第五節(jié)牛頓運(yùn)動定律

1、物理（通用類）第五節(jié)第五節(jié) 牛頓運(yùn)動定律牛頓運(yùn)動定律一、牛頓第一定律一、牛頓第一定律二、牛頓第二定律二、牛頓第二定律三、牛頓第三定律三、牛頓第三定律物理（通用類） 一、牛頓第一定律一、牛頓第一定律 長期以來，人們在研究物體運(yùn)動的原因時，根據(jù)直覺認(rèn)為，要使一個物體運(yùn)動，必須推或拉它。當(dāng)不再推或拉時，運(yùn)動的物體便會停下。 根據(jù)這類經(jīng)驗(yàn)，在公元前4世紀(jì)，古希臘的哲學(xué)家亞里士多德得出結(jié)論：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動；沒有力的作用，物體就保持靜止。由于這一論斷符合人們的常識，以至在其后的兩千年里，大家都奉為經(jīng)典。 物理（通用類） 直到16世紀(jì)末，意大利的伽利略對亞里士多德的論斷表示了懷疑。他注意

2、到，當(dāng)一個球沿斜面向下滾動時，它的速度增大，而向上滾動時，它的速度減小。他由此猜想：當(dāng)球沿水平面滾動時，它的速度應(yīng)該不增不減。 實(shí)際上伽利略發(fā)現(xiàn)，當(dāng)球在水平面上滾動時，球的速度越來越慢，最后停下來。伽利略認(rèn)為，這是由于摩擦阻力的緣故，因?yàn)樗€觀察到，水平表面越光滑，球便會滾得越遠(yuǎn)。于是，他推斷：若沒有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾下去。物理（通用類） 英國的物理學(xué)家牛頓在伽利略等人研究的基礎(chǔ)上，并根據(jù)自己的研究，系統(tǒng)地總結(jié)了力學(xué)的知識，提出了三條運(yùn)動定律，其中第一條定律的內(nèi)容是： 一切物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。這就是牛頓第一定律。 由于我們把物體總保持原來運(yùn)動狀

3、態(tài)的性質(zhì)叫做慣性。因此，牛頓第一定律又叫做慣性定律。 正在行駛的汽車急剎車時，車上乘客的下半身由于受到力的作用隨車停止，而上半身由于慣性還要以原來的速度前進(jìn)，于是乘客就會向前面傾倒。如果汽車在高速運(yùn)行時突然停止，汽車?yán)锏娜司蜁捎趹T性繼續(xù)向前沖，直至撞到方向盤或擋風(fēng)玻璃上，造成嚴(yán)重的傷害。因此，汽車的前排座位上通常都要配置安全帶，高級汽車中還有安全氣囊以保證乘車者的安全。物理（通用類） 牛頓第一定律告訴我們，物體如果不受外力，它將保持原來的運(yùn)動狀態(tài)。由此可以知道，如果物體受到外力作用，物體的運(yùn)動狀態(tài)必將改變。 二、牛頓第二定律二、牛頓第二定律 列車出站時，在機(jī)車牽引力的作用下，由靜止開始運(yùn)動，

4、并且速度不斷增大；列車進(jìn)站時，由于受到阻力的作用，速度不斷減小，最后停止下來；拋出的鉛球、射出的炮彈，由于受到重力的作用，速度的大小和方向都不斷發(fā)生改變，做曲線運(yùn)動。可見，物體運(yùn)動狀態(tài)的改變，是由于受到了力的作用，力是物體運(yùn)動狀態(tài)改變的原因。 在勻變速直線運(yùn)動中，加速度的大小與哪些因素有關(guān)呢？ 物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變時，物體具有加速度，所以，力是使物體產(chǎn)生加速度的原因。 當(dāng)m一定時， 當(dāng)F一定時，物理（通用類）演示實(shí)驗(yàn) 加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系一、加速度和力的關(guān)系二 、加速度和質(zhì)量的關(guān)系Fa ma1 質(zhì)量相同的物體，物體的加速度與其所受的力成正比。 在相同外力作用下，物體的加速度與其質(zhì)量

5、成反比。物理（通用類） 通過上述實(shí)驗(yàn)，我們可以得出如下結(jié)論：物體的加速度跟所受的外力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟外力的方向相同。這就是牛頓第二定律。 用數(shù)學(xué)公式表示為maF合 由牛頓第二定律可以看出，質(zhì)量不同的物體，運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度不同，或者說它們的慣性大小不同。在外力相同的情況下，質(zhì)量大的物體獲得的加速度小，它的運(yùn)動狀態(tài)難改變，即慣性大；質(zhì)量小的物體獲得的加速度大，它的運(yùn)動狀態(tài)容易改變，即慣性小。因此，質(zhì)量是物體慣性的大小的量度。 由于火車的質(zhì)量巨大，要將高速火車停下來是很困難的，需要很長的時間和路程來減速，我國的高速列車甚至需要2 km以上的距離來停止，所以，在列車經(jīng)過

6、的路口采取提前禁行的措施是非常必要的。物理（通用類） 例題1 吊車要在10 s內(nèi)將地面上的貨物吊到10 m高處，貨物的質(zhì)量是2.0103 kg，假設(shè)貨物被勻加速吊起，問吊車?yán)|繩對貨物的拉力是多少？ 分析 以貨物為研究對象。貨物勻加速向上運(yùn)動，可判斷貨物受到的合力向上。由貨物的運(yùn)動狀態(tài)和勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，我們可以求出它的加速度。再對貨物進(jìn)行受力分析，如右圖所示，貨物受到兩個力的作用：豎直向上的拉力F和豎直向下的重力G，應(yīng)用牛頓第二定律即可解出拉力的大小。 解 由勻變速直線運(yùn)動的位移公式 及 ，得2021attvs00v2222sm20. 0sm101022 tsa由貨物的受力分析，可知F合F

