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  4. 自由落体运动平抛运动万有引力定律的其他应用弹力的产生、方向和种类实验:探究加速度与力、质量的关系

学习物理不仅要掌握物理知识,还要领悟并掌握处理物理问题的思想方法.在图1所示的几个实验中,研究物理问题的思想方法相同的是()A.乙、丙B.甲、乙C.甲、丙D.丙、丁

一、题文

学习物理不仅要掌握物理知识,还要领悟并掌握处理物理问题的思想方法.在图1所示的几个实验中,研究物理问题的思想方法相同的是(  )


A.乙、丙B.甲、乙C.甲、丙D.丙、丁

考点提示:自由落体运动,平抛运动,万有引力定律的其他应用,弹力的产生、方向和种类,实验:探究加速度与力、质量的关系

二、答案

比较平抛运动与自由落体运动,来研究平抛运动在竖直方向上运动的规律,用到了比较法;
观察桌面的微小形变和测定万有引力常量的实验中,通过平面镜的反射,反射光线发生较大的角度变化,从而扩大了形变,该方法称为物理变量放大法;
研究加速度与质量、力的关系中,用到了控制变量法.所以,乙和丙具有相同的研究物理问题的思想方法.故A正确.
故选A.

三、考点梳理

知名教师分析,《学习物理不仅要掌握物理知识,还要领悟并掌握处理物理问题的思想方法.在图1所示的几个实验中,研究物理问题的思想方法相同的是()A.乙、丙B.甲、乙C.甲、丙D.丙、丁》这道题主要考你对 自由落体运动平抛运动万有引力定律的其他应用弹力的产生、方向和种类实验:探究加速度与力、质量的关系 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:自由落体运动,平抛运动,万有引力定律的其他应用,弹力的产生、方向和种类,实验:探究加速度与力、质量的关系

考点名称:自由落体运动
  • 自由落体运动:
    物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。

    自由落体运动的公式:
    v=gt;h=gt2;v2=2gh。

    运动性质:
    自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

    自由落体加速度:
    在同一地点,一切物体在自由落体运动中的加速度都相同,这个加速度叫自由落体加速度,也叫重力加速度。

  • 物体做自由落体运动的条件:

    ①只受重力而不受其他任何力,包括空气阻力。
    ②从静止开始下落。

    重力加速度g:

    ①方向:总是竖直向下的。
    ②大小:g=9.8m/s2,粗略计算可取g=10m/s2
    ③在地球上不同的地方,g的大小不同.g随纬度的增加而增大(赤道g最小,两极g最大),g随高度的增加而减小。

  • 知识点拨:

    自由落体运动的规律:
    自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所以,匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。

  • 小知识--重力加速度:

    ①把地球当做旋转椭球,重力加速度计算公式为:g=9.7803(1+0.0052884-0.00000592)m/s2
        
    式中为物体所在处的地理纬度
    ②重力加速度还和物体离地面的高度h有关。当h远小于地球半径R时,

    小知识—空气阻力:

    空气阻力是物体在空气中运动时受到的阻力。空气阻力的大小与物体相对于空气的速度、物体的形状等都有很大的关系。

考点名称:平抛运动
  • 平抛运动的定义:

    将物体以一定的初速度沿水平方向抛出,不考虑空气阻力,物体只在重力作用下所做的运动,叫做平抛运动。

  • 平抛运动的特性:

    以抛出点为坐标原点,水平初速度V0,竖直向下的方向为y轴正方向,建立如图所示的坐标系,在该坐标系下,对任一时刻t:

    ①位移
    分位移(水平方向),(竖直方向);
    合位移(φ为合位移与x轴夹角)。
    ②速度
    分速度(水平方向),Vy=gt(竖直方向);
    合速度(θ为合速度V与x轴夹角)。
    ③平抛运动时间:(取决于竖直下落的高度)。
    ④水平射程:(取决于竖直下落的高度和初速度)。

  • 类平抛运动:

