持力N1和自身的重力mg,故N1=mg=600 N,
体重计的示数即人对体重计的压力N1′,
由作用力与反作用力相等知N1′=N1=600 N。
(2)人匀加速上升时,加速度竖直向上,处于超重状态,受到重力mg和体重计的支持力N2,由牛顿第二定律得N2-mg=ma,
代入数据,解得N2=840 N,
由作用力与反作用力相等知,体重计的示数即人对体重计的压力N2′=N2=840 N。
课堂任务失重现象
1.对失重的分析
失重状态下,物体在竖直方向上的合力不为零。当物体在竖直方向上有向下的加速度a,悬挂物对物体的拉力(或支持物对物体的支持力)为F时,在竖直方向上,由牛顿第二定律有mg-F=ma,F=mg-ma 对应的运动状态有向下加速和向上减速。 当竖直向下的加速度为g或竖直向下的加速度分量为g时,对应的有自由落体运动、竖直上抛运动等。 在完全失重状态下,平常由重力产生的一切物理现象都会消失,比如单摆停止摆动、液体对器壁没有压强、浸在水中的物体不受浮力等;工作原理与重力有关的仪器也不能再使用,如天平、液体气压计等。 2.超重、失重现象的分析 3.对超重和失重的理解 (1)超重与失重现象仅仅是一种表象,无论是超重还是失重,物体所受的重力都没有变化。 (2)物体处于超重还是失重状态,只取决于加速度的方向,与物体的运动方向无关。 (3)加速度的大小决定了超重或失重的程度。 (4)完全失重是失重现象的极限。完全失重时,与重力有关的一切现象都将消失。 (5)若物体不在竖直方向运动,而加速度在竖直方向有分量,即a y≠0,则当 a y竖直向上时物体处于超重状态,当a y竖直向下时物体处于失重状态。 例2有一根钢丝的最大拉力为100 N,在一个运动的电梯中,这根钢丝下悬挂了12 kg的物体恰好没有断,问电梯可能做怎样的运动?(取g=10 m/s2) (1)重力大于钢丝绳的最大拉力,物体处于超重还是失重状态? 提示:失重状态。 (2)这种状态下具有哪个方向的加速度? 提示:具有向下的加速度。 [规范解答]钢丝的拉力恰为100 N,物体一定处于失重状态,所以电梯具有向下的加速度。 对物体由牛顿第二定律得:F合=mg-F=ma, 解得:a≈1.67 m/s2。 电梯的运动情况有两种可能,一是以1.67 m/s2的加速度向下匀加速运动,二是以1.67 m/s2的加速度向上匀减速运动。 [完美答案]见规范解答 1.判断超重、失重状态的方法 物体究竟处于超重状态还是失重状态,可用三个方法判断: (1)从受力的角度判断:当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时处于超重状态,小于重力时处于失重状态,等于零时处于完全失重状态。 (2)从加速度的角度判断:当物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速度时处于失重状态,向下的加速度为g时处于完全失重状态。 (3)从运动的角度判断:当物体加速上升或减速下降时处于超重状态,当物体加速下降或减速上升时处于失重状态,当物体做自由落体运动时完全失重。 2.超重、失重问题的一般解决方法 与用牛顿运动定律分析“从运动到力”和“从力到运动”两大动力学问题的 一般思路相同。 [变式训练2-1]在升降电梯内的地面上放一体重计,电梯静止时,晓敏同学站在体重计上,体重计示数为50 kg,电梯运动过程中,某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示,则在这段时间内() A.晓敏同学所受的重力变小了 B.晓敏同学对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力 C.电梯一定在竖直向下运动 D.电梯的加速度大小为g 5,方向一定竖直向下 答案 D 解析体重计示数变小,是由于晓敏对体重计的压力变小了,而晓敏的重力没有改变,故A错误。晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力,大小一定相等,故B错误。以竖直向下为正方向,有mg-F=ma,解得a=g 5 ,加速度方向竖直向下,但速度方向可能是竖直向上,也可能是竖直向下,故C错误,D正确。 [变式训练2-2]图甲是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作时的示意图,中间的“·”表示人的重心,图乙是根据传感器采集到的数据画出的力—时间图线,两图中a~g各点均对应,其中有几个点在图甲中没有画出,取重力加速度g =10 m/s2。根据图象分析可知() A .人的重力为1500 N B . c 点位置人处于超重状态 C .e 点位置人处于失重状态 D .人在d 点位置的加速度小于在f 点的加速度 答案 B 解析 开始时人处于平衡状态,人对传感器的压力是500 N ,根据牛顿第三定律和平衡条件可知,人的重力也是500 N ,A 错误;由图乙可知,人处于c 点时对传感器的压力大于其重力,处于超重状态,B 正确;人处于e 点时对传感器 的压力大于其重力,处于超重状态,C 错误;人在d 点时的加速度大小为a 1=F d -G m =1500-50050010 m/s 2=20 m/s 2,人在f 点时的加速度大小为a 2=G -0m =50050010 m/s 2= 10 m/s 2,a 1>a 2,则人在d 点位置的加速度大于在f 点的加速度,D 错误。 A 组:合格性水平训练 1.(超重、失重)下列关于超重、失重现象的描述中,正确的是( ) A .电梯正在减速上升,人在电梯中处于超重状态 B .电梯正在加速下降,人在电梯中处于失重状态 C .举重运动员托举杠铃保持静止,运动员处于超重状态 D .