7、G = maFG + ma = mg + ma = (2.01039.8 + 2.01030.20) N = 2.0104 N物理（通用類） 演示實(shí)驗(yàn)（點(diǎn)擊以下畫面可播放） 三、牛頓第三定律三、牛頓第三定律 初中我們學(xué)過，力是物體間的相互作用。兩個物體之間的作用總是相互的，一個物體對另一個物體有力的作用，后一個物體一定同時對前一個物體有力的作用。物體間相互作用的這一對力，通常叫做作用力和反作用力。我們把其中的一個力叫做作用力，另一個力就叫做反作用力。物理（通用類） DIS實(shí)驗(yàn)室 用傳感器研究作用力與反作用力 將DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的兩個力傳感器分別與計算機(jī)連接好。先用手推、拉每個力傳感器的測量端，測

8、量端受力的大小將實(shí)時地顯示在計算機(jī)屏幕上。 用兩只手分別握住兩個力傳感器，將它們的測量端連接在一起。當(dāng)兩只手分別用力互拉時，兩測量端受力的情況都實(shí)時地顯示在屏幕上，如下圖所示。物理（通用類） 人走路時，腳總是不斷地向后蹬地，地面受到了向后的摩擦力，同時，腳也受到了向前的摩擦力，從而使人向前運(yùn)動；騎自行車時，人用力地蹬踏使后輪轉(zhuǎn)動，對地面產(chǎn)生向后的摩擦力，地面對后輪產(chǎn)生向前的摩擦力，推動自行車前進(jìn)；噴氣式飛機(jī)的引擎與火箭動力系統(tǒng)的工作原理相似，都是燃燒燃料并高速排放氣體。 大量實(shí)驗(yàn)證明：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。這就是牛頓第三定律。用公式可表示為：

9、 F = F 上式中，F(xiàn)、F 分別表示作用力和反作用力，負(fù)號表示它們的方向相反。 作用力和反作用力總是成對出現(xiàn)，同時產(chǎn)生，同時消失。 作用力與反作用力總是同種性質(zhì)的力。如：作用力是吸引力，反作用力也一定是吸引力；作用力是彈力，反作用力也是彈力；作用力是摩擦力，反作用力也是摩擦力。 作用力和反作用力總是分別作用在兩個物體上，各自產(chǎn)生各自的作用效果，不能平衡，不能抵消。物理（通用類）練習(xí)練習(xí)1-5 1. 現(xiàn)代高級轎車中不但有安全帶，還有安全氣囊，請查閱資料，了解它們的作用。 安全帶的作用，是在發(fā)生碰撞時將人牢牢地固定在座位上，從而有效避免或減輕巨大的慣性和沖力對駕乘者帶來的傷害。安全氣囊在碰撞前迅

10、速在車與人之間打開一個充滿氣體的氣墊，緩和駕乘者受到的沖擊并吸收碰撞能量，進(jìn)一步減輕對駕乘者的傷害。 安全氣囊必須與安全帶配合使用。如果碰撞之前沒有系好安全帶，瞬間充氣的安全氣囊將與具有巨大向前慣性的駕乘者正面相撞，氣囊快速膨脹所發(fā)出的巨大沖擊力，將重重地撞擊駕乘者的頭部及胸部，會對駕乘者造成很大的傷害。 物理（通用類） 2. “長征二號”捆幫式運(yùn)載火箭是為了適應(yīng)我國航天事業(yè)發(fā)展，由我國的航天科學(xué)家自主研制成功的。它有4個助推器，起飛時有8臺發(fā)動機(jī)點(diǎn)火工作，推力達(dá)到5.92106 N，火箭起飛質(zhì)量為4.6105 kg，則它的起飛加速度最大是多少？ 答：3.1 m/s2。 3. 2007年4月1

11、8日我國鐵路實(shí)施第六次大面積提速后，“和諧號”CRH系列國產(chǎn)化動車組列車最高速度可達(dá)250 km/h。某動車組列車采用四節(jié)動車和四節(jié)拖車固定編組形式，總質(zhì)量3105 kg，啟動牽引力為2105 N，受到的空氣阻力為8104 N，假設(shè)在啟動過程中牽引力、阻力都不變，問它啟動時的加速度是多少？ 答：1.0 103 N 。 答：0.4 m/s2。 4. 2008年9月25日晚9時10分許，中國自行研制的第三艘載人飛船神舟七號，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場由“長征二號F”運(yùn)載火箭發(fā)射升空。點(diǎn)火第12 s時，火箭到達(dá)了距地面高度約為216 m處。假設(shè)其中一位航天員的質(zhì)量為80 kg，火箭升空時做勻變速直線運(yùn)動，那么在此過程中，該航天員受到的支持力為多少？物理（通用類） 5. 馬向前拉車時，車也向后拉馬，這兩個力大小相等，方向相反，彼此平衡，合力為零，所以馬無論如何也拉不動車。這種說法錯在哪里？ 答：馬向前拉車時，車也向后拉馬，這兩個力大小相等，方向相反。但由于馬拉車的力作用在車上，車?yán)R的力作用在馬上，因此