第4章 牛顿运动定律.ppt

正交分解 在很多问题中 常把一个力分解为互相垂直的两个分力 特别在物体受多个力作用时 把物体受到的各力都分解到互相垂直的两个方向上去 然后分别求每个方向上的力的代数和 这样就可把复杂的矢量运算转化成了互相垂直方向上的简单的代数运算 当物体受到多于三个力的作用而平衡时 常用正交分解法求解较为简便 2 正交分解法 定义 将一个力分解为两个相互垂直的分力的方法 y x F Fy Fx Fx Fcos Fy Fsin 优点 把复杂的矢量运算转化为简单的代数运算 多力合成的正交分解法的步骤如下 正确选择直角坐标系 通常选择共点力和作用点为坐标原点 直角坐标x y轴的选择应便尽量多的力在坐标轴上 正交分解各力 即分别将各力投影在坐标轴上 分别求x轴和y轴上各力投影的合力Fx和Fy 求出共点力合力大小和合力的方向 质量为m的物体 用水平细绳AB拉住 静止在倾角为 的固定光滑的斜面上 求物体对斜面压力的大小 解 解法一 以物体m为研究对象建立图1乙所示坐标系 由平衡条件得 Tcos mgsin 0 1 N Tsin mgcoo 0 2 联立式 1 2 解得N mg cos 所以物体对斜面压力的大小为N mg cos 解法二 以物体为研究对象 建立如图2所示坐标系 据物体受共点力的平衡条件知 Ncos mg 0 N mg coc 同理N mg cos 4 如图所示 用细绳OA和OB悬一重物 OA和OB与天花板的夹角分别为30 和60 它们所能承受的最大拉力分别为F1 1000N和F2 1500N 求 保证绳不断时 悬挂物的最大重力为多大 B 判断 COS30 F2 GG F2 COS30 1000N tan30 F1 F2 F2 F1 若F1 1000N则F2 1000N 1500N OB绳已断 所以选F2 1500N 高中物理会考复习 第四章牛顿运动定律 知识结构 第一节牛顿第一定律 知识内容 一 牛顿第一定律 1 历史上关于力和运动关系的两种不同认识 1 古希腊哲学家亚里斯多德根据人们的直觉经验提出 必须有力作用在物体上 物体才能运动 没有力的作用 物体就要停下来 认为力是维持物体运动所不可缺少的 2 伽俐略通过实验指出 没有使物体改变速度的力 物体就会保持自己的速度不变 3 伽俐略以实验为基础 经过抽象思维 把可靠的事实和严密的推理结合起来的科学方法 是物理研究的正确方向 1 定律的内容 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态 直到有外力迫使它改变这种状态为止 即包含下列三点意义 1 物体不受外力或所受外力之和为零时的状态为 匀速直线运动状态或静止状态 2 外力的作用是 迫使物体改变运动状态 3 物体具有惯性 知识内容 2 牛顿第一定律的内容及其物理意义 2 物理意义 定律反映了物体不受外力 合外力为零 作用时的运动规律 指出了力不是维持运动的原因 是迫使物体改变运动状态的原因 说明了一切物体都具有保持匀速直线运动或静止状态的性质 即惯性 课堂练习 2 下列说法正确的是A 静止或做匀速直线运动的物体 一定不受外力作用B 当物体的速度等于零时 物体一定不受外力作用C 当物体的速度发生变化时 物体一定受到了外力作用D 当物体受到的合外力为零时 物体的运动状态一定保持不变 CD 知识内容 3 火车在长直水平轨道上匀速行驶 车厢内有一人跳起 发现仍落回车上原处 这是因为A 人起跳时会受到一个向前的冲力 使人随车一起向前运动B 人起跳时车厢的地板会给人一个向前的推力 使人随车一起向前运动C 人从起跳到落回地板的过程中 在水平方向上始终具有与车相同的速度D 若火车作加速运动 人起跳后必落在起跳点的后方 CD 课堂练习 3 牛顿第一定律的应用 应用牛顿第一定律 