列车在水平轨道上加速行驶,车上的人处于超重状态 答案 B 解析电梯正在减速上升,加速度向下,故电梯中的乘客处于失重状态,A 错误;电梯正在加速下降,加速度向下,故电梯中的乘客处于失重状态,B正确;举重运动员托举杠铃保持静止,竖直方向的加速度为0,运动员既不处于超重状态也不处于失重状态,C错误;列车在水平轨道上加速行驶时,竖直方向的加速度为0,车上的人既不处于超重状态也不处于失重状态,D错误。 2.(超重、失重)(多选)如图所示,小敏正在做双脚跳台阶的健身运动。若忽略空气阻力,小敏起跳后,下列说法正确的是() A.上升过程处于超重状态 B.下降过程处于超重状态 C.上升过程处于失重状态 D.下降过程处于失重状态 答案CD 解析若忽略空气阻力,小敏起跳后,在空中运动的过程中只受重力,加速度就是重力加速度。故小敏起跳后,上升过程与下降过程均处于失重状态,C、D 正确。 3.(超重、失重)如图所示,A、B两人用安全带连接在一起,从飞机上跳下进行双人跳伞运动,降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是() A.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力一定为零 B.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力大于B的重力 C.在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力等于B的重力 D.在降落伞打开后减速下降过程中,安全带的作用力小于B的重力 答案 A 解析在降落伞未打开的下降过程中,A、B两人一起做自由落体运动,处于完全失重状态,A、B之间安全带的作用力为零,A正确,B、C错误;在降落伞打开后减速下降过程中,加速度向上,则A、B处于超重状态,故安全带对B 的拉力大于B的重力,D错误。 4.(超重、失重)箱式电梯里的台秤秤盘上放着一物体,在电梯运动过程中,某人在不同时刻拍下了甲、乙、丙三张照片,如图所示,乙图为电梯匀速运动时的照片。从这三张照片可判定() A.拍摄甲照片时,电梯一定处于加速下降状态 B.拍摄丙照片时,电梯可能处于减速上升状态 C.拍摄丙照片时,电梯一定处于加速上升状态 D .拍摄甲照片时,电梯可能处于匀速下降状态 答案 B 解析 由于乙图是电梯匀速运动时的照片,由照片可以看出此时物体的真实重量。甲图的台秤的示数大于物体的重量,物体处于超重状态,电梯可能处于减速下降状态或加速上升状态,A 、D 错误;丙图的台秤的示数小于物体的重量,物体处于失重状态,此时电梯有向下的加速度,电梯可能做向下的加速运动或者做向上的减速运动,B 正确,C 错误。 5.(超重、失重)如图所示,质量为m 的小球挂在电梯的天花板上,电梯在以大小为g 3的加速度向下加速运动的过程中,小球( ) A .处于失重状态,所受拉力为mg 3 B .处于失重状态,所受拉力为2mg 3 C .处于超重状态,所受拉力为mg 3 D .处于超重状态,所受拉力为4mg 3 答案 B 解析 小球与电梯运动状态相同,小球的加速度的方向向下,处于失重状态。对小球进行受力分析,受重力mg 和细线的拉力F 作用,根据牛顿第二定律有: mg -F =ma ,所以细线的拉力为F =mg -ma =m (g -a )=2mg 3,B 正确。 6. (超重、失重)若货物随升降机运动的v -t 图象如图所示(竖直向上为正),则货物受到升降机的支持力F 与时间t 关系的图象可能是( ) 答案 B 解析由题图可知,货物与升降机的运动过程依次为加速下降、匀速下降、减速下降、加速上升、匀速上升、减速上升,故升降机与货物所处的状态依次为失重、平衡、超重、超重、平衡、失重,B正确。 7.(超重、失重)在电梯中,把一物体置于台秤上,台秤与力传感器相连,当电梯从静止起加速上升,然后又匀速运动一段时间,最后停止运动时,传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图象如图所示。试由此图回答问题:(g取10 m/s2) (1)该物体的重力是多少?电梯在超重和失重时物体的重力是否变化? (2)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大(结果保留两位小数)? 答案(1)30 N不变(2)6.67 m/s2 6.67 m/s2 解析 (1)根据题意,4 s 到18 s 物体随电梯一起匀速运动,由共点力平衡条件与作用力和反作用力相等可知:物体对传感器的压力和物体的重力相等,即G =30 N ; 根据超重和失重的本质得电梯在超重和失重时物体的重力不变。 (2)物体质量m =G g =3 kg , 超重时:物体受到的支持力大小等于物体对传感器的压力大小,最大为50 N ,由牛顿第二定律得 a 1=F 1-G m =50-303 m/s 2≈6.67 m/s 2,方向向上。 失重时:物体受到的支持力大小等于物体对传感器的压力大小,最小为10 N ,由牛顿第二定律得 a 2=G -F 2m =30-103 m/s 2≈6.67 m/s 2,方向向下。 8.(综合)一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重。一个可乘坐十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上,由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由落下。落到一定位置时,制动系统启动,到地面时刚好停下。已知座舱开始下落时的高度为75 m ,当落到离地面30 m 的位置时开始制动,座舱均匀减速。重力加速度g 取10 m/s 2,不计空气阻力。 (1)求座舱下落的最大速度的大小; (2)求座舱下落的总时间; (3)若座舱中某人用手托着重30 N 的铅球,求座舱下落过程中球对手的压力大小。 答案 (1)30 m/s (2)5 s (3)前45 m 球对手的压力为零,后30 m 球对手的压力大小为75 N 解析 (1)座舱做自由落体运动结束时速度最大,由自由落体速度与位移关系式v 2=2gh , 可得座舱下落的最大速度的大小为 v =2gh =2×10×(75-30) m/s =30 m/s 。 (2)由h =12gt 21, 可得自由落体运动的时间t 1=2h g =3 s 。 由匀变速运动规律可得h 2=v 2t 2,解得t 2=2h 2v =2 s 。 故座舱下落总时间t =t 1+t 2=3 s +2 s =5 s 。 (3)前45 m 人和铅球都处于完全失重状态,故球对手的压力为零。 匀减速阶段,即后30 m ,铅球的加速度大小 a =v t 2 =15 m/s 2。 由牛顿第二定律可得N -mg =ma , 铅球的质量m =G g =3 kg , 解得N =mg +ma =75 N , 由牛顿第三定律可知球对手的压力大小为75 N 。 B 组:等级性水平训练 9.(超重、失重)在探究超重和失重规律时,某体重为G 的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作。传感器和计算机相连,经计算机处理后得到压力F 随时间t 变化的图象,则下列图象中可能正确的是( ) 答案 D 解析先分析人的运动,根据人的运动确定加速度的方向,再根据牛顿第二定律或超失重的知识确定压力的变化情况。人下蹲时先向下加速再向下减速最后静止,所以下蹲过程中该同学先是处于失重状态(压力小于重力),再处于超重状态(压力大于重力),最后静止时压力等于重力,D正确。 10.(超重、失重)高跷运动是一项新型运动,图甲为弹簧高跷,当人抓住扶手用力蹬踏板压缩弹簧后,人就向上弹起,进而带动高跷跳跃,如图乙所示。不计空气阻力,则下列说法正确的是() A.人向上弹起的过程中,一直处于超重状态 B.人向上弹起的过程中,踏板对人的作用力大于人对踏板的作用力 C.从最高点下落至最低点的过程,人先做匀加速运动后做匀减速运动 D.弹簧压缩到最低点时,高跷对人的作用力大于人的重力 答案 D 解析人向上弹起的过程,先加速后减速,所以先超重后失重,A错误;人向上弹起的过程中,踏板对人的作用力与人对踏板的作用力是一对相互作用力,大小是相等的,B错误;从最高点下落至最低点的过程,人先加速后减速,由于弹力在变化,所以不是匀变速运动,C错误;弹簧压缩到最低点时,人有向上的加速度,高跷对人的作用力大于人的重力,D正确。 11.(超重、失重)如图是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线,纵坐标为压力,横坐标为时间。由图线可知, 该同学的体重约为650 N,除此以外,还可以得到以下信息() A.1 s时人处在下蹲的最低点 B.2 s时人处于下蹲静止状态 C.该同学做了2次下蹲—起立的动作 D.下蹲过程中人始终处于失重状态 答案 B 解析人下蹲过程先是加速下降,到达最大速度后再减速下降,即先失重再超重,由题图可知,t=1 s时人仍然在加速下降,A、D错误;在t=2 s时人处于下蹲静止状态,B正确;人起立过程先是加速上升,到达最大速度后再减速上升,即先超重后失重,起立后静止,对应图象可知,该同学做了1次下蹲—起立的动作,C错误。 12.(综合)质量为50 kg的人站在升降机内的体重计上。若升降机由静止上升的过程中,体重计的示数F随时间t的变化关系如图所示,g取10 m/s2。求: (1)0~10 s内升降机的加速度; (2)20 s内人上升的高度。 答案(1)4 m/s2,方向向上(2)600 m 解析 (1)由图象知,0~10 s 内体重计对人的支持力F N =700 N , 根据牛顿第二定律得:F N -mg =ma , 即a =F N -mg m =700-50050 m/s 2=4 m/s 2,方向向上。 (2)0~10 s 内人的位移为s 1=12at 21=200 m , 由图象知,10~20 s 内体重计对人体的支持力 F N ′=500 N ,F 合=F N ′-mg =0, 所以这段时间内升降机做匀速运动,故这段时间内人的位移为 s 2=at 1·t 2=400 m , 故20 s 内人上升的高度h =s 1+s 2=600 m 。 专题五 模型构建——连接体问题 课堂任务 整体法、隔离法解决连接体问题 1.连接体 多个相互关联的物体组成的物体系统。如叠在一起、并排放在一起或用绳(或杆)连在一起的几个物体。 2.隔离法与整体法 (1)隔离法:在分析连接体问题时,从研究问题的方便性出发,将物体系统中的某一部分物体隔离出来,单独分析研究的方法。 (2)整体法:在分析连接体问题时,将整个物体系统作为整体分析研究的方法。在分析整体受外力时采用整体法。 3.整体法、隔离法的选用 (1)整体法、隔离法的选取原则 当连接体内各物体具有相同的加速度(或运动情况一致)时,可以采用整体法;当连接体内各物体加速度不相同(或运动情况不一致)时,采用隔离法。一般来说,求整体的外力时优先采用整体法,整体法分析时不要考虑各物体间的内力;求连接体内各物体间的内力时只能采用隔离法。 (2)整体法、隔离法的交替运用 若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求物体之间的作用力时,可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力,即“先整体求加速度,后隔离求内力”。 4.