第三章、牛顿运动定律.ppt

1、牛顿运动定律,牛顿第一定律,二、惯性及对惯性的理解,惯性是一切物体的固有属性，与物体是否受到外力、物体是否运动均没有关系，质量才是惯性大小的唯一量度。,误区之一：运动的物体有惯性，静止的物体没有惯性,误区之二：运动速度大的物体惯性大,惯性有两种表现形式,惯性的大小表现为物体运动状态改变的难易程度，在受到了相同阻力的情况下，速度（大小）不同质量相同的物体，在相同的时间内速度减小量是相同的，这就说明质量相同的物体，它们改变运动状态的难易程度惯性是相同的，与它们的速度无关。,误区之四：重力越小，惯性越小；物体处于失重状态时，惯性消失,误区之五：惯性是一种特殊的力,误区之三：“惯性”就是“惯性定律”,

2、而惯性是物体本身固有的一种属性，它跟物体受不受外力无关。惯性定律是物体在某个特定的环境（不受外力）下具有惯性的表现；,地面附近的物体所受重力大小与其质量大小成正比，物体的重力越大惯性越大。如果把物体放在月球上，它所受的重力是地球上的1/6，但是质量不变。在地球上和月球上速度相同质量相同的物体，在受到了相同阻力的情况下，会同时停下来，这就说明两个质量相同的物体，不管在地球上，还是月球上，它们改变运动状态的难易程度惯性是相同的，,惯性是物体本身固有的一种属性，力是物体之间的相互 作用。,1.（2007海南物理1）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

3、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，静止状态才是物体长时间不受力时的“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,解析：亚里士多德的多数结论来自观察.当时并没有考虑到摩擦力的作用，所以许多结论都是错误的.根据我们现在所学的内容，力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因.所以ABC都是他的观点，而D不是.,D,警示：在分析时，由于看前面的例子而易选

4、择ABC中的一个.在分析时应该看后面的说明.,2.（2003上海理综卷 50）理想实验有时更能深刻地反映自然规律，伽利略设想了一个理想实验，其中有一个是实验事实，其余是推论 减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度； 两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面； 如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度； 继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持续的匀速运动 请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列,在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论下列关于事实和推论的分类正确的是（ ） A、是事实，是推论 B、是事实，

5、是推论 C、是事实，是推论 D、是事实，是推论,B,正确理解惯性和平衡状态,3. 下面说法正确的是（ ） A静止或做匀速直线运动的物体一定不受外力的作用 B物体的速度为零时一定处于平衡状态 C物体的运动状态发生变化时，一定受到外力的作用 D物体的位移方向一定与所受合力方向一致,解析：A物体不受外力时一定处于静止或匀速运动状态，但处于这些状态时不一定不受外力作用，所以A错，B物体是否处于平衡状态是看其受力是否为零，而不是看它的速度是否为零，如振动物体离平衡位置最远时速度为零，此时恢复力不为零，它就不处于平衡状态，所以B错，D如平抛运动就不是这种情况，力与位移方向不一致，所以D错,C,4火车在长直

6、水平轨道上匀速行驶，车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为（ ） A人跳起后，车厢内的空气给人一个向前的力，这力使他向前运动 B人跳起时，车厢对人一个向前的摩擦力，这力使人向前运动 C人跳起后，车继续向前运动，所以人下落后必定向后偏一些，只是由于时间很短，距离太小，不明显而已 D人跳起后，在水平方向人和车水平速度始终相同,D,解析：由于人具有惯性，当人向上跳起时仍然保持火车运行的速度，此后人在水平方向不受外力，根据牛顿第一定律将保持匀速直线运动，人的水平分运动与火车的运动相同，所以人仍会落回原处。,受力分析和运动分析是力学解题的基础和关键,解：设油滴离开车厢顶部时，车速为v0,