     (1)定义当物体所受的合外力恒定且与初速度垂直时,物体做类平抛运动。
     (2)类平抛运动的分解方法
      ①常规分解法:将类平抛运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方向(即沿合力的方向)的匀加速直线运动,两分运动彼此独立,互不影响,且与合运动具有等时性。
      ②特殊分解法:对于有些问题,可以过抛出点建立适当的直角坐标系,将加速度分解为,,初速度分解为,然后分别在x、y方向上列方程求解。
    (3)类平抛运动问题的求解思路
    根据物体受力特点和运动特点判断该问题属于类平抛运动问题——求出物体运动的加速度——根据具体问题选择用常规分解法还是特殊分解法求解。
    (4)类抛体运动
    当物体在巨力作用下运动时,若物体的初速度不为零且与外力不在一条直线上,物体所做的运动就是类抛体运动。
    在类抛体运动中可采用正交分解法处理问题,基本思路为:
     ①建立直角坐标系,将外力、初速度沿这两个方向分解。
     ②求出这两个方向上的加速度、初速度。
     ③确定这两个方向上的分运动性质,选择合适的方程求解。

考点名称:万有引力定律的其他应用
  • 万有引力定律的其他应用:

    万有引力定律:(G=6.67×10-11 N·m2/kg2),万有引力定律在天文学中的应用:
    1、计算天体的质量和密度;
    2、人造地球卫星、地球同步卫星、近地卫星;
    3、发现未知天体;
    4、分析重力加速度g随离地面高度h的变化情况;
    ①物体的重力随地面高度h的变化情况:物体的重力近似地球对物体的吸引力,即近似等于,可见物体的重力随h的增大而减小,由G=mg得g随h的增大而减小。
    ②在地球表面(忽略地球自转影响):(g为地球表面重力加速度,r为地球半径)。
    ③当物体位于地面以下时,所受重力也比地面要小,物体越接近地心,重力越小,物体在地心时,其重力为零。
    5、双星问题:天文学上把两颗相距比较近,又与其他星体距离比较远的星体叫做双星。双星的间距是一定的,它们绕二者连线上的同一点分别做圆周运动,角速度相等。以下图为例


    由以上各式解得:
    6、黄金代换公式:GM=gR2

考点名称:弹力的产生、方向和种类
  • 弹力:

    1.定义:发生系形变的物体,由于要恢复原状,对跟它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力
    2.产生条件:
    ①物体间直接接触
    ②接触面发生形变
    3.产生原因:施力物体发生了形变
    4.施力物体和受力物体:弹力的施力物体是发生形变的物体,受力物体是使它发生形变的物体
    5.大小:弹力的大小与形变的大小有关,形变越大,产生的弹力越大;形变消失,弹力也就消失
    6.方向:与受力物体形变的方向相同,与施力物体形变的方向相反
    7.作用点:在接触点或接触面上
  • 弹力的方向:

    (1)接触面间的弹力

    (2)轻绳、轻杆、轻弹簧的弹力

考点名称:实验:探究加速度与力、质量的关系
  • 实验目的:
    验证牛顿第二定律。
    实验原理:
    1、如图所示装置,保持小车质量不变,改变小桶内砂的质量,从而改变细线对小车的牵引力,测出小车的对应加速度,作出加速度和力的关系图线,验证加速度是否与外力成正比。
    2、保持小桶和砂的质量不变,在小车上加减砝码,改变小车的质量,测出小车的对应加速度,作出加速度和质量倒数的关系图线,验证加速度是否与质量成反比。

    实验器材:
    小车,砝码,小桶,砂,细线,附有定滑轮的长木板,垫木,打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,托盘天平及砝码,米尺。
    实验步骤:
    1、用天平测出小车和小桶的质量M和M',把数据记录下来。
    2、按如图装置把实验器材安装好,只是不把挂小桶用的细线系在小车上,即不给小车加牵引力。
    3、平衡摩擦力:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木,反复移动垫木的位置,直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态(可以从纸带上打的点是否均匀来判断)。
    4、在小车上加放砝码,小桶里放入适量的砂,把砝码和砂的质量m和m'记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,取下纸带,在纸带上写上编号。
    5、保持小车的质量不变,改变砂的质量(要用天平称量),按步骤4再做5次实验。
    6、算出每条纸带对应的加速度的值。
    7、用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力,即砂和桶的总重力(M'+m')g,根据实验结果在坐标平面上描出相应的点,作图线。若图线为一条过原点的直线,就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。
    8、保持砂和小桶的质量不变,在小车上加放砝码,重复上面的实验,并做好记录,求出相应的加速度,用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数,在坐标平面上根据实验结果描出相应的点并作图线,若图线为一条过原点的直线,就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。
    注意事项:
    1、砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的
    2、在平衡摩擦力时,不要悬挂小桶,但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的,表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。
    3、作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧,但如遇个别特别偏离的点可舍去。

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