运用隔离法解题的基本步骤 (1)明确研究对象或过程、状态,选择隔离对象。 (2)将研究对象从系统中隔离出来,或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来。 (3)对隔离出的研究对象进行受力分析,注意只分析其他物体对研究对象的作用力。 (4)寻找未知量与已知量之间的关系,选择适当的物理规律列方程求解。 例1如图所示,一夹子夹住木块,在力F作用下向上提升,夹子和木块的质量分别为m、M,夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f。若木块不滑动,力F的最大值是() A.2f(m+M) M B. 2f(m+M) m C. 2f(m+M) M-(m+M)g D. 2f(m+M) m+(m+M)g [规范解答]对木块分析得2f-Mg=Ma,计算得出木块的最大加速度a=2f M -g。对整体分析得F-(M+m)g=(M+m)a,计算得出F=2f(m+M) M 。所以A正 确,B、C、D错误。 [完美答案] A 运用整体法分析问题时,要求系统内各物体的加速度的大小和方向均应相同,根据牛顿第二定律对整体列方程。如果系统内各物体的加速度仅大小相同,如通过定滑轮连接的物体,一般采用隔离法,根据牛顿第二定律分别列方程。也可对整体,由动力效果和阻力效果列方程。 [变式训练1] 如图所示,一条细绳(忽略质量)跨过定滑轮在绳子的两端各挂有物体A 和B ,它们的质量分别是m A =0.50 kg ,m B =0.10 kg 。开始运动时,物体A 距地面高度h A =0.75 m ,物体B 距地面高度h B =0.25 m ,g 取10 m/s 2。求: (1)AB 的加速度的大小; (2)绳子的拉力是多少; (3)物体A 落地后物体B 上升的最大高度距地面多少米? 答案 (1)203 m/s 2 (2)53 N (3)1.5 m 解析 (1)分析可得,G A =m A g =5 N ,G B =m B g =1 N ,G A >G B ,所以A 向下做匀加速直线运动,B 向上做匀加速直线运动,加速度大小相同,设为a 。对于A 、B 系统来说,G A 是动力,G B 是阻力,由整体法可得:G A -G B =(m A +m B )a ,解得 a =203 m/s 2。 (2)设绳子的拉力为F ,隔离B 可得:F -G B =m B a , 解得F =53 N 。 (3)物体A 落地时A 、B 的速度大小相同,设为v , 由v2=2ah A可得v=10 m/s。 A落地后B以v为初速度做竖直上抛运动,设上升的最大高度为h,由v2=2gh可得:h=0.5 m,所以B上升的最大高度离地面为h+h A+h B=1.5 m。 课堂任务连接体的临界极值问题 临界与极值问题是中学物理中的常见问题,临界或极值是一个特殊的转换状态点,是一个状态的极限点,是物理过程发生变化的转折点,在这个转折点上,系统的某些物理量达到极值,临界点的两侧,物体的受力情况、运动状态一般要发生改变。 1.临界或极值条件的标志 (1)有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼,表明题述的过程存在临界点。 (2)若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词语,表明题述的过程存在“起止点”,而这些起止点往往就对应临界状态。 (3)若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,表明题述的过程存在极值,这个极值点往往是临界点。 2.轻绳、轻杆、接触面形成的临界与极值状态 (1)轻绳形成的临界与极值状态 由轻绳形成的临界状态通常有两种,一种是轻绳松弛与绷紧之间的临界状态,其力学特征是绳是直的,但绳中张力为零;另一种是轻绳断裂之前的临界状态,其力学特征是绳中张力达到绳能够承受的最大值。 (2)轻杆形成的临界与极值状态 与由轻绳形成的临界状态类似,一种是杆对物体产生拉力与推力之间的临界状态,力学特征是该状态下杆对物体的作用力为零;另一种是轻杆能承受的最大拉力或最大压力所形成的临界状态。 (3)接触面形成的临界与极值状态 也有两种: ①接触面间分离形成的临界状态:力学特征是接触面间弹力为零。 ②接触面间滑动形成的临界状态:力学特征是接触面间静摩擦力达到最大值。 3.处理临界问题的三种方法 极限法把物理问题(或过程)推向极端情况,从而使临界现象(或状态)暴露出来,以达到正确解决问题的目的 选修3-4全册教学学案 选修3-4_11.1简谐振动 【学习目标】 1.认识弹簧振子并能判断出振动的平衡位置。 2.理解简谐运动的位移-时间图像是一条正(余)弦曲线,知道简谐运动图 像的意义。 3.能够根据简谐运动图像弄清楚各时刻质点的位移、速度和加速度的方向 和大小规律。 【自主学习】 1.弹簧振子 (1).组成:由______和________组成的系统叫弹簧振子,它是一个理想化 的模型(为什么?)。 (2).平衡位置:振子__________时的位置。 (3).机械振动:振子在______位置附近的________运动,简称________。 2.简谐运动及其图像 (1).简谐运动:质点的位移与时间的关系遵从___________规律,即它的振 动图像(x-t 图像)是一条________曲线。简谐运动是最简单、最基本的振动, 弹簧振子的运动就是__________。 (2).简谐运动的图像 ①坐标系的建立:在简谐运动的图像中,以横坐标表示______,以纵坐标表 示振子离开平衡位置的_________。 ②物理意义:表示振动物体的_______随_______的变化规律。 重点知识或易混知识 问题1.