高中物理必修 第三章 第一讲 牛顿第一定律 牛顿第三定律.ppt

1复习时应准确理解牛顿运动定律及应用牛顿运动定律 解决问题的基本思路和方法，能熟练地按照这一思路 和方法解决经常遇到的问题(动力学两类问题，超、失 重问题及临界问题)，逐步培养分析问题、解决问题的 能力 2本章涉及到研究问题的方法较多，如理想实验法及整 体法、隔离法等，要认真领会这些方法，并且将知识 和方法有机结合起来.,一、牛顿第一定律 1内容：一切物体总保持 状态或 状态，除 非作用在它上面的力迫使它改变这种状态,2使用范围：宏观、低速运动的物体，物体处于 参 考系,匀速直线运动,静止,3意义 (1)指出了一切物体都有 ，因此牛顿第一定律又叫 定 律 (2)指出力不是 物体运动状态的原因，而是 物体运动 状态的原因，即产生加速度的原因,惯性,惯性,惯性,维持,改变,4惯性 (1)定义：物体具有的保持原来 状态或 状态 的性质 (2)惯性的性质：惯性是一切物体都具有的性质，是物体的 属性，与物体的运动情况和受力情况 (3)惯性的表现：物体不受外力作用时，有保持静止或匀速直 线运动状态的性质；物体受到外力作用时，其惯性的大小 表现在运动状态 的难易程度上 (4)惯性大小的量度： 是惯性大小的唯一量度， 的 物体惯性大， 的物体惯性小,匀速直线运动,静止,固有,无关,改变,质量,质量大,质量小,1物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形 式表现出来 2惯性与物体是否受力、怎样受力无关，与物体是否运动、 怎样运动无关，与物体所处的地理位置无关，惯性大小 仅由质量决定,二、牛顿第三定律 1作用力和反作用力：两个物体之间的作用总是 的， 一个物体对另一个物体施加了力，后一个物体一定同时 对前一物体也施加了力力是物体与物体间的相互作 用物体间相互作用的这一对力通常叫做作用力和反作 用力,2内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小 ， 方向 ，作用在 直线上,相互,相反,同一条,相等,1牛顿第一定律演绎了力的概念 力是改变物体运动状态的原因(运动状态指物体的速度)， 又根据加速度定义：a ，有速度变化就一定有加速 度，所以可以说：力是使物体产生加速度的原因 2牛顿第一定律导出了惯性的概念 一切物体都有保持原有运动状态的性质，这就是惯性惯 性反映了物体运动状态改变的难易程度(惯性大的物体运 动状态不容易改变)质量是物体惯性大小的唯一量度,3牛顿第一定律描述的是理想化状态 牛顿第一定律描述的是物体在不受任何外力时的状态 而不受外力的物体是不存在的物体不受外力和物体 所受合外力为零是有区别的，所以不能把牛顿第一定 律当成牛顿第二定律在f0时的特例,4惯性定律与惯性的不同 (1)惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质，是物体 的固有属性与物体的受力情况、运动情况无关惯性的 大小反映了物体保持原来运动状态本领的大小，只与质 量有关 (2)惯性定律(牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运 动规律,1牛顿第一定律是以伽利略的“理想实验”为基础，经过 科学抽象，归纳推理而总结出来的，是一种理想状况下 的规律. 2惯性不是力，它和力是两个不同的概念,1下列说法中正确的是 ( ) a物体所受的力越大，它的惯性越大 b物体匀速运动时，存在惯性；物体变速运动时，不 存在惯性 c静止的火车启动时速度变化缓慢，是因为物体静止 时惯性大 d物体的惯性大小只与物体的质量有关，与其他因素 无关,解析：惯性是物体的固有属性，质量是物体惯性大小的 唯一量度，与是否受力无关，与物体速度大小及变化都 无关d选项正确,答案：d,1作用力和反作用力的关系 (1)两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相 反，作用在同一条直线上 (2)作用力与反作用力总是成对出现，同时产生，同时变化， 同时消失 (3)作用力和反作用力作用在两个不同的物体上，各自产生其 效果，永远不会抵消 (4)作用力和反作用力是同一性质的力,(5)物体间的相互作用力既可以是接触力，也可以是“场” 力定律内容可归纳为：作用力与反作用力“三同三 不同” “三同”是：大小相同；性质相同；出现、存在、消失 的时间相同 “三不同”是：方向不同；作用的对象不同；作用的效 果不同,2相互作用力与平衡力的比较,比较 内容,1区别作用力和反作用力与平衡力，最直观的方法是看 