7、油滴由于惯性此时也具有水平速度V0,对地做平抛运动，,车厢做匀减速运动,联立式解出油滴落地点到O点的距离,所以油滴落在O点的右方,思维发散,1.油滴相对于地面的运动轨迹是什么？ 2.车厢若加速运动，油滴落点在何处？ 3若在A点连续落下油滴，能落在同一点吗？,惯性的应用：物体速度不可突变,在分析物体运动状态改变时，应注意物体惯性的缘故，在状态变化的初态时刻物体的速度不会发生突变。 如上升气球中掉下的物体由于惯性物体仍向向上运动，而不会直接就向下掉。,例. 静止在光滑水平面上的物体，在开始受到水平拉力的瞬间，下述正确的是（ ） A.物体立刻产生加速度，但此时速度为零 B.物体立刻运动起来，有速度，

8、但加速度还为零 C.速度与加速度都为零 D.速度与加速度都不为零,A,作用力和反作用力,关于牛顿第三定律的理解,1相互性：物体间力的作用是相互的。即两个物体间只要有力的作用，就必然成对出现作用力和反作用力施力物体同时也是受力物体。求解某力大小方向时，可以通过转换研究对象分析该力的反作用力来求解。正确确认作用力和反作用力FAB和FBA。,2. 同时性：作用力和反作用力同时产生，同时变化，同时消失。,3. 同一性：作用力和反作用力的性质是相同。,4. 普适性：不管物体大小形状如何，不管物体的运动状态如何，作用力和反作用力总是等大、方向共线。,5. 异体性：作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上

9、，各产生其效果，不能抵消，所以这两个力不会平衡 。,6.作用力和反作用力与平衡力的区别,B,1物体静止于一斜面上则下述说法正确的是（ ） A.物体对斜面的压力和斜面对物体的持力是一对平衡力 B.物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力 C.物体所受重力和斜面对物体的 作用力是一对作用力和反作用力 D.物体所受重力可以分解为沿斜 面向下的力和对斜面的压力,思维发散,1.斜面对物体的作用力是什么方向，大小如何？ 2.物体对斜面的作用力是什么方向，大小如何？ 3.斜面对物体的作用力和物体对斜面的作用力是一对作用力和反作用力吗？,合力没有单独的反作用力,牛顿第二定律及其应用,运动变

10、化与力的定量关系：,牛顿第二定律内容：物体加速度的大小与物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比。加速度的方向与合外力的方向相同。 数学表达式：F=ma 。 力F的单位是牛顿（N）-使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力大小为1N。,关于牛顿第二定律的理解,2.“瞬时性”：物体的加速度a与物体所受合外力F的瞬时一一对应关系。a为某一瞬时的加速度，F即为该时刻物体所受的合力。,3.“矢量性”：任一瞬时，a的方向均与合外力方向相同，当合外力方向变化时，a的方向同时变化，且任意时刻两者方向均保持一致。,1.“同一性”：合外力F、质量m、加速度a三个物理量必须对应同一个物体或同一个系统；加速

11、度a相对于同一个惯性系。,4.“独立性”：当物体受到几个力的作用时，各力将独立地产生与其对应的加速度，而物体表现出来的实际加速度是物体所受各力产生加速度的矢量和。,牛顿第二定律的应用,应用牛顿第二定律求解的两类问题。 (1)已知物体的受力情况要求确定物体的运动情况。 物体的受力分析求FF=ma应用运动学知识求S v t。 (2)已知物体的运动情况要求物体所受的某个末知的力。 物体的运动分析，由运动学求出aF=ma物体的受力分析,由F求出某一个力。,应用牛顿第二定律解题注意点,（1）灵活选取研究对象。 （2）将研究对象隔离开来，分析物体的受力情况并画出物体的受力分析示意图，分析物体的运动情况并画

12、出物体运动过程示意图。 （3）利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度。通常用正交分解法：建立正交坐标，并将有关矢量进行分解。取加速度的方向为正方向，题中各物理量的方向与规定的正方向相同时取正值，反之取负值。 （4）列出方程并求解，最后检查答案是否完整、合理。 无论是已知受力情况求解运动情况，还是已知运动情况求解受情况，加速度始终是联系运动和力的桥梁，解决这类问题进行正确的受力分析和运动过程分析是关键，要养成用画受力分析示意图和运动草图的方法来理解题意的习惯。,应用牛顿运动定律解题的一般步骤,1、审题、明确题意，清楚物理过程；,2、选择研究对象，可以是一个物体，也可以是几个物体组成的物体组；,3、