根据对平衡位置的理解,判断正误并举例说明 ① 在弹簧振子中弹簧处于原长时的状态为平衡状态。 ② 在弹簧振子中物块速度为零时的状态为平衡状态。 ③在弹簧振子中合外力为零时的状态为平衡状态。 问题2.振动图像的理解,结合判断正误 ① 如右图所示正弦曲线为质点的运动轨迹。 ② 如右图,3s 内的位移为x 1大小为cm cm 10910322=+。 ③ 如右图,3s 内的位移为x 2 大小为10cm 。 ④ 如右图,1.5s 时的速度方向为曲线上该点的切线方向。 ⑤ 0.5s 和1.5s 时的位移相同,速度也相同。 ⑥ 0.5s 和3.5s 时的位移相反,速度相反。 X X 1 第一章 静电场 第1节 电荷及其守恒定律 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生及条件 两不同绝缘体摩擦时 导体靠近带电体时 带电导体和导体接触时 现象 两物体带上等量异种电 荷 导体两端出现等量异种电荷,且电性与原带电 体“近异远同” 导体上带上与带电体相 同电性的电荷 原因 不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而 发生电子转移 导体中的自由电子受到带正(负)电物体吸引(排 斥)而靠近(远离) 电荷之间的相互排斥 实质 电荷在物体之间和物体 内部的转移 接触起电的电荷分配原则 两个完全相同的金属球接触后电荷会重新进行分配,如图1-1-2所示. 电荷分配的原则是:两个完全相同的金属球带同种电荷接触后平分原来所带电荷量的总和;带异种电荷接触后先中和再平分. 图1-1-2 1.“中性”与“中和”之间有联系吗? “中性”和“中和”是两个完全不同的概念,“中性”是指原子或者物体所带的正电荷和负电荷在数量上相等,对外不显电性,表现为不带电的状态.可见,任何不带电的物体,实际上其中都带有等量的异种电荷;“中和”是指两个带等量异种电荷的物体,相互接触时,由于正负电荷间的吸引作用,电荷发生转移,最后都达到中性状态的一个过程. 2.电荷守恒定律的两种表述方式的区别是什么? (1)两种表述:①电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分;在转移的过程中,电荷的总量保持不变.②一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和总是保持不变的. (2)区别:第一种表述是对物体带电现象规律的总结,一个原来不带电的物体通过某种方法可以带电,原来带电的物体也可以使它失去电性(电的中和),但其实质是电荷的转移,电荷的数量并没有减少.第二种表述则更具有广泛性,涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律,近代物理实验发现,由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子,一对正负电子可同时湮灭,转化为光子.在这种情况下,带电粒子总是成对产生或湮灭,电荷的 代数和不变,即正负电子的产生和湮灭与电荷守恒定律并不矛盾. 一、电荷基本性质的理解 【例1】 绝缘细线上端固定, 高中物理学习材料 高一物理导学案 主备人:赵红梅 2015年4月16日 学生姓名:班级: 第六章万有引力与航天测试题 一、单项选择题 1.在物理学理论建立的过程中,有许多伟大的科学家做出了贡献.关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是( ) A.开普勒进行了“月—地检验”,得出天上和地下的物体都遵从万有引力定律的结论 B.哥白尼提出“日心说”,发现了太阳系中行星沿椭圆轨道运动的规律 C.第谷通过对天体运动的长期观察,发现了行星运动三定律 D.牛顿发现了万有引力定律 2. 不可回收的航天器在使用后,将成为太空垃圾.如图1所示是漂浮在地球附近的太空垃圾示意图, 对此有如下说法,正确的是( ) A.离地越低的太空垃圾运行周期越大 B.离地越高的太空垃圾运行角速度越小 C.由公式v=gr得,离地越高的太空垃圾运行速率越大 D.太空垃圾一定能跟同一轨道上同向飞行的航天器相撞 3.已知引力常量G,在下列给出的情景中,能根据测量数据求出月球密度的是( ) A.在月球表面使一个小球做自由落体运动,测出下落的高度H和时间t B.发射一颗贴近月球表面绕月球做匀速圆周运动的飞船,测出飞船运行的周期T C.观察月球绕地球的圆周运动,测出月球的直径D和月球绕地球运行的周期T D.发射一颗绕月球做匀速圆周运动的卫星,测出卫星离月球表面的高度H和卫星的周期T 4. “嫦娥”一号探月卫星沿地月转移轨道到达月球,在距月球表面200 km的P点进行第一次“刹 车制动”后被月球捕获,进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行,如图2所示.之后,卫星在P点经过几次“刹车制动”,最终在距月球表面200 km的圆形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动.用T1、T2、 鑫达捷 图2 §1.1质点参考系空间时间 【学习目标】 1.理解质点的概念,知道它是一种科学抽象,知道实际物体在什么条件下可看作质点,知道这种科学抽象是一种常用的研究方法。 2.知道参考系的概念和如何选择参考系。 3.知道时间和时刻的区别和联系。 【学习方法】 观察法、分析法、归纳法、讲授法 【学习过程】 一、机械运动 物体相对于其他物体的改变,叫做机械运动,简称运动。宇宙中的一切物体都在不停地运动,无论是巨大的天体,还是微小的原子、分子,都处在永恒的运动之中。 二、质点[ 1、定义:用来代替物体的。其突出特点是“具有质量”和“占有位置”,但没有大小,它的质量就是它所代替的物体的质量。 