作用的物体，一对平衡力作用在同一个物体上，作用 力和反作用力作用在两个物体上 2大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，作用在 两个物体上的力，不一定是一对作用力和反作用力,2跳高运动员蹬地后上跳，在起跳过程中 ( ) a运动员蹬地的作用力大小大于地面对他的支持力大小 b运动员蹬地的作用力大小等于地面对他的支持力大小 c运动员所受的支持力和重力相平衡 d运动员所受的合力一定向上,解析：运动员蹬地的作用力与地面对他的支持力是作用力和反作用力，大小相等，方向相反，b正确、a错误；运动员起跳过程，是由静止获得速度的过程，因而有竖直向上的加速度，合力竖直向上，运动员所受的支持力大于重力，d正确、c错误,答案：bd,16世纪末，伽利略用实验和推理，推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开启了物理学发展的新纪元在以下说法中，与亚里士多德观点相反的是 ( ),a四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快；这说明，物体 受的力越大，速度就越大 b一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下 来；这说明，静止状态才是物体不受力时的“自然状 态” c两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快 d一个物体维持匀速直线运动，不需要力,思路点拨 牛顿第一定律指出力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因,课堂笔记 亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，力越大，物体运动得越快，没有力的作用，物体将会逐渐停下来，故a、b、c均是亚里士多德的观点，只有d中说法与亚里士多德的观点相反,答案 d,通过牛顿第一定律进一步理解力的作用效果和物体惯 性的意义，以及影响运动的因素.,如图311所示，水平力f把 一个物体紧压在竖直的墙壁上静止不动， 下列说法中正确的是 ( ) a作用力f跟墙壁对物体的压力是一 对作用力与反作用力 b作用力f与物体对墙壁的压力是一对平衡力 c物体的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力 d物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是一对作用力 与反作用力,思路点拨 作用力和反作用力与平衡力的最显著区别是作用力、反作用力分别作用在相互作用的两个物体上，而平衡力是作用在同一物体上，且合力为零,课堂笔记 作用力f跟墙壁对物体的压力均作用在同一个物体上，是一对平衡力，a错误；物体对墙壁的压力的受力物体为墙壁，不可能与对物体的作用力f为一对平衡力，b错误；物体的重力与墙对物体的静摩擦力均作用在物体上，且等大反向，是一对平衡力，c正确；由作用力与反作用力的定义可知，d也正确,答案 cd,等大反向的两个力不一定是平衡力，也不一定是作用力与反作用力，这时还要判断是作用在同一物体上，还是作用在两个物体上.,(10分)一个箱子放在 水平地面上，箱内有一固定的竖直 杆，在杆上套着一个环，箱与杆的 质量为m，环的质量为m，如图312所示，已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为ff，则此时箱子对地面压力大小为多少？,思路点拨 箱子对地面的压力与地面对箱子的支持力是作用力与反作用力因此，只要以箱子为研究对象求出地面对箱子的支持力即可得到答案,解题样板 环在竖直方向上受力情况如图313(甲)所示，环受重力及杆给它的竖直向上的摩擦力ff，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力ff，故箱子在竖直方向上受力情况如图(乙)所示，受重力mg、地面对它的支持力fn，及环给它的摩擦力ff，由平衡条件知： fnmgff (3分) ffff(2分),再由牛顿第三定律可得箱子对地面的压力为 fnfn (3分) fnmgff. (2分),答案 mgff,求解某力时，如果直接研究其受力物体，因受力情况 复杂或未知量太多，不能求解时，可以反过来求其反作用 力，然后再根据牛顿第三定律求解,1下列关于牛顿第一定律的说法中，正确的是 ( ) a牛顿第一定律是实验定律 b牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因 c惯性定律和惯性的实质是相同的 d物体的运动不需要力来维持,解析：牛顿第一定律是根据客观事实，以实验为基础，通过科学抽象归纳推理总结出来的，而不是实验定律，故a项错力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因，故b、d项正确惯性是物体的固有属性，惯性定律反映的是在一定条件下的运动规律，故c项错误,答案：bd,2(2010临沂模拟)用计算机辅助实验系统(dis)做验证牛顿第 三定律的实验，如图314所示是把两个测力探头的挂钩 钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结 果观察分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲 线，以下结论正确的是 ( ) a作用力与反作用力是同时作用的 b作用力与反作用力作用在同一物体上 c作用力与反作用力大小相等、方向相反 d作用力与反作用力的合力大小为零,解析：根据牛顿第三定律和图象判断，可知，a、c正确 作用力和反作用力是两个物体之间的相互作用，分别作用 在两个物体上，无法用一个等效的力及合力来代替这两个 力，故b、d错,答案：ac,3(2010宁波模拟)下列关于惯性的各种说法中，你认为 正确的是 ( ) a抛出去的标枪、手榴弹等是靠惯性向远处运动的 b在完全失重的情况下，物体的惯性将消失 c将手中的球由静止释放后，球能竖直加速下落，说明 力是改变物体惯性的原因 d材料不同的两个物体放在地面上，用一个相同的水平 力分别推它们，则难以推动的物体惯性大,解析：抛出去的标枪、手榴弹等因有惯性要继续向前运动，a正确；质量是物体惯性大小的量度，不会因失重而改变，b、c均错误；因两物体材料不同，物体与地面间的动摩擦 因数不同，故用同样的水平力推不动的不一定是质量大的， d错误,答案：a,4关于运动和力的关系，下列说法中正确的是 ( ) a物体静止在水平桌面上，它必定不受任何力的作用 b如果没有受到任何力，运动的物体将以同一速度沿着 一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向 c物体如果向正北方运动，其受外力方向必定指向正北 d力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度的 原因,解析：由牛顿第一定律可知，当物体不受外力作用时(或所受合外力为零时)，物体保持匀速直线运动状态或静止状态不变，当物体的运动状态发生改变时，必定是受到了外力的作用，故b、d正确；物体静止在水平面上，所受合外力为零，并非不受任何力的作用，选项a错误；物体的运动并不靠力来维持，物体向北运动，并非一定受向北的外力作用，所以c错误,答案：bd,5关于物体的惯性，下列说法正确的是 ( ) a运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体 的速度越大， 惯性也越大 b静止的火车启动时，速度变化慢，是因为静止的物 体惯性大 c乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性很小的缘故 d物体受到的外力大，则惯性小；物体受到的外力小， 则惯性大,解析：惯性是物体本身的一种属性，与外界因素(受力大小、所处环境)无关，故选项d错误运动速度大的物体不能很快停下来，是因为在相同外力作用下从较大的速度变为静止，速度的改变量大，需要较长的时间，并不是因为速度大，惯性大，选项a错误静止的火车启动时速度变化缓慢，是因为火车质量大，惯性大，而不是因为静止的物体惯性大，选项b错误乒乓球可以快速抽杀，是因为其质量小，惯性小，在相同的外力作用下，运动状态容易改变，由此可见只有选项c正确,答案：c,一、牛顿第二定律 1内容：物体加速度的大小跟作用力成 ，跟物体的 质量成 ，加速度的方向跟 的方向相同,2表达式：fma. 3物理意义：反映物体运动的加速度大小、方向与所受 的关系,正比,反比,作用力,合外力,4适用范围 (1)牛顿第二定律仅适用于 参考系(相对地面静止或做匀 速直线运动的参考系) (2)牛顿第二定律仅适用于宏观物体 运动的情况,5两类应用 牛顿第二定律将物体的 情况和受力情况联系起来 (1)已知物体的 情况，求物体的运动情况 (2)已知物体的 