第四章运动和力

第四章认识力和运动之间的关系 4 1牛顿第一定律 4 2牛顿第二定律 4 3超重和失重 4 1牛顿第一定律 一 牛顿第一定律的来源二 牛顿第一定律 1 没有力作用在物体上 物体的运动就会停止吗 一 牛顿第一定律的来源 2 没有力 物体能一直运动下去 伽利略理想斜面实验 伽利略理想实验 二 牛顿第一定律 1 牛顿第一定律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 这就是牛顿第一定律 物体有保持匀速直线运动或静止状态的性质 这种性质叫做惯性 因此牛顿第一定律也叫做惯性定律 2 惯性和质量 质量是物体惯性大小的量度 人们通过增大或减小物体质量 可以改变物体的惯性大小 惯性只跟物体的质量有关 与物体的运动状态无关 开始 开始 惯性 3 力是改变物体运动状态的原因由牛顿第一定律可知 物体的运动并不需要力来维持 但是 力能迫使物体运动状态发生改变 匀速直线 静止质量 惯性 力惯性因为惯性 身体继续向前运动 而脚因为碰到障碍物停下来 所以会摔倒 4 2牛顿第二定律 一 加速度与力的关系二 加速度与质量的关系三 牛顿第二定律 牛顿第一定律指出 力不是维持物体运动的原因 而是改变物体运动状态的原因 而运动状态的变化可以用加速度来描述 由此可得出结论 力是使物体产生加速度的原因 物体的运动状态发生变化 即产生加速度 加速度的大小可能与哪些因素有关呢 力 是促使物体运动状态改变的原因 力似乎 促使 加速度的产生 质量是物体惯性的量度 而惯性是保持运动状态不变的性质 所以质量似乎 阻碍 加速度的产生 知识回顾 a可能与F m有关系 猜想 比较小汽车和火车 小汽车 质量小 惯性小起动时运动状态相对易改变 火车 质量大 惯性大 动力大 起动时运动状态相对难改变 a F m三者的关系 1 研究方法 控制变量法 a 与 F m 二个物理量均有关系 应该从何处入手呢 所以本次的探究思路自然而然地确定为两个方面 一是探究质量一定时 加速度与受力的关系 二是探究受力一定时 加速度与质量的关系 最后综合得出三者的关系 控制变量法 在初中阶段我们研究 欧姆定律 导体电阻的影响因素 时都接触到一种方法 a F m三者的关系 一 加速度与力的关系 二 加速度与质量的关系 例如 用同样大小的牵引力来起动车辆时 空车起动得快 即获得的加速度大 重车起动得慢 即加速度小 1 牛顿第二定律物体的加速度跟物体所受的力成正比 跟物体的质量成反比 加速度的方向与力的方向相同 数学表达式为F ma或a 国际单位制中 质量 加速度 力的单位分别是kg m s2和N 三 牛顿第二定律 说明 1 加速度的方向与力的方向恒相同 例如 物体斜向抛出后 重力加速度方向还总是竖直向下的 2 加速度和力瞬时对应 例如 自由落体运动中 物体到达最高点时 速度为零 但重力依然存在 加速度仍为g 其实物体往往不止受到一个力的作用 物体受几个力作用时 牛顿第二定律公式F ma中的F表示合力 这样我们可以把牛顿第二定律内容表述为 物体的加速度跟物体所受的合力成正比 跟物体的质量成反比 加速度的方向跟合力的方向相同 即F合 ma 关于牛顿第二定律的说明 1 同体性 a与F合 m都属于同一物体 即研究对象统一性 矢量性 a F合都是矢量 注意 a的方向与F合方向一定相同 v的方向与F合方向不一定相同 若v F合的方向相同 物体做加速运动若v F合的方向相反 物体做减速运动 前面第一章我们已学过 a v同向 加速 a v反向 减速a的方向与F合方向一定相同所以 我们可得出这样的结论 2 矢量性 a与F合方向恒相同 3 瞬时性 a与F合是瞬时对应关系 