2、物体 可以看成质点的条件是什么? _______________________ ______。突出主要因素,忽略次要因素,将实际问题简化为物 理模型,是研究物理学问题的基本思维方法之一,这种思 维方法叫理想化方法。质 点就是利用这种思维方法建立的一个理想化物理模型。 三、参考系 1、定义:在描述一个物体的运动时,必须选择另外的一个物体作为标准,这个被选来作为的物体 叫做参考系。 2、参考系的特点有哪些? 四、空间时间时刻 1、时刻:是指某一瞬时,在表示时间的数轴上用来表示. 2、时间间隔:是指两时刻的间隔,在表示时间的数轴上用来表示.时间间隔简称时间。 【小试身手】 1.下列哪些现象是机械运动() A.神舟5号飞船绕着地球运转 B.西昌卫星中心发射的运载火箭在上升过程中 C.钟表各指针的运动 D.煤燃烧的过程 2.下列关于质点的说法中正确的是() A.体积很小的物体都可看成质点 B.质量很小的物体都可看成质点 C.不论物体的质量多大,只要物体的尺寸跟物体间距离相比甚小时,就可以看成质点 D.只有低速运动的物体才可看成质点,高速运动的物体不可看做质点 3.以下的计时数据中指时间间隔的是() A.“嫦娥一号”卫星于2007年10月24日18时5分点火发射 B.第29届奥运会于2008年8月8日20时8分在北京开幕 C.高考理综考试的时间是150分钟 D.四川省汶川县发生8.0级强烈地震是在2008年5月12日14时28分 【合作探究】 第1节《质点参考系和坐标系》(1课时)编写人: 方申马继元审核人:刘学明授课时间:2016年8月21日 【课前预习】 【预习目标】 1、理解质点的定义,知道质点是一个理想化的物理模型。初步体会物理模型在探索自然规律中的作用。 2、理解参考系的概念,知道当选用不同参考系时,对同一运动的描述可能是不同的。 3、理解坐标系的概念,会用一维坐标系定量描述物体的位置以及位置的变化。 【预习指导】 依据学习目标先自学课本,查阅相关资料,完成“自主学习”部分,用红笔在导学案上标注重点、难点、疑点。尝试完成后面的练习。 【自主学习】 知识点一:物体和质点 机械运动:物体的空间位置随时间的变化。(简称运动) 第一部分:物体与质点,并完成下列问题: 【阅读】教材P 9 1、雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔,足球在绿茵场上飞滚……在这些司空见惯的现象中,雄鹰、足球都在做机械运动。要准确描述物体的运动是有困难的,你知道困难出在哪里吗?。 2、描述物体的运动时,是否可以将问题简化呢?(思考) 3、用来代替物体的___________的点称为质点。 【思考与交流】 1.地球是一个庞然大物,半径约为6400km,与太阳相距1.5×l08 km,研究地球绕太阳的公转时,能不能把它看成质点? 研究地球的自转时,能不能把它看成质点? ;。 2.撑杆跳高是一项非常刺激的体育运动项目,一般来说可以把撑杆跳高分为如下几个阶段:助跑、撑杆起跳、越过横杆。思考后回答,在下列几种情况下运动员能否被看作质点,从中体会质点模型的建立过程。 (1)教练员针对训练录像纠正运动员的错误时,能否将运动员看成质点? 。 (2)分析运动员的助跑速度时,能否将其看成质点? 。 (3)测量其所跳高度(判断其是否打破纪录)时,能否将其看成质点? 。 归纳物体简化为质点的条件。 高中物理导学案教学模式概述及设计策略お 随着新课程的开展与深化,“导学案”、“活动单”充实着我们的课堂,对于高中物理教学亦不能外,本文就高中物理导学案教学模式的特点,及其设计策略谈几点笔者的思考,望能有助课堂教学实践. 1 导学案教学模式概述 1.1 导学案教学的目的 传统的高中物理教学过程中主要是教师讲授,学生记录整理,再通过习题训练进行巩固.这种教学方式中,学生始终是被动地听、被动地记,偶有师生之间的对话也是教师问,学生被动地答.将导学案教学模式应用于高中物理教学的目的就是让学生变被动为主动,让整个教学过程让学生实现从“被动学”到“主动学”,直至“自主学”的蜕变,进而激发学生的学习热情,提升其学习能力. 1.2 导学案教学模式的环节划分 导学案教学模式具体讲是怎样一种教学模式呢?该教学模式可以分为三个环节: 第一环节,学生结合导学案进行课前的预习.学生在预习的过程中,通过分析解决教师所发导学案上的有关问题,明确对应章节的所学内容,明确已知和未知,这样可以更加明确上课的目的; 第二环节,学生在课堂上对导学案上的问题进行进一步的思考、讨论、探究.在课前预习的基础上,学生拿出自己对导学案问题的结论和存疑与同学进行交流和讨论,设计探究的基本思路,进行自主探究.在这一阶段,教师可以将各组学生讨论学习的结论罗列在黑板上,引导学生进行分析、整理、总结; 第三环节,学生结合导学案上的内容进行分析巩固. 1.3 优秀导学案的特点 由上文可知,“导学案” 不再是传统意义上的讲义,而是整个教学过程的主要载体.学生的探究活动是否能正常进行,很大程度上依赖于导学案的质量.优秀的高中物理导学案应该有这样一些特点: (1)注重体现教师的主导性,教师要认识到,引导学生自主学习不是让学生放任自流; (2)导学案应该有明确的教学目标,注重物理探究活动的设计; (3)导学案对学生的学习要起到引而不发的作用,推进学[HJ1.55mm]生自主学习,并提供足够的素材帮助学生探究物理规律,巩固物理所学; (4)导学案应该体现物理教学的探究性,导学案应该渗透科学探究的思路,这一点会有助于学生科学方法的养成; (5)导学案的设计要切合学生的认知特点和知识基础. 2 高中物理导学案设计策略 第十八章原子结构 18.1电子的发现 【教学目标】 1.知道阴极射线的概念,了解电子的发现过程。 2.知道电子是原子的组成部分。 