情况，求物体的受力情况,惯性,运动,受力,运动,低速,应用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速 度的“桥梁” 作用，将运动学规律和牛顿第二定律相结 合，寻找加速度和未知量的关系,二、力学单位制 1单位制：由 单位和 单位一起组成了单位制,基本,导出,2基本单位：基本物理量的单位基本物理量共七个，其 中力学有三个，它们是 、 、 ，它们的单位 分别是 、 、 .,质量,时间,长度,s,m,3导出单位：由基本物理量根据 推导出来的其 他物理量的单位,物理量关系,kg,4国际单位制中的基本物理量和基本单位(高中阶段所学),1瞬时性 牛顿第二定律表明了物体的加速度与物体所受合外力的瞬 时对应关系a为某一瞬时的加速度，f即为该时刻物体所 受的合外力 2矢量性 任一瞬间a的方向均与f合的方向相同当f合方向变化 时，a的方向同时变化，且任意时刻两者均保持一致,3同一性 (1)加速度a相对于同一惯性系(一般指地面) (2)fma中，f、m、a对应同一物体或同一系统 (3)fma中，各量统一使用国际单位制单位 4独立性 (1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛 顿第二定律 (2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和 (3)分力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律， 即：fxmax，fymay.,1力和加速度的瞬时对应性是高考的重点物体的受力情 况物体的运动状态应对应，当外界因素发生变化(如撤力、 变力、断绳等)时，需重新进行运动分析和受力分析，切忌 想当然！ 2细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能发生突变,1如图321所示，物体a、b质量均为m，中间 有一轻质弹簧相连，a用绳悬于o点，当突然剪断 oa绳时，关于a物体的加速度，下列说法正确的 是 ( ) a0 bg c2g d无法确定,解析：剪断绳前，绳中拉力为2mg，弹簧中的弹力为mg 向下，剪断绳后，绳中拉力突然消失，而其他力不变， 故物体a所受合力的大小为向下的2mg，加速度为向下的 2g，故c正确,答案：c,1基本方法 (1)明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点，如果是 比较复杂的问题，应该明确整个物理现象是由几个物理 过程组成的，找出相邻过程的联系点，再分别研究每一 个物理过程 (2)根据题意，确定研究对象，进行分析，并画出示意图 图中应注明力、速度、加速度的符号和方向对每一 个力都应明确施力物体和受力物体，以免分析力时有 所遗漏或无中生有,(3)应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常先用表示物 理量的符号运算，解出所求物理量的表达式来，然后将 已知物理量的数值及单位代入，通过运算求结果应事 先将已知物理量的单位都统一采用国际单位制中的单位 (4)分析流程图,2应用牛顿第二定律的解题步骤 (1)明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，选出被 研究的物体 (2)分析物体的受力情况和运动情况，画好受力分析图，明 确物体的运动性质和运动过程 (3)选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正方 向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向 (4)求合外力f合 (5)根据牛顿第二定律f合ma列方程求解，必要时还要对结 果进行讨论,1加速度起到了力和运动间的“桥梁”作用，即无论哪类 动力学问题，分析时都要“经过”加速度 2物体的运动情况由受力情况及物体运动的初始情况共同 决定,2一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下，山坡的倾 角30，滑雪板与雪地的动摩擦因数是0.04 ， 求滑雪人5 s内滑下来的路程和5 s末的速度大小 (g取10 m/s2),解析：以滑雪人为研究对象，受力情况如图所示 研究对象的运动状态为：垂直于山坡方向，处于平衡；沿山坡方向，做匀加速直线运动 将重力mg沿垂直于山坡方向和沿山坡方向进行分解， 据牛顿第二定律列方程 fnmgcos0 mgsinffma 因为fffn ,故由可得：ag(sincos) 故 x at2 g(sincos)t2 10 ( 0.04 )52 m58 m vat10 ( 0.04 )5 m/s23.3 m/s.,答案：58 m 23.3 m/s,(2010广东外国语学校模拟)在动摩擦因数0.2的水平面上有一个质量为m1 kg的小球，小球与水平轻弹簧及与竖直方向成45角的不可伸长的轻绳一端相连，如图322所示此时小球处于静止平衡状态，且水平面对小球的弹力恰好为零，当剪断轻绳的瞬间，取g10 m/s2.