把握力与运动的关系 力是物体运动状态改变的原因 物体的运动不需要力来维持 二 惯性 1 物体具有的性质叫 2 一切物体都有 物体在任何状态下都有 惯性是物体属性 是被克服的 保持匀速直线运动状态或静止状态 惯性 惯性 惯性 知识内容 1 惯性的概念及物理意义 固有的 不能 3 惯性在解题中的应用 车转弯 刹车 加速 人的感觉是人的惯性的缘故 课堂练习 6 下列关于惯性的说法中正确的是A 人走路时没有惯性 被绊倒时有惯性B 赛跑到终点时不能立刻停下是由于跑动时人有惯性 停下后惯性消失C 物体没有受外力作用时有惯性 受外力作用后惯性被克服D 物体的惯性与物体的运动状态及受力情况无关 D 2 惯性和质量的关系 2 惯性的大小只决定于 而与其他的因素 如温度 物态 形状 位置 速度 受力 运动状态 无关 惯性不是力 不能说物体受惯性 质量 知识内容 1 惯性的大小 是物体惯性大小的量度 也称惯性质量 质量不同的物体运动状态改变的难易程度不同 亦即惯性大小不同 同样的外力作用下 质量大的物体 运动状态难改变 惯性大 质量小的物体 运动状态容易改变 惯性小 质量 课堂练习 7 下列情况不可能存在的是A 物体的质量很小而惯性很大 B 物体的速度很大而惯性很小C 物体的体积很小而惯性很大 D 物体所受外力很大而惯性很小 A 二 惯性 1 物体具有的性质叫 2 一切物体都有 物体在任何状态下都有 惯性是物体属性 是被克服的 保持匀速直线运动状态或静止状态 惯性 惯性 惯性 知识内容 1 惯性的概念及物理意义 固有的 不能 3 惯性在解题中的应用 车转弯 刹车 加速 人的感觉是人的惯性的缘故 第二节牛顿第二定律 知识内容 一 运动状态的改变 1 运动状态改变的含义 1 一个物体的速度不变 就说物体的运动状态没有改变 而如果一个物体的速度改变了 就说物体的运动状态改变了 2 速度是矢量 故无论是速度的大小改变 或速度的方向改变 或两者同时都改变 都说物体的运动状态改变了 3 物体的运动状态改变了 也就是物体有了加速度 课堂练习 9 做下列哪种运动的物体 其运动状态保持不变 A 加速度恒定的运动 B 速率不变的曲线运动C 沿直线的往复振动 D 速度恒定的运动 D 课堂练习 11 在光滑的水平面上有一静止的物体 现向物体施以水平方向的作用力 在力开始作用在物体上的一瞬间A 物体同时具有加速度和速度 B 物体获得速度 加速度仍为零C 物体获得加速度 速度仍为零 D 物体的速度和加速度均为零 C 12 关于运动和力的关系 下列说法正确的是A 当物体所受合外力不变时 运动状态一定不变B 当物体所受合外力为零时 速度大小一定不变C 当物体运动轨迹发生弯曲时 一定受到了外力D 当物体速度为零时 所受合外力一定为零 BC 二 牛顿第二定律 1 牛顿第二定律的内容 表达式及其物理意义 2 表达式 矢量式 F合 ma 1 物体的加速度与外力成正比 与物体的质量成反比 加速度的方向跟引起这个加速度的合外力的方向相同 知识内容 标量式 Fx maxFy may 正交分解式 注意 F合为物所受 不是所施的 外力 不是内力 的合力 不是分力 Fx是合外力在x轴上的分量 Fy是合外力在y轴上的分量 ax是a在x轴上的分量 ay是a在y轴上的分量 课堂练习 14 下列叙述中正确的是A 由F ma可知 物体受到的合外力与物体质量和加速度成正比B 由F ma可知 物体的加速度与物体受到的合外力成正比C 由F ma可知 物体的加速度与物体受到的合外力方向一致D 由m F a可知 物体的质量与物体所受的合外力成正比 与物体的加速度成反比 BC 课堂练习 15 如图所示 重10N的物体向右运动 物体与水平面之间的动摩擦因数 0 10 若外加一水平向左的力F 2 0N 则此时物体的加速度大小为 g取10m