高中物理第三章牛頓運(yùn)動(dòng)定律(一).ppt

高中物理課程,第三章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律,同學(xué)們好。歡迎大家和我一起學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律。 前面一章，我們學(xué)習(xí)了怎樣描述物體的運(yùn)動(dòng)，但是沒(méi)有進(jìn)一步討論，物 體為什么會(huì)做這樣或那樣的運(yùn)動(dòng)。要討論這個(gè)問(wèn)題，必須知道運(yùn)動(dòng)和力 的關(guān)系。在力學(xué)中，只研究物體怎樣運(yùn)動(dòng)而不涉及運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的分 科，叫做運(yùn)動(dòng)學(xué)；研究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的分科，叫做動(dòng)力學(xué)。 牛頓運(yùn)動(dòng)定律是動(dòng)力學(xué)的基本規(guī)律，本章內(nèi)容是力學(xué)的核心內(nèi)容，也是 整個(gè)中學(xué)物理學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。請(qǐng)大家務(wù)必重視、努力學(xué)好本章內(nèi)容。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,1牛頓第一定律，慣性； 2物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變； 3牛頓第二定律（Fma）； 4牛頓第三定律；,一本節(jié)課的知識(shí)要點(diǎn)：,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,二要點(diǎn)精講：（1）,牛頓第一定律(又叫慣性定律)：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。 (1)牛頓第一定律告訴我們：力不是維持物體速度的原因，而是改變物體速度的原因。（即運(yùn)動(dòng)是物體的一種屬性，物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持；力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變產(chǎn)生加速度的原因。） (2)牛頓第一定律指出了：任何物體都有保持原來(lái)的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，（這種性質(zhì)）我們把它叫做慣性。因此，牛頓第一定律又叫做慣性定律。 慣性是一切物體固有的性質(zhì)，不論物體的運(yùn)動(dòng)情況如何、受力情況怎 樣、所處位置哪里，物體都具有慣性。 物體不受外力時(shí)，慣性表現(xiàn)為保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變（即靜止的保 持靜止，運(yùn)動(dòng)的保持勻速直線運(yùn)動(dòng)）；受外力時(shí)，慣性大小表現(xiàn)為改 變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的難易程度。 質(zhì)量是物體慣性大小的惟一量度（即物體的慣性大小只跟物體的質(zhì)量 有關(guān)，與其它一切因素都無(wú)關(guān)）。 質(zhì)量大，慣性大；質(zhì)量小，慣性小。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,2物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變：物體的速度發(fā)生了改變，即物體的速度大小和 （或）方向發(fā)生了改變，我們就說(shuō)這個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變。 （物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，物體就具有加速度。） 3牛頓第二定律： (1)內(nèi)容：物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質(zhì)量 成 反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。 (2)公式：F合ma；（公式中各量的單位分別是：N、kg、m/s2， 即：1N1kg m/s2） (3)理解：矢量性：a與F合的方向總是相同的。（已知F合的方向，就 可推知a的方向；已知a的方向，也可推知F合的方向。） 瞬時(shí)性：a與F合同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)變化，同時(shí)消失。 （F合為0，a也為0物體處于平衡狀態(tài)；F合不為0恒定，a也不 為0恒定物體做勻變速運(yùn)動(dòng)；F合變化，a也隨之變化物體 做非勻變速運(yùn)動(dòng)。） 