第十六章力与运动.ppt

1、第十六章力與運動,16-1兩力的合成 一、兩力平衡二、合力與分力 三、力的合成四、力的分解 16-2力矩與槓桿原理 一、力矩及應用 二、槓桿與平衡 三、靜力平衡,16-3牛頓第一運動定律 一、伽立略的實驗二、慣性 三、牛頓第一運動定律（慣性定律） 16-4牛頓第二運動定律 一、外力對物體運動狀態的影響 二、力與質量對加速度的影響 三、牛頓第二運動定律 四、Fma探討,16-5牛頓第三運動定律 一、作用力與反作用力 二、牛頓第三運動定律,一、兩力平衡：兩力同時作用在一物體上時，若兩力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上時，則這兩力平衡。,16-1兩力的合成,但如果兩力大小不相等或是方向變化時(

2、相同或相反)時，物體受力之情形和兩力平衡有什麼差別？,1、同方向之兩力的合力：,2、反方向之兩力的合力：,結論：在同一直線上的兩力F1和F2，如果方向相同，則其合力的值為兩力相加，即合力F1F2，若兩力方向相反，則其合力的大小為兩力相減，即合力F1F2。,二、合力與分力 1、合力：數個力同時作用在一物體上時，產生的力效應等於數個力之合。 2、分力：合力中的任何一個力，均稱為分力。,三、力的合成：求取幾個共點力之合力過程，稱為力的合成，所謂共點力是指作用點相同之力，其方法有兩種：平行四邊形法及三角形法(說明) ，當夾角越小則合力越大。,四、力的分解：日常生活中的施力現象均可分成水平分力與垂直分力

3、，若分力有三個且大小相同時，當夾角均為120o之合力為0，相對關係如下，當三力平衡、施力大小不變，則無論如何調整滑輪，三力的夾角固定不變。,一、力矩及應用： 1、影響門轉動效果的因素：施力的大小、施力的方向、著力點。 2、力矩：,16-2力矩與槓桿原理,能使物體繞轉軸產生轉動效果的物理量，影響力矩因素為作用力與力臂(由轉軸到力作用線的垂直距離，稱為此作用力的力臂，與施力方向、著力點有關 ) 。,力矩=作用力力臂，L = F d，其單位如下：,3、力矩的方向：順時為負力矩，逆時為正力矩。,Ex.大小均為100公斤重的兩個力，分別作用於板手上，如下圖，求此兩種力矩大小？,4、力矩的應用,二、槓桿與

4、平衡： 1、槓桿：可繞固定軸或固定點自由旋轉的硬棒。,2、槓桿平衡：當順時鐘方向的力矩逆時鐘方向的力矩時，槓桿可靜止而不轉動，即槓桿成平衡狀態，一般平衡分移動平衡與轉動平衡兩種。,三、靜力平衡：同時具有移動平衡與轉動平衡兩條件，例如菜市場用的桿秤，常見現象如下表：,一、伽立略的實驗：一光滑之軌道面，左邊為固定的斜面，右邊為可調整斜角的斜面，如下圖。,16-3牛頓第一運動定律,伽力略的推論：如果水平面完全光滑而沒有任何阻力，則小球將沿直線永不停止的運動。日常生活中的運動現象，例如靜置在桌子的書本；花式溜冰選手在滑行的過程，均符合慣性原理。,二、慣性：物體不論是在運動或靜止，均具有維持其原有運動狀

5、態的特性。,在等速行駛的火車中，若向上垂直拋擲硬幣，則硬幣將會落回原地；若拋出後，火車加速前進，則落於原地後面。若火車減速，則落於原地前面。,Ex.如右圖，若滑動過程無任何阻力，則球體爬行高度Ha、Hb、Hc的大小關係為何？,三、牛頓第一運動定律（慣性定律） 物體不受外力作用或雖外力作用但所受合力為零時，則其運動狀態將維持不變。靜者恒靜，動者恒沿一直線以等速度運動。物體若維持靜止狀態或作等速度運動時，則其所受外力之合力必為零，若物體運動速度大小或方向改變時，則必受外力作用。,一、外力對物體運動狀態的影響：一個原來靜止的物體，受外力作用後，它會開始運動。原來就在運動的物體若受到沿運動方向的外力作

6、用後，速度會變快。物體若受到與原運動方向相反的外力作用後，速度會變慢，最後停止下來。物體受外力作用時，速度與運動的方向均會發生改變。,16-4牛頓第二運動定律,二、力與質量對加速度的影響： 1、在固定質量下，外力(F)愈大，則物體所獲得的加速度(a)也愈大，兩者成正比的關係。 2、在固定外力下，質量(m)愈大，則物體所獲得的加速度(a)愈小，兩者成反比的關係。 3、綜合上述兩點得： 三、牛頓第二運動定律：物質受外力(F)作用時，乃沿力的方向產生加速度(a)，這個加速度在一定質量(m)下，和外力(F)成正比；而在一定外力(F)下，和質量(m)成反比。 F = ma,1、力的單位 ：牛頓的定義：質

7、量1公斤的物體，其速度每秒增加或減少1公尺秒。(即加速度大小為1公尺秒2)，所需的力稱為1牛頓，簡寫為1N。 註：若單位採CGS制時，1 g1 cm/s21 dyne(達因)，1 N105 dyne。,Ex.光滑平面上，有一質量5kg的物體受到10N的水平力的作用，試求該物體所獲得的加速度？,2、力有絕對單位和重力單位，牛頓(N)是絕對單位，公斤重(kgw)是重力單位，重力單位與絕對單位之換算：,在地表附近，物體受重力作用而掉落時，其所受重力加速度的公認值 g = 9.8 m/s2。故物體的重量，可以表示為：,Ex.光滑平面上，有一質量10kg的物體，受到水平作用力之加速度為4 m/s2，則其

8、作用力的大小為何？相當於多少重力單位呢？,四、Fma探討 1、若有數個外力作用於物體，則F為合力(或淨力)，而非單獨某一個力量，即ma代表物體所受合力的大小。(施力向上時，別忘了地球引力) 2、若F拉動數個物體，則F=總質量a，a為整體的加速度，也是每個物體的加速度。 3、m是物體的質量，質量不因地點而改變，故F=ma適用於任何地方 4、F=ma中，若F=0，則a=0，即物體的運動狀態不變，物體呈慣性，故牛頓第一運動定律是牛頓第二運動定律的特殊情形。,5、有關F、m及a三者之關係圖如下： (1).當m一定時,(2).當F一定時,(3).當a一定時,想想看：比較在平地上要使質量1公斤的物體獲得1

9、 m/s2的加速度所需的力，與在高山上要使質量1公斤的物體獲得1 m/s2約加速度所需的力，兩者之間的大小關係？,(4).使用F=ma的注意事項 右圖(一)中：F=F1F2=ma 下圖(二)中：F=F12F22=ma 下圖(三)中：F=(m1m2)a,一、作用力與反作用力 1、一個穿溜冰鞋的人，向前推牆或欄杆，我們發現此人會後退，顯然牆或欄杆必然給此人推力。 2、用力拍打物體，你也曾覺得痛，可見物體一定有給你作用力，而且拍打的力量愈大，作用在你手上的力量也愈大。 3、游泳時，當你用力向後撥水，你會獲得向前的力量，因而得以前進。,16-5牛頓第三運動定律,二、牛頓第三運動定律：每施一作用力於物體，物體必給予施力者一反作用力，作用力與反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直線上。例如：,1、若作用在不同物體，則不可互相抵消。,2、若作用力與反作用力發生在同物體時，則對物體而言此兩力可互相抵消，因此不會影響整體的