13、运用隔离法对研究对象进行受力分析，画出受力的示意图；,4、建立坐标系，一般情况下可选择物体的初速度方向或加速度方向为正方向。,5、根据牛顿定律、运动学公式、题目给定的条件列方程；,6、解方程，对结果进行分析、检验或讨论。,风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力.现将一套有一小球的细直杆放入风洞实验室.小球孔径略大于细杆直径.如右图所示.,(1)当杆在水平方向上固定时，调节风力的大小，使小球在杆上匀速运动.这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍，求小球与杆间的滑动摩擦因数. (2)保持小球所受风力不变，使杆与水平方向间夹角为37并固定，则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少

14、?(sin 37=0.6，cos 37=0.8),如右图所示，质量=10 kg的木楔ABC静置于粗糙水平地面上，滑动摩擦系数=0.02在木楔的倾角=30的斜面上，有一质量m=1.0 kg的物块由静止开始沿斜面下滑当滑行位移s=1.4 m时，其速度v=1.4 m/s.在这过程中木楔没有滑动，求地面对木楔的静摩擦力的大小和方向以及地面对木楔的支持力(取g=10 m/s2),2.如右图所示，一质量为60 kg的物体，放在向右匀速行进着的车厢地板上，用不可伸长的轻绳的一端将它系住，另一端系在车厢的天花板上，绳与水平方向的夹角为60现车辆紧急制动作匀减速运动，在2s内滑动5 m后停止，物体没有离开车厢地

15、板假设物体与车厢地板的摩擦不计，g取10 ms2求： (1)车辆制动前的速度； (2)车辆制动过程中加速度的大小； (3)车辆制动过程中，物体对地板的压力,练习：P233(6)（3)(7),牛顿第二定律F合=ma是矢量式，加速度的方向由物体所受合外力的方向决定，二者总是相同。,在解题时，可以利用正交分解法进行求解。,a方向,F合方向,问题1：必须弄清牛顿第二定律的同体性。 注意研究对象的选取(隔离法与整体法),Fma中的F、m和a是同属于同一个研究对象而言的，不能张冠李戴。研究对象可以是一个物体,也可以是两个或两个以上的物体组成的系统.所以解题时首先选好研究对象,然后把研究对象全过程的受力情况

16、都搞清楚。对同一个研究对象的合外力、质量、加速度用牛顿第二定律列方程求解。,1. 一人在井下站在吊台上，用如图所示的定滑轮装置拉绳把吊台和自己提升上来。图中跨过滑轮的两段绳都认为是竖直的且不计摩擦。吊台的质量m=15kg,人的质量为M=55kg,起动时吊台向上的加速度是a=0.2m/s2,求这时人对吊台的压力。(g=9.8m/s2),解：选人和吊台组成的系统为研究对象，由牛顿第二定律有：,再选人为研究对象, 由牛顿第二定律,由牛顿第三定律知,人对吊台的压力与吊台对人的支持力大小相等,方向相反,因此人对吊台的压力大小为200N,方向竖直向下。,问题2：必须弄清牛顿第二定律的瞬时性。,牛顿第二定律

17、是表示力的瞬时作用规律，描述的是力的瞬时作用效果产生加速度。物体在某一时刻加速度的大小和方向，是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向来决定的。当物体所受到的合外力不变时,物体的加速度也保持不变,物体做匀变速运动;当物体所受的合外力(包括大小和方向)发生变化时，它的加速度随即也要发生变化，物体做非匀变速运动.此时F=ma对运动过程的每一瞬间成立，且瞬时力决定瞬时加速度，可见，确定瞬时加速度的关键是正确确定瞬时作用力。,例1. 质量均为m的A、B两球之间系着一根不计质量的轻弹簧，放在光滑水平台面上，A求紧靠着墙壁，现用力F将B球向左推压弹簧，平衡后，突然将力F撤去的瞬间，A、B球的加速度如