求： (1)此时轻弹簧的弹力大小； (2)小球的加速度大小和方向； (3)在剪断弹簧的瞬间小球的 加速度的大小,思路点拨 解答本题时应注意以下两点： (1)当其他力变化时，弹簧的弹力不能在瞬间发生变化； (2)当其他力变化时，细绳上的拉力可以在瞬间发生变化,课堂笔记 (1)水平面对小球的弹力为零，小球在绳没有断时受到绳的拉力ft、重力mg和弹簧的弹力fn作用而处于平衡状态，依据平衡条件得 竖直方向有：ftcosmg， 水平方向有：ftsinfn， 解得弹簧的弹力为：fnmgtan10 n,(2)剪断绳后小球在竖直方向仍平衡，水平面支持力与重力平衡fnmg， 由牛顿第二定律得小球的加速度为： a 8 m/s2，方向向左 (3)在剪断弹簧的瞬间，小球立即受地面支持力和重力，且二力平衡，加速度为0.,答案 (1)10 n (2)8 m/s2 方向向左 (3)0,利用牛顿第二定律求瞬时加速度时，关键是分析此时物体的受力情况，同时注意细绳和弹簧的区别.,如图323所示，一质量为m的物块放在水平地面上，现在对物块施加一个大小为f的水平恒力，使物块从静止开始向右移动距离x后立即撤去f，物块与水平地面间的动摩擦因数为.求： (1)撤去f时，物块的速度大小； (2)撤去f后，物块还能滑行多远？,思路点拨 分析物块在撤去f前后的受力情况，由牛顿第二定律求出物块的加速度，然后根据运动学公式进行求解,课堂笔记 (1)设撤去f时物块的速度大小为v，根据牛顿第二定律，物块的加速度a 又由运动学公式v22ax 解得v (2)撤去f后物块只受摩擦力，做匀减速运动至停止，根据牛顿第二定律，物块的加速度 a g 由运动学公式v2v22ax，且v0 解得x( 1)x,答案 (1),在解决两类动力学的基本问题时，不论哪一类问题， 都要进行受力分析和运动情况分析，如果物体的运动加速 度或受力情况发生变化，则要分段处理，此时加速度或受 力改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量,(14分)飞船返回舱返回时，打开降落伞后进行竖直减速下降，这一过程若返回舱所受空气阻力与速度的平方成正比，比例系数为k.从某时刻起开始计时，返回舱的vt图象如图324所示，图中ae是曲线在a点的切线，切线交横轴于一点e，其坐标为(8,0)，cd是ab的渐近线，返回舱质量m400 kg，g取10 m/s2.试问： (1)返回舱在这一阶段做什么运动？ (2)设在初始时刻va120 m/s， 此时它的加速度多大？ (3)写出空气阻力系数k的表达式并计算其值,思路点拨 解答本题时应注意以下三点： (1)ae切线斜率的含义； (2)渐近线cd的含义； (3)返回舱受力情况分析,解题样板 (1)由题中图象可以看出曲线切线的斜率逐渐减小，说明这一阶段返回舱做加速度逐渐减小的减速运动，最终做匀速运动(4分) (2)在初始时刻，va120 m/s，过a点的切线的斜率即为此时的加速度大小，a 15 m/s2(2分) (3)返回舱最终做匀速运动，选向下为正方向根据平衡条件得mg 0(3分) 在a点时有mg ma (3分) 由两式得k 代入数据解得k0.42 kg/m. (2分),答案 (1)见解题样板 (2)15 m/s2 (3)k 0.42 kg/m,牛顿第二定律与vt图象相结合的问题，一般先由 vt图象分析物体的加速度及其变化规律，再由牛顿第二定律列方程求解问题，或者先由牛顿第二定律分析加速度及其变化规律，再作出vt图象,1下列对牛顿第二定律的表达式fma及其变形公式的理 解，正确的是 ( ) a由fma可知，物体所受的合力与物体的质量成正 比，与物体的加速度成正比 b由m 可知，物体的质量与其所受合力成正比， 与其运动的加速度成反比 c由a 可知，物体的加速度与其所受合力成正 比，与 其质量成反比 d由m 可知，物体的质量可以通过测量它的加 速度和它所受的合力而求出,解析：fma和m 都是计算式合外力f与m、a无关，质量m由物体决定，与f、a无关，a、b错，d对由牛顿第二定律知，c对,答案：cd,2关于国际单位制的下列说法中不正确的有 ( )