2021-2022学年高二物理竞赛：动力学-牛顿运动定律课件

1、动力学：牛顿运动定律宇宙飞船发现号由大功率的火箭运载到外太空。火箭必须具有很高的加速度，方可迅速提高自身运行速度。为了达到这一目的，根据牛顿第二运动定律 ，必须有一个力施加在火箭上。这是个什么力呢？火箭的发动机对火箭尾部喷出的气体施加了一个力。而这个力的反作用力(牛顿第三运动定律)使火箭能够加速前进。 一个体重150kg的足球运动员正面撞到另一位体重75kg的运动员的背部。在碰撞过程中，较重的这个运动员对较轻的运动员施加了一个大小为 的力。而较轻的运动员对较重运动员的作用力大小为 。 下面哪一项描述是最准确的？开篇问题1（e）不足以判断大小诗人托马斯.斯特恩斯.艾略特在剧本大教堂中的谋杀中写到

2、，坎特伯雷（英国城市）的一个女人说“地球向上压着我们的脚”。这个力是什么力？（a）重力（b）支持力（正压力）（c）摩擦力（d）离心力（e）没有力诗歌艺术化的结果开篇问题2几个问题是什么使一个静止的物体开始运动？是什么使物体加速或者减速？是什么导致物体沿弯曲的路径运动？答案:力。这一章，我们要开始研究力与运动之间的关系，即动力学。这里研究的是日常生活中的运动；原子、分子等亚微观世界和接近光速的超高速问题我们将运用量子理论（第37章）和相对论（第36章）来进行研究。要使静止的物体运动，需要力的作用力可以使物体从静止加速到速度非零的状态。对于一个运动着的物体，如果要改变它的速度，需要力的作用要想物体

3、加速，必须有力的存在。要改变物体的运动状态，需要有力的作用。4-1 力每个人都有的生活经验当你推着满满当当的超市手推车出来，需要花费怎样的体力？测量一个拉力的大小（或者强度）。力是一个矢量，遵循矢量加减法的规则和矢量图示法。（箭头的方向表示力的方向，而矢量的长短与力的大小成正比。）测量拉力的工具-弹簧秤。4-2 牛顿第一运动定律艾萨克牛顿（1642-1727）英国物理学家, 经典物理学的奠基人。他对力学、光学、热学、天文学和数学等学科都有重要贡献, 其代表作自然哲学的数学原理是力学的经典著作。 牛顿是近代自然科学奠基时期最伟大的科学家之一。在力学上，牛顿阐明了角动量守恒的原理。在光学上，他发明

4、了反射式望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。在数学上，牛顿与戈特弗里德莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，并为幂级数的研究作出了贡献。 任何物体都保持静止的或沿一条直线作匀速运动状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。牛顿第一运动定律物体所具有的保持静止或者匀速直线运动的特性叫做惯性。因此牛顿第一定律也通常被叫做惯性定律。解答惯性。书包和地板之间的摩擦力使得书包最终停下来。例题4-1 牛顿第一定律 一辆校车突然急刹车，放在汽车地板上的书包都向前滑行。为什么？

5、是什么力使这些书包这样运动呢？惯性参考系牛顿第一定律并不适用于所有参考系。牛顿第一定律适用的参考系叫做惯性参考系。任何一个相对于惯性参考系作匀速运动的参考系都是惯性参考系。惯性定律不适用的参考系，叫做非惯性参考系。请思考：一艘船在一个风平浪静的海面上匀速的航行,此时船可否视作惯性系？某人站在船尾纵身向上一跃,问此人能否掉入海里? 4-3 质量质量表示物体包含物质的多少，是物体惯性大小的量度区分两个概念质量和重量质量是物体本身的一个属性，不依赖于所处的环境。重量是一种力重力，由于引力造成的对物体施加的拉力。例如：将一个物体带到月球。物体的重量将变成它在地球上的六分之一，因为月球上的引力比较弱。但

6、是物体的质量保持不变。物体的质量不变，表明它仍具有相同的惯性在没有摩擦的情况下，无论在地球还是月球上，使其改变运动状态的条件是同样的。在国际单位制中，质量的单位是千克 （kg）国际千克原器4-4 牛顿第二运动定律物体受到合外力作用时，它所获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，并与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同牛顿第二定律。牛顿第二定律的数学表述式（4-1a）（4-1b）分量形式 例4-2 （估算）要使物体获得相应的加速度需要多大的合外力 。（a）使1000kg的小汽车获得 （1/2）g的加速度 （b）使200g的苹果获得相同的加速度。解：（a）小汽车的加速度是 根据牛顿第二定律：（b）对于苹果， 因此解题思路：运用牛顿第二定律来计算所需的力。这里只需要估算，因此保留一位有效数字。 例4-3 使汽车停止的力要使质量1500kg的小汽车在55m内从100km/h的时速刹车到完全停止，所需的平均的合外力是多少？解：我们假设运动的方向是沿着x轴的正向。初速度为 ， 末速度 ，行驶的距离由式2-12c，我们有 因此 解题思路：运用牛顿第二定律来确定力的大小。我们首先假定加速度是一个恒量。所需的合外力： 负号表明这个力的方向与初速度的方向相反。注意：如果加速度不是严格的恒定的量，我们可以设定一个“平均”加速度，据此我们可以获得一个“平均”合外力。与第一定律一样，牛顿第二