同體性：公式F合ma中，各量都是對(duì)同一物體 （同一研究對(duì)象）而言的。 相對(duì)性：用公式F合ma，求得的加速度a，是相對(duì)地面的。,二要點(diǎn)精講：（2）,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,二要點(diǎn)精講：（3）,4牛頓第三定律：兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向 相反，作用在一條直線上。 注意： (1) 作用力和反作用力總是同時(shí)出現(xiàn)，同時(shí)變化，同時(shí)消失的； (2) 作用力和反作用力是一對(duì)同種性質(zhì)的力； (3) 一對(duì)作用力、反作用力和一對(duì)平衡力的區(qū)別：它們雖然都是大小相 等，方向相反，作用在一條直線上，但它們有著本質(zhì)的區(qū)別，其中最 突出的兩點(diǎn)就是，一對(duì)作用力和反作用力是分別作用在兩個(gè)不同的物 體上，且必為同一種性質(zhì)的力，而一對(duì)平衡力是作用在同一物體上， 且不一定是同種性質(zhì)的力。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,三. 能力要求：（11）,1.能正確運(yùn)用牛頓第一定律及慣性知識(shí)解釋有關(guān)現(xiàn)象、解答有關(guān)問(wèn)題,例1 如圖所示，在沿水平面前進(jìn)的小車上放一豎直的木塊，突然發(fā)現(xiàn)木塊向圖示方向傾倒，試分析造成傾倒的原因是什么？,解析：由圖示的情況來(lái)看，木塊上端向左傾倒。 造成這種情況的原因可能是：,（1）小車向右運(yùn)動(dòng)突然加速。豎直木塊和小車原來(lái)向右運(yùn)動(dòng)的，小車突然 加速，木塊下部因與小車間有摩擦而隨小車向右運(yùn)動(dòng)的速度突然增 大，木塊上部因慣性要保持原來(lái)的速度向右運(yùn)動(dòng)，故而木塊向左傾倒。 （2）小車向左運(yùn)動(dòng)突然減速。豎直木塊和小車原來(lái)向左運(yùn)動(dòng)的，小車突然減 速，木塊下部因與小車間有摩擦而隨小車向左運(yùn)動(dòng)的速度突然減小，木 塊上部因慣性要保持原來(lái)的速度向左運(yùn)動(dòng)，故而木塊向左傾倒。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,例2 有人說(shuō)，“不受力的物體有慣性，受力的物體沒(méi)有慣性”；還有人根據(jù)物 體運(yùn)動(dòng)速度大不容易停下來(lái)，運(yùn)動(dòng)速度小容易停下來(lái)說(shuō)，“慣性與物體的運(yùn)動(dòng)速度有 關(guān)，速度大，慣性就大；速度小，慣性就小?！边@些說(shuō)法是否正確？為什么？ 解析：這些說(shuō)法都不正確。 因?yàn)?，慣性是一切物體本身固有的維持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)，與物體受力情 況、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、所在位置等都無(wú)關(guān)。物體不受外力時(shí)，慣性表現(xiàn)為保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 不變（靜止的保持靜止，運(yùn)動(dòng)的保持勻速直線運(yùn)動(dòng)）；受外力時(shí)，慣性表現(xiàn)為改變運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)的難易程度。質(zhì)量是物體慣性大小的惟一量度。所以，一切物體（靜止的、運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)慢的、運(yùn)動(dòng)快的，受力的、不受力的，受力大的、受力小的，地面上的、太空中的 等）都有慣性。慣性大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，而與其它一切因素都無(wú)關(guān)。 注意：不能把 “慣性大小表示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度”理解成“慣性大小表示 把物體從運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止的難易程度”。事實(shí)上，只在相同阻力作用的情況下，速度（大 ?。┎煌|(zhì)量相同的物體，在相同的時(shí)間內(nèi)速度的減小量是相同的。這就說(shuō)明質(zhì)量相 同的物體，它們運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度是相同的，因而它們的慣性是相同的，與它們 的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)。,三. 能力要求：（12）,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,三. 