18、何？,解：撤去F前， A、B球受力分析如图所示撤去F瞬间，F立即消失，而弹簧弹力不能突变根据牛顿第二定律有,分析问题在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析瞬时前后的受力情况及其变化先看不变量，再看变化量；加速度与合外力瞬时一一对应,例2. 小球A、B的质量分别为m和2m，用轻弹簧相连，然后用细线悬挂而静 止，如图所示，在烧断细线的瞬间，A、B的加速度各是多少？,解：烧断细绳前， A、B球受力分析如图所示烧断细绳瞬间，绳上张力立即消失，而弹簧弹力不能突变根据牛顿第二定律有,明确“轻绳”和“轻弹簧” 两个理想物理模型的区别,例3如图所示，小球被两根弹簧系住，弹簧OB轴线与水平方向夹角为，如果将弹簧在A

19、处剪断，小球的加速度为多大？如果将弹簧在B处剪断，则小球的加速度又为多大？,解：剪断弹簧前， 小球受力分析如图所示,弹簧在A处剪断瞬间， FOA立即消失，mg和FOB不变，mg和FOB的合力大小仍然等于剪断弹簧前FOA的大小,弹簧在B处剪断瞬间， 同理,状态和过程分析是物理解题的生命线,例4.如图所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为，L2水平拉直，物体处于平衡状态。现将L2线剪断，求剪断瞬时物体的加速度。,（l）下面是某同学对该题的一种解法：分析与解：设L1线上拉力为T1，L2线上拉力为T2，重力为mg，物体在三力作用下保持平衡

20、,有T1cosmg， T1sinT2， T2mgtan,剪断线的瞬间，T2突然消失，物体即在T2反方向获得加速度。因为mg tanma，所以加速度ag tan，方向在T2反方向。,你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明理由。,解：（1）错误。因为L2被剪断的瞬间，L1上的张力大小发生了变化。剪断瞬时物体的加速度a=gsin.,L1,L2,解:（2）正确。因为L2被剪断的瞬间，弹簧L1的长度来不及发生变化，弹簧的弹力大小和方向都不变。,（2）若将图中的细线L1改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图所示，其它条件不变，求解的步骤和结果与（l）完全相同，即 ag tan，你认为这个结果正确吗？

21、请说明理由。,“轻绳”发生的是微小形变，其张力可以突变；“轻弹簧”发生的明显形变，其弹力不能突变,练习1：P234（12）,问题4:牛顿定律的参考系超重与失重,F=ma只在惯性参考系中才成立，在非惯性系中F=ma是不成立的。 在应用牛顿第二定律时，应考虑的是物体对地的运动，F=ma中a是物体对地运动的加速度大小。（不应考虑两物体间的相对运动a相对v相对S相对）,超重和失重问题,1.受力分析。物体受到重力和竖直向上的拉力或支持力的两个力的作用。,2.视重实重。视重是指物体对支物体的压力或悬挂物对物体的拉力，也就是台秤或弹簧秤的读数，是可以改变的。 实重就是物体的重力，它与运动状态无关，不论物体处

22、于超重还是失重状态，重力不变（G=mg）。,超重与失重,物体对地处于平衡状态时，物体对水平支持物的压力或对竖直悬绳的拉力（视重）大小等于物体的重力。 当物体对地处于a向上的系统中时，物体对水平支持物的压力或对竖直悬绳的拉力（视重）大小大于物体的重力，此现象称为超重现象。 当物体对地处于a向下的系统中时，物体对水平支持物的压力或对竖直悬绳的拉力（视重）大小小于物体的重力，此现象称为失重现象。,对超重与失重现象的理解,物体处于超（失）重状态时，物体的重力并没有改变，变化的是弹力的大小。 在完全失重状态下，一切与重力有关的物理现象都会完全消失，如单摆停摆，天平失效，不再产生浮力，液柱压强不存在，植物

23、根的向心性消失。,1（南京市07届二模试卷2） 下列说法中正确的是（） A游泳运动员仰卧在水面静止不动的时候处于失重状态。 B体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态。 C举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于失重状态。 D蹦床运动员在空中上升和下落过程中处于失重状态。,D,物体的超重和失重状态只与物体的加速度有关，与物体的运动方向无关.物体具有竖直向上的加速度（分量），即处于超重状态，且超重ma；物体具有竖直向下的加速度（分量），即处于失重状态，且失重ma。,2。（07年山东卷17）下列实例属于超重现象的是（ ） A汽车驶过拱形桥顶端 B荡秋千的小孩通过最低点 C跳水运动员被跳板