s2 A 0 20m s2B 0 30m s2C 0 10m s2D 3 0m s2 D 1 应用牛顿运动定律解题有两类问题 已知受力情况求运动情况 已知运动情况求受力情况 分析解决这两类问题的关键 应抓住受力情况和运动情况之间的联系桥梁 加速度 分析思路 受力情况 合力F合 a 运动情况 F合 ma 运动学公式 2 牛顿第二定律的应用 知识内容 做好两项分析 受力分析与运动分析 正确选取研究对象 灵活地运用整体法与局部隔离法 运用数学 确定研究对象 分析物体的运动情况 应用牛顿第二定律和运动学公式列方程 统一单位代入数据求解 解题步骤 知识内容 对研究对象进行受力分析 明确运动性质 及初 末状态的参量 包括速度 加速度 画出受力图 不多力也不少力 可以以某一个物体为对象 也可以以几个物体组成的质点组为对象 设每个质点的质量为mi 对应的加速度为ai 则有 F合 m1a1 m2a2 m3a3 mnan 基本例题 一个原来静止的物体m 10kg 受到4牛的水平拉力的作用 求3秒末的速度和3秒内的位移 G N F 解 F maa F m 4 10m s2 0 4m s2vt at 0 4 3m s 1 2m ss 1 2 0 4 32m 1 8m 题目类型 已知物体的受力情况 求物体的运动情况 解题步骤 1 明确研究对象 2 分析研究对象的受力情况 画出受力图 3 求出合力 4 应用牛顿第二定律求加速度 5 应用运动学公式求解 课堂例题 把一个重500N的木箱放在水平地板上 木想和地板间的动摩擦因数u 0 20 如图所示 用一个与水平面成30度角斜向上方的力F拉这个木箱 使木箱在水平地板上做匀速直线运动 求拉力F 解 木箱在竖直方向上没有加速度 在竖直方向上合力为零 N F2 GN G F2 G Fsin300水平方向上合力为零 F1 f 0Fcon300 u G Fsin300 0F uG con300 usin300 0 20 500 3 2 0 20 1 2 N F G N f y F2 F1 x 课堂应用 基本例题 一辆质量为1000kg的汽车 以10m s的速度行驶 现在让它在12 5m的距离内匀减速地停下来 求所需要的阻力 解题步骤 1 明确研究对象 2 应用运动写公式求出物体的加速度 3 应用牛顿第二定律求出合力 4 分析研究对象的受力情况 画受力图 5 求出力 f 解 根据vt2 v02 2as得a vt2 v02 2s 0 102 2 12 5m s2 f ma m vt2 v02 2s 1000 0 102 2 12 5N 4000N 问题类型 已知物体的运动情况 求物体的受力情况 课堂例题 知识内容 3 在理解与运用牛顿第二定律时 应注意以下四点 瞬时性 有力时才有加速度 外力一旦改变 加速度也立即改变 力与加速度的因果对应具有同时性 从时间效应上说 加速度与力是瞬时对应的 矢量性 它们的矢量关系式F合 ma中的 不仅确定了加速度与产生它的力在量值上的因果关系 也确定了加速度的方向与产生它的力的方向总是一致的 什么方向的力产生什么方向的加速度的因果关系 而物体运动的方向与合外力方向并没有必然的联系 力与加速度都是矢量 牛顿第二定律表述的是 知识内容 独立性 产生一个加速度 物体在某个方向受到什么样的力 就会在这个方向产生什么样的加速度 牛顿运动定律支配着每一个力与它所产生的加速度的关系 不会因为有其他的力的存在而使这种因果关系有所改变 当物体受到几个力的作用时 每个力各自会 适用性 不能用来处理高速运动问题 只适用于宏观物体 一般不适用于微观粒子 必须选取相对于地球保持静止或匀速直线运动的物体为参照系 即惯性参照系 不能取非惯性参照系 牛顿定律只适用于解决物体的低速运动问题 课堂练习 B 21 从匀速上升的气球上掉下一物体 