3.知道电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。 重点:电子的电荷量及其他电荷与电子电荷量的关系。 难点:阴极射线 【自主预习】 1.1897年,汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定,它的本质是带________的粒子流并求出了这种粒子的________,后来汤姆孙直接测到了阴极射线粒子的________,它的电荷量的大小与氢离子大致相同。 2.组成阴极射线的粒子被称为________。电子是________的组成部分,是比原子更基本的物质单元。 3.电子电荷的精确测定是在1910年前后由________通过著名的________做出的。电子电荷的值一般取做e=________ C。 4.密立根实验更重要的发现是:电荷是________的,即任何带电体的电荷只能是e的 ________。 5.质子质量与电子质量的比值为m p/m e=________。 6.阴极射线的产生 1). 阴极射线由阴极射线管产生 2).阴极射线:在两极间加有高压时,阴极会发生一种射线,这种射线称为阴极射线。 3).阴极射线的特点:阴极射线能够使荧光物质发光。 4).对阴极射线的本质的认识: 19世纪后期的两种观点:(1)认为是电磁辐射,类似X射线;(2)是带电粒子。 7. 2.密立根的“油滴实验” 1910年密立根通过“油滴实验”精确测定了电子电荷现代值为 e=1.602 177 33(49)×10-19 C,有关计算中一般使用e=1.6×10-19 C。 高中物理-气体导学案 高中物理-气体的等温变化导学案 一、课前预习: (一) 1.内容:一定质量的某种气体,在温度保持不变的情况下,压强p和体积V成_____。 2.公式:_____(常量)或__________。 3.适用条件:气体质量不变、_____不变。(2)气体_____不太低、_____不太大。 (二)气体等温变化的p -V图像 1.p -V图像:一定质量的气体的p -V图像为一条_______,如图。 2.p - 图像:一定质量的理想气体的p - 图像为过原点的_________, 二、课堂探究: 探究一:探究气体等温变化的规律 在用如图所示的装置做“探究气体等温变化的规律”实验时: 1、实验中如何保证气体的质量和温度不变? 2、实验中可观察到什么现象?为验证猜想,可采用什么方法对实验数据进行处理? 探究二:探究玻意耳定律 1、玻意耳定律的数学表达式为pV=C,其中C是一常量,C是不是一个与气体无关的恒量? 2、玻意耳定律成立的条件是气体的温度不太低、压强不太大,那么为什么在压强很大、温度很低的 情况下玻意耳定律就不成立了呢? 探究三:气体等温变化的p -V图像 1.如图为气体等温变化的p -V图像,你对图像是怎样理解的? 2、如图,p - 图像是一条过原点的直线,更能直观描述压强与体积的关系,为什么直线在原点附近 要画成虚线?两条直线表示的温度高 低有什么关系? 三、课堂训练: 1、关于“探究气体等温变化的规律”实验,下列说法正确的是( ) A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化 B.实验中为找到体积与压强的关系,一定要测量空气柱的横截面积 C.为了减小实验误差,可以在柱塞上涂润滑油,以减小摩擦 D.处理数据时采用p - 图像,是因为p - 图像比p -V图像更直观 2、某自行车轮胎的容积为V,里面已有压强为p0的空气,现在要使轮胎内的气压增大到p,设充气过 程为等温过程,空气可看作理想气体,轮胎容积保持不变,则还要向轮胎充入温度相同,压强也是p0, 体积为( )的空气。 A. B. C.( -1)V D.( +1)V 1 V 1 V 1 V 1 V 1 V p V p0 p V p p p p p 第十四章 动量守恒定律 16.2动量和动量定理 【教学目标】 1.会结合已掌握的知识探索碰撞前后的不变量。 2.通过实验找到碰撞前后的不变量。 重点:用实验的方法探究碰撞中的不变量。 难点:用实验的方法探究碰撞中的不变量。 【自主预习】 1.两个物体________沿同一直线运动,________仍沿这一直线运动,这种碰撞叫做一维碰撞。 2.在“探究碰撞中的不变量”的实验中,需要考虑的首要问题是________,即如何保证两个物体在碰撞之前沿同一直线运动,碰撞之后还沿这条直线运动。此外,还要考虑怎样测量物体的________和怎样测量物体的________。 3.关于实验数据的处理,应用________的形式记录,填表时注意思考:如果小球碰撞后运动的速度与原来的方向________,应该怎样记录? 4.对于每一种碰撞的情况(例如两个物体碰后分开或粘在一起的两种情况),都要填写一个表格,然后根据表中的数据寻找碰撞前后的________。 5.实验的基本思路 1)一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。 2)怎样找出不变量? (1)质量:质量是不变的,但质量与运动状态无关,不是要寻找的量。 (2)m v :物体质量与各自速度平方的乘积之和是否为不变量,即是否有m 1v 1+m 2v 2=m 2v ′1 +m 2v ′2? (3)m v 2:物体质量与各自速度平方的乘积之和是否为不变量,即是否有m 1v 21+m 2v 22=m 2v ′21 +m 2v ′22? (4)v m :物体速度与其质量之比的和是否为不变量,即是否有v 1m 1+v 2m 2=v 1′m 1+v 2′ m 2 ? 说明:碰撞是在物体之间进行的,碰撞前后物体的速度一般要发生变化,因此要找出碰撞中的不变量,应考虑到质量与速度的各种组合。 6.