能力要求：（21）,2能正確判斷物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化,例3下列情況，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的有：（ ） A飛行員跳傘后在空中勻速豎直下落 B自行車在水平環(huán)形軌道上以大小為10m/s的速度運(yùn)動(dòng) C投出去的鉛球 D位置發(fā)生改變的木塊 解析：物體的速度發(fā)生改變，即物體運(yùn)動(dòng)的速度大小和（或）方向發(fā)生了 改變，我們就說(shuō)這個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變。飛行員跳傘后在 空中勻速豎直下落，飛行員做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度大小和方向都不 變，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變；木塊位置發(fā)生改變，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不一定改變，因 為有可能是做勻速直線運(yùn)動(dòng)；自行車在環(huán)形軌道上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度 方向必然變化，投出去的鉛球在空中運(yùn)動(dòng)，速度大小和方向都不斷 變化，它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定改變，所以，選擇B和C。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,三. 能力要求：（31）,3能運(yùn)用牛頓第二定律解答有關(guān)問(wèn)題,例4 平直軌道上運(yùn)行的火車車廂中懸掛一質(zhì)量為50g的小球，火車勻速行駛時(shí)懸繩豎直；向右勻加速行駛時(shí)，車廂中乘客發(fā)現(xiàn)懸繩與豎直方向成30角固定不變，如圖所示。求火車的加速度。（g10m/s2）,解析：懸繩與豎直方向成30角固定不變，小球與車廂相對(duì)靜止，即小球與車廂一道沿平直軌道做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，求出小球的加速度，也就知道了火車的加速度。 如圖，根據(jù)小球只沿水平方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律知，小球所受重力G和懸繩的拉力T的合力F必沿水平方向向右。,所以：Fma Fmgtan 由、得：agtan10tan305.77 m/s2 ， 方向水平向右。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,三. 能力要求：（32）,例5 如圖所示，用兩根橡皮繩懸掛一質(zhì)量為m的小球，起初小球靜止，BO繩水平，AO繩與豎直方向成角?，F(xiàn)將繩BO剪斷，則在剪斷BO繩的瞬間，小球的加速度為多少？,解析：小球原受力情況如圖。因小球原來(lái)靜止，所受三個(gè)力的合力為零， T2等于T1和mg的合力F（大小為Fmgtan）。剪斷BO繩的瞬間，T2 立即消失，但由于小球的慣性，AO繩處于原狀，T1的大小、方向與 剪斷前相同；小球的重力不變。所以剪斷BO的瞬間，小球所受合力 為mgtan，由牛頓第二定律可得，此時(shí)小球的加速度大小為gtan ，方向水平向右。 但要注意，上述加速度只存在于剪斷繩BO的瞬間，當(dāng)AO繩的形變發(fā)生變化 ，小球的受力情況發(fā)生變化，加速度也就隨之發(fā)生變化了。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,三. 能力要求：（33）,例6 豎直向上飛行的子彈，達(dá)到最高點(diǎn)后又返回原地。假設(shè)整個(gè)過(guò)程中，子彈所受阻力大小與速度的大小成正比，則整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，子彈加速度的變化情況是（ ）,（A） 始終變小 （B） 始終變大 （C） 先變小后變大 （D） 先變大后變小,解析：根據(jù)牛頓第二定律，要討論加速度的變化，則應(yīng)討論物體所受合力的 變化，而要弄清楚物體所受合力的變化情況，首先必須清楚物體的受 力情況，故本題解答的關(guān)鍵在物體的受力分析上。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,由本題題意可知，子彈在上升和下降過(guò)程中受重力和阻力兩個(gè)力的作用。重力不變，而阻力是一個(gè)隨速度變化而變化的力。正是由于阻力的變化才導(dǎo)致了加速度的變化（a與F的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系），所以在分析子彈所受合力時(shí)，應(yīng)結(jié)合子彈的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析。