24、弹起，离开跳板向上运动。 D火箭点火后加速升空。,B D,物体的超重和失重状态只与物体的加速度有关，与物体的运动方向无关.物体具有竖直向上的加速度（分量），即处于超重状态，且超重ma；物体具有竖直向下的加速度（分量），即处于失重状态，且失重ma。,图像能形象地表达物理规律，能直观地叙述物理过程，并鲜明的表示物理量间的函数关系。,问题5：图像在物理解题中的应用,首先应明确所给的图象是什么图象，即认清图象中横、纵轴所代表的物理量及它们的“函数关系”。,其次要清楚的理解图象中的“点 ”、“线 ”、“斜率 ”、“截距”、“面积”的物理意义。,点：图线上的每一个点对应研究对象的一个状态。,线：表示研究对

25、象的变化过程和规律。,斜率：表示横、纵坐标上两物理量的比值,面积：表示横、纵坐标上两物理量的“成积”,截距：表示横、纵坐标两物理量在“边界”条件下的物理量的大小。,1. 如图是电梯上升的vt图线，若电梯质量为100kg，则承受电梯的钢绳所受的拉力在02s、26s、69s之间分别为多大？,解：在02s内，电梯匀加速上升，其加速度,根据牛顿第二定律,解出钢绳所受的拉力,在26s内，电梯匀速上升，钢绳拉力,在69s内，电梯匀减速上升，其加速度,根据牛顿第二定律,解出钢绳所受的拉力,2. 放在水平地面上的一物块，受到方向不变的水平推力的作用，推力F的大小与时间t 的关系和物快速度v与时间t的关系如图所

26、示。取重力加速度g=10m/s2。由图线可以求得物块的的质量m和物块与地面之间的动摩擦因数分别为 A.m=0.5kg =0.2 B.m=1.5kg =2 /15 C.m=0.5kg =0.4 D.m=1kg =0.2,C,解：在24s内，物体做初速度为零的匀加速运动,在46s内，物体做匀速运动,联立式解出,1. 物体A和B的质量分别为1.0kg和2.0kg，用F=12N的水平力推动A，使A和B一起沿着水平面运动，A和B与水平面间的动摩擦因数均为0.2，求A对B的弹力。（g取10m/s2）,解：根据牛顿第二定律求出AB整体的加速度,因此A对B的弹力,整体法求加速度，隔离法求相互作用力,问题6：连

27、接体问题,2.如图所示，有n个质量均为m的立方体，放在光滑的水平桌面上，若以大小为F的恒力推第一块立方体，求： 作用在每个立方体上的合力第3个立方体作用于第4个立方体上的力。,解：根据牛顿第二定律,以从第4个立方体到第n个立方体的n-3个立方体组成的系统为研究对象，则第3个立方体对第4个立方体的作用力,整体法求加速度，隔离法求相互作用力,灵活选择研究对象,第三单元、验证牛顿第二定律,实验原理:,实验目的: 验证牛顿第二定律。,1如图所示装置，保持小车质量M不变，改变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F(当mM时，F=mg近似成立)，测出小车的对应加速度a,由多组a、F数据作出加速度和

28、力的关系a-F图线，验证加速度是否与外力成正比。,2保持小桶和砂的质量不变， 在小车上加减砝码, 改变小车 的质量M，测出小车的对应加速度a, 由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线, 验证加速度是否与质量成反比。,实验器材:小车，砝码，小桶，砂, 细线，附有定滑轮的长木板,垫块，打点计时器，低压交流电源, 导线两根, 纸带,托盘天平及砝码，米尺。,实验步骤:,1用调整好的天平测出小车和小桶的质量M和m ，把数据记录下来。,2按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。,3平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的

29、位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。,4在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量M和m记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,取下纸带,在纸带上写上编号.,5保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。,6算出每条纸带对应的加速度的值。,7用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，即砂和桶的总重力(m+m)g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。,8保

30、持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度,用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数 ,在坐标平面上根据实验结果描出相应的点并作图线，若图线为一条过原点的直线,就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。,注意事项:,1砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的1/10，为什么？,2在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。,3作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去。,06年12月广州市X科统考卷 11,在探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验中，实验装置如图乙所示：一木块放在水平光滑长木板上，左侧拴有一不