需要考虑的问题 ①怎样才能保证碰撞是一维的? 可以利用凹槽或气垫导轨限定物体在同一直线上运动,也可以利用长木板限定物体在同一直线上运动,或使两物体重心连线与速度方向共线。 ②怎样测量物体运动的速度? 参考案例一: v =Δx Δt ,式中Δx 为滑块上挡光片的宽度,Δt 为光电计时器显示的挡光片经过光电门的时间。 高一物理必修一导学案 2013.8.24. 班级学习小组 姓名教师评价 1.1.质点参考系和坐标系 课型:新授课 【学习目标】 1.认识建立质点模型的意义和方法,能根据具体情况将物体简化为质点。知道它是一种科学的抽象,知道科学抽象是一种普遍的研究方法. 2.理解参考系的选取在物理中的作用,会根据实际情况选定参考系。 3.认识一维直线坐标系,掌握坐标系的简单应用. 【学习重点】 1.理解质点概念以及初步建立质点概念所采用的抽象思维方法. 2.在研究具体问题时,如何选取参考系. 3.如何用数学上的坐标轴与实际的物理情景结合起来建立坐标系. 【学习难点】 在什么情况下可以把物体看作质点,即将一个实际的物体抽象为质点的条件. 【方法指导】 自主探究、交流讨论、自主归纳 【自主探究】 任务一:物体和质点 【阅读】P9第一部分:物体与质点并完成下列问题。 A级1、雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔,足球在绿茵场上飞滚……在这些司空见惯的现象中,雄鹰、足球都在做机械运动。详细描述物体的运动有什么困难?困难出在哪里? B级2、描述物体运动,我们需要了解物体各部分运动的区别吗?可以将问题简化吗?为什么? A级3、___________________________________________________________________ __________________________________________________________________称质点。 【思考与交流】 B级1.地球是一个庞然大物,直径约为12800km,与太阳相距1.5Xl08km.研究地球绕太阳的公转时,能不能把它看成质点?______ 研究地面上各处季节变化时,能不能把它 人教版高中物理选修3-1 全册导学案 目录1.1电荷守恒定律 1.2 库仑定律 1.3 电场强度 1.4 电势能和电势 1.5 电势差 1.6 电势差与场强的关系 1.7 静电现象的应用 1.8 电容器的电容 1.9 带电粒子的运动 2.10实验:测定电池的电动势和内阻2.11简单的逻辑电路 2.1电源和电流 2.2电动势 2.3欧姆定律 2.4串并联 2.5焦耳定律 2.6导体的电阻 2.7闭合电路的欧姆定律 2.8多用电表的原理 2.9实验:练习使用多用电表 3.1、3.2磁场磁感应强度 3.3几种常见的磁场 3.4通电导线在磁场中受到的力3.5运动电荷在磁场中受到的力3.6带电粒子在匀强磁场中的运动 1.1 《电荷及其守恒定律》导学案 【学习目标】 1.知道两种电荷及其相互作用.知道电量的概念。 2.知道摩擦起电,知道摩擦起电不是创造了电荷,而是使物体中的正负电荷分开。 3.知道静电感应现象,知道静电感应起电不是创造了电荷,而是使物体中的电荷分开。 4.知道电荷守恒定律。 5.知道什么是元电荷。 【重点难点】 利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。 【学法指导】 认真阅读教材,观察实验,体会起电的方式和实质,体会电荷守恒定律的内涵 【知识链接】 1、初中学过自然界有几种电荷,两种电荷是怎样定义的?它们间的相互作用如何?电荷的多少用什么表示? 2、电荷的基本性质是什么呢? 【学习过程】 一.电荷 1.电荷的种类:自然界中有_________种电荷 ①.用丝绸摩擦过的玻璃棒上所带的电荷,叫_________电荷; ②.用毛皮摩擦过的橡胶棒上所带的电荷,叫_______电荷。 2.电荷间相互作用的规律:同种电荷相互____________,异种电荷相互_________。 二.使物体带电的三种方法 问题一: 思考a:一般情况下物体不带电,不带电的物体内是否存在电荷?物质的微观结构是怎样的? 思考b:什么是摩擦起电,为什么摩擦能够使物体带电呢?实质是什么呢? 高中物理学习材料 (马鸣风萧萧**整理制作) 高一物理导学案 主备人:赵红梅2015年4月16日 学生姓名:班级: 第六章万有引力与航天测试题 一、单项选择题 1.在物理学理论建立的过程中,有许多伟大的科学家做出了贡献.关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是() A.开普勒进行了“月—地检验”,得出天上和地下的物体都遵从万有引力定律的结论 B.哥白尼提出“日心说”,发现了太阳系中行星沿椭圆轨道运动的规律 C.第谷通过对天体运动的长期观察,发现了行星运动三定律 D.牛顿发现了万有引力定律 2. 不可回收的航天器在使用后,将成为太空垃圾.如图1所示是漂浮在地球附近的太空垃圾示意图, 对此有如下说法,正确的是() A.离地越低的太空垃圾运行周期越大 B.离地越高的太空垃圾运行角速度越小 C.由公式v=gr得,离地越高的太空垃圾运行速率越大 D.太空垃圾一定能跟同一轨道上同向飞行的航天器相撞 3.已知引力常量G,在下列给出的情景中,能根据测量数据求出月球密度的是() A.在月球表面使一个小球做自由落体运动,测出下落的高度H和时间t B.发射一颗贴近月球表面绕月球做匀速圆周运动的飞船,测出飞船运行的周期T C.观察月球绕地球的圆周运动,测出月球的直径D和月球绕地球运行的周期T高中物理选修3-4全册导学案
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