而子彈的運(yùn)動(dòng)可分為上升和下降兩個(gè)階段，故應(yīng)分別討論上升階段和下落階段合力的變化。 子彈在上升階段，向下方向的重力G大小不變，而向下方向的阻力 隨上升速度的減小而減小，故子彈所受向下的合力（G）在逐漸變小；下落階段，向下的重力G大小不變，而向上的阻力 隨下落速度的增大而增大，故子彈所受向下的合力（G）仍是逐漸變小。綜合以上分析可知，子彈在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的合力始終在減小，故它的加速度也始終在減小，在以上答案中應(yīng)選擇（A）。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,三. 能力要求：（34）,例7 如圖所示，質(zhì)量為4kg的物體靜止在水平面上，物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，現(xiàn)對(duì)物體施加一大小為20N，方向與水平面成30角斜向上的拉力F作用，使物體沿水平面做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，求物體的加速度是多大？若一段時(shí)間后撤去拉力F，則撤去F后物體的加速度是多大？（g10m/s2）,解析：經(jīng)分析，拉力F作用期間物體的受力情況如圖 （1）所示。因物體只沿水平方向加速運(yùn)動(dòng) （在豎直方向未發(fā)生運(yùn)動(dòng)），故由牛頓第二定律得：,Fsin + N mg = 0 Fcos = ma = N ,聯(lián)立上面三式解得：,代入已知數(shù)據(jù)求得： a0.58m/s2,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,三. 能力要求：（35）,撤去拉力F之后一段時(shí)間內(nèi)，物體仍沿水平面向右運(yùn)動(dòng)，這期間物體的受力情況如圖（2）所示。由牛頓第二定律得：,N - mg = 0 = ma =N ,聯(lián)立上面三式可解得：ag 0.510 m/s2 5 m/s2 即撤去拉力F之后，物體以5 m/s2的加速度做勻減速直線運(yùn)動(dòng)直至停下。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,三. 能力要求：（41）,4.能區(qū)別相互作用力（作用力、反作用力）和平衡力,例8 如圖所示，物體A靜止在水平地面上，下列說(shuō)法正確的是：（ ）,A.物體對(duì)地面的壓力和它所受到的重力是一對(duì)平衡力 B.物體對(duì)地面的壓力和地面對(duì)物體的支持力是一對(duì)作用力和反作用力 C.物體受到的重力和地面對(duì)物體的支持力是一對(duì)作用力和反作用力 D.物體受到的重力和地面對(duì)物體的支持力是一對(duì)平衡力,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,解析：相互作用力（作用力、反作用力）和平衡力都具有大小相等、方向相 反、作用在一條直線上的特點(diǎn)，但它們有本質(zhì)的區(qū)別，其中最突出的兩 點(diǎn)是，作用力和反作用力分別作用在兩個(gè)不同的物體上，且必為同一種性 質(zhì)的力；而平衡力是作用在同一物體上，可以是不同性質(zhì)的力。 物體由于形變對(duì)地面的壓力（屬于彈力）作用在地面上，而物體由于地球吸引所受到的重力作用在物體上，兩者既不是一對(duì)平衡力，也不是一對(duì)作用力和反作用力；所以（A）不正確。物體對(duì)地面的壓力和地面對(duì)物體的支持力是物體和地面之間的一對(duì)相互作用力，所以（B）正確。物體受到的重力和地面對(duì)物體的支持力同是物體A受到的兩個(gè)力，物體A靜止在水平地面上，這兩個(gè)力平衡，所以（C）不正確（D）正確。,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,三. 能力要求：（51）,5.能正確運(yùn)用牛頓第三定律解答有關(guān)問(wèn)題,例9 運(yùn)用牛頓第三定律判斷，下面說(shuō)法正確的是：（ ）,（A）跳高運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)，地對(duì)人的豎直支持力大于人對(duì)地的壓力 （B）鋼絲繩吊起貨物加速上升時(shí)，鋼絲繩給貨物的力大于貨物給鋼絲繩的力 （C）籃球場(chǎng)上一個(gè)小同學(xué)撞在一個(gè)大同學(xué)身上，小同學(xué)跌倒了，而大同學(xué) 只歪了一下，這是因?yàn)榇笸瑢W(xué)撞小同學(xué)的力大于小同學(xué)撞大同學(xué)的力 （D）火車出站時(shí)加速前進(jìn)，機(jī)車對(duì)車廂的拉力等于車廂對(duì)機(jī)車的拉力,高中物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律,解析：跳高運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)，地對(duì)人的豎直支持力與人對(duì)地的壓力；鋼絲繩吊起貨 物加速上升時(shí)，鋼絲繩給貨物的力與貨