在掉下的瞬间 物体相对地面将具有A 方向向上的速度和向上的加速度 B 方向向上的速度和向下的加速度C 方向向下的速度和向下的加速度 D 方向向下的速度和向上的加速度 课堂练习 22 用枪竖直向上射出一粒子弹 设空气阻力与子弹的速度成正比 子弹从射出点升到最高点 又落回射出点 在此过程中 子弹具有最大加速度的时刻是A 子弹刚出枪口时 B 子弹在最高点时C 子弹回到射出点时 D 条件不足 不能确定 A 知识内容 4 超重与失重 1 视重 若物体放在水平面上或用一根绳子吊起 他所受得到支持力或拉力称为视重 若物体在这些情况下相对于地球静止 则N T mg 不超重也不失重 2 超重与失重 如右图 物在拉力T作用下沿竖直方向作加速运动 取加速度方向为正 则有 物向上加速 T mg maT m g a mg超重 物向上减速 mg T maT m g a mg失重 物向下加速 mg T maT m g a mg失重 物向下减速 T mg maT m g a mg超重 知识内容 注意 解此类问题的关键是取加速度的方向为正 超中失重现象与物体运动方向无关只取决于物体加速度的大小和方向 常见的超重与失重现象 过桥 飞船上升 下降 超重 在轨道上运行 完全失重 等问题 课堂练习 B 35 2004年 我国成功地发射了第一艘人飞船 神舟 号飞船 它由新型长征运载火箭发射升空 则A 火箭是由大气向上推动升空的B 火箭是由其喷出的燃气向上推动升空的C 火箭是由发动机向上牵引升空的D 火箭是由外星向上吸引升空的 知识内容 第三节牛顿第三定律 1 牛顿第三定律的内容 物体之间的作用力和反作用力总是大小相等 方向相反 作用在一条直线上 2 作用力和反作用力的关系 同时性 相等性 反向性 同性质 课堂练习 32 传动皮带把物体从低处送到高处的过程中 物体与皮带间的作用力与反作用力对数共有A 一对 B 二对 C 三对 D 四对 B 课堂练习 知识内容 3 牛顿第三定律的应用 作用力与反作用力总是成对同时出现的 只要有力 这个力一定有反作用力 根据牛顿第三定律 就可以知道它的反作用力的大小和方向 找到这个力的施力者 就可以知道反作用力的受力者 作用力与反作用力相同的是大小和性质 而不是作用效果 4 作用力 反作用力和一对平衡力的关系 作用力和反作用力一对平衡力 作用对象作用在不同的物体上作用在相同的物体上 力的性质性质相同性质不一定相同 力的变化同时产生 同时消失不一定同时 力的效果 知识内容 一对作用力和反作用力与一对平衡力都有 大小相等 方向相反 作用在一直线 的特点 极易混淆 可从以下四个方面将它们加以区别 一个力的平衡力有可能是一个 也有可能是几个力的合力 对同一物体产生的作用 效果可以互相抵消 合力为零 一个力的反作用力只有一个 对各物体的作用效果不可抵消 不可求合力 课堂练习 36 两个小球A和B 中间用弹簧连接 并用细线悬于天花板上 如图 下面四对力中 属于平衡力的是A 绳对A的拉力和弹簧对A的拉力B 弹簧对B的拉力和B对弹簧的拉力C 弹簧对A的拉力和弹簧对B的拉力D 弹簧对B的拉力和B的重力 D 课堂练习 38 如图所示 一物块放在劈形物体上不动 它们各自的受力情况已经画出 下面的说法正确的有A f1和f2是一对作用力和反作用力 B N1和G1 是一对平衡力C G2和N3是一对平衡力 D Gl的反作用力作用在地球上 ABD 课堂练习 39 马拉车在水平路面上做直线运动 下列说法中正确的是 A 加速前进时 马向前拉车的力大于车向后拉马的力 B 马拉车的力和车拉马的力大小相等 方向相反 在同一直线上 是一对平衡力 C 马拉车的力和车拉马的力是同时产生的 D 马拉车的力和车拉马的力是不同性质的力 C 知识内容 第四节力学单位制 1 基本单位和导出单位 1 基本单位 被选