同时产生 同时消失 同时变化 a F合 四 力和运动的关系 由牛顿第二定律可知 物体的受力决定加速度 只要已知物体的受力 就可以知道物体将要发生的运动 当合力为零时 物体加速度就为零 物体将静止或做匀速直线运动 例如 小冰块在很光滑的冰面上运动时 可认为所受合力为零 做匀速直线滑行 当合力不为零时 物体存在加速度 物体做变速运动 例如 汽车起动或刹车时 合力不为零 做变速运动 牛顿第一定律 练习 1 下列说法中正确的是 物体所受合外力为零 物体的速度必为零 物体所受合外力越大 物体的加速度越大 速度也越大 物体的速度方向一定与物体受到的合外力的方向一致 物体的加速度方向一定与物体所受到的合外力方向相同 牛顿第二定律 2 下面说法正确的是 A 同一物体所受合外力越大 加速度越大 B 同一物体所受合外力越大 速度也越大 C 物体在外力作用下做加速直线运动 当合外力逐渐减小时 物体的加速度逐渐减小 物体的速度也逐渐减小 D 物体的加速度大小不变一定受恒力作用 五 小结 牛顿第二定律 实验验证 方法 控制变量法 m一定时 a正比于F F一定时 a反比于m 公式和内容 矢量性 同一性 公式 F ma 内容 物体的加速度跟所受合力成正比 跟物体的质量成反比 方向与合力方向相同 瞬时性 特性 合力 1 2 3 4 质量 牛顿第二定律 相同 零 匀速直线运动或静止 不为零 变速运动 1 已知 求 解 2 已知 求 解 4 3超重和失重 牛顿第二定律确定了力和运动的关系 以加速度为纽带 把物体的受力与运动联系起来 根据牛顿第二定律 结合运动学的规律 如果己知物体的受力 就可以确定物体的运动 反之 如果己知物体的运动 也可以确定物体的受力 例题物体受两个互为120 大小均是10N的两个力的作用 物体的质量为2kg 求物体的加速度的大小 例题如图 一物体的的质量为2kg 放在粗糙的水平面上 在水平拉力F 4N的作用下由静止开始运动 运动过程中物体受的摩擦力为1N 求物体在4秒末的速度和4秒内的位移 解物体受力如图所示 由于物体在水平面内运动 竖直方向支持力和重力相平衡 物体的合力在水平方向 由牛顿第二定律得F f ma所以m s2物体在4秒末的速度和4秒内的位移分别为vt at 1 5 4 6m ss 例题一辆2000kg的小轿车在平直的路面上以30m s的速度行驶 某时刻关闭发动机 同时刹车 轿车开始匀减速运动 经过20s停止 求关闭发动机后的阻力是多大 解由题给条件 v0 30m s vt 0 t 20s根据运动学公式得负号表示加速度方向与初速度方向 选定的正方向 相反 轿车刹车后的受力如图 由牛顿第二定律可得 f ma 2000 1 5 解得f 3000N 例题如图 用一只弹簧秤悬挂一质量2kg的物体 确定在下列运动中弹簧秤的读数 1 静止或匀速直线运动 2 以1m s2的加速度匀加速上升 3 以1m s2的加速度匀加速下降 解 1 物体静止或匀速直线运动 加速度为零 物体的合力为零 即T mg 0 所以拉力T mg 2 9 8 19 6N弹簧秤的读数为19 6N 此读数等于物体的重力 2 当物体以1m s2的加速度匀加速上升时 由牛顿第二定律得 T mg ma即T mg ma 2 9 8 2 1 21 6N弹簧秤的读数为21 6N 此读数大于物体的重力 3 当物体以1m s2的加速度匀加速下降时 由牛顿第二定律得 mg T ma即T mg ma 2 9 8 2 1 17 6N弹簧秤的读数为17 6 此读数小于物体的重力 在本例中 用弹簧秤测量物体的重力 其读数 称为视重 在不同的运动状态下不同 可能大于重力 称为超重 可能小于重力 称为