高中物理 3.1牛頓運(yùn)動定律基礎(chǔ)課件

1、2021/8/11 星期三1考點(diǎn)1 牛頓第一定律牛頓運(yùn)動定律 一、對慣性的理解 1.慣性的表現(xiàn)形式：物體的慣性總是以保持“原狀”或反抗“改變”兩種形式表現(xiàn)出來的。 (1)物體在不受外力或所受的合外力為零時，慣性表現(xiàn)為使物體保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不變(靜止或勻速直線運(yùn)動)。 (2)物體受到外力時，慣性表現(xiàn)為運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度。慣性大，物體運(yùn)動狀態(tài)難以改變；慣性小，物體運(yùn)動狀態(tài)容易改變。2021/8/11 星期三2 2.慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性。慣性大小的唯一量度是物體的質(zhì)量，物體的質(zhì)量越大，慣性就越大。慣性與物體是否受力、怎樣受力無關(guān)，與物體是否運(yùn)動、怎樣運(yùn)動無關(guān)，與物體所處的地

2、理位置無關(guān)。 3.慣性不是一種力。慣性大小反映了改變物體運(yùn)動狀態(tài)的難易程度。物體的慣性越大，它的運(yùn)動狀態(tài)越難以改變。 4.外力作用于物體上能使物體的運(yùn)動狀態(tài)改變，但不能認(rèn)為克服或改變了物體的慣性。 5.慣性與慣性定律的實(shí)質(zhì)是不同的。 (1)慣性是物體保持原有運(yùn)動狀態(tài)不變的一種性質(zhì)，與物體是否受力、受力的大小無關(guān)。 (2)慣性定律(牛頓第一定律)則反映物體在一定條件下的運(yùn)動規(guī)律。2021/8/11 星期三3 二、牛頓第一定律的理解 1.明確慣性的概念 牛頓第一定律揭示了物體所具有的一個重要屬性慣性，即物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。 2.揭示了力和運(yùn)動關(guān)系的本質(zhì) 牛頓第一定律揭示了力

3、和運(yùn)動關(guān)系本質(zhì)：力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，不是維持物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。例如，運(yùn)動的物體逐漸減速直至停止，不是因?yàn)椴皇芰Γ且驗(yàn)槭艿搅俗枇Α?3.揭示了不受力作用時物體的運(yùn)動規(guī)律 牛頓第一定律描述的只是一種理想狀態(tài)，而實(shí)際中不受外力作用的物體是不存在的，當(dāng)物體受外力作用，但所受合力為零時，其作用效果跟不受外力作用時相同。因此，我們可以把理想情況下的“不受外力作用”理解為實(shí)際情況中的“所受合外力為零”。2021/8/11 星期三4 牛頓第一定律是不受任何外力作用下的理想化情況，無法用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證。牛頓第一定律是以伽利略的“理想實(shí)驗(yàn)”為基礎(chǔ)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)論經(jīng)過科學(xué)抽象、歸納推理而總結(jié)出來的。因此，牛

4、頓第一定律是來源于大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的一個理想實(shí)驗(yàn)定律，是一種科學(xué)的抽象思維方法的結(jié)晶，它并不是實(shí)驗(yàn)定律。2021/8/11 星期三5典例一牛頓第一定律與慣性【例1】16世紀(jì)末，伽利略用實(shí)驗(yàn)和推理，推翻了已在歐洲流行了近兩千年 的亞里士多德關(guān)于力和運(yùn)動的理論，開啟了物理學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元。在以 下說法中，與亞里士多德觀點(diǎn)相反的是( ) A.四匹馬拉的車比兩匹馬拉的車跑得快，這說明物體受的力越大，速度 就越大 B.一個運(yùn)動的物體，如果不再受力了，它總會逐漸停下來，這說明，靜 止?fàn)顟B(tài)才是物體長時間不受力時的“自然狀態(tài)” C.兩物體從同一高度自由下落，較重的物體下落較快 D.一個物體維持勻速直線運(yùn)動，不

5、需要受力 【解析】由牛頓運(yùn)動定律可知，力是物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化的原因，而不是維持物體運(yùn)動的原因，故A、B兩項(xiàng)錯誤。兩物體從同一高度自由下落，物體下落的速度與物體的質(zhì)量無關(guān)。由力的平衡知識可知，物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動時，所受合外力為零，故一個物體維持勻速直線運(yùn)動，不需要外力，選項(xiàng)D正確。D2021/8/11 星期三6下列說法中正確的是( )A.物體所受的力越大，它的慣性越大B.物體勻速運(yùn)動時，存在慣性；物體變速運(yùn)動時， 不存在慣性C.靜止的火車啟動時速度變化緩慢，是因?yàn)槲矬w 靜止時慣性大D.物體的慣性大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與其他 因素?zé)o關(guān)D2021/8/11 星期三7考點(diǎn)2 牛頓第二定律牛

6、頓第二定律的深刻理解同向性公式F合=ma是矢量式，任一時刻，F(xiàn)合與a總同向瞬時性a與F合對應(yīng)同一時刻，即a為某時刻的加速度時，F(xiàn)合為該時刻物體所受的合外力因果性F合是產(chǎn)生加速度a的原因,加速度a是F合作用的效果同一性有三層意思：(1)加速度a也是相對同一個慣性系的(一般指地面)；(2)F合=ma中，F(xiàn)合、m、a對應(yīng)同一個物體或同一個系統(tǒng)；(3)F合=ma公式中，各量統(tǒng)一使用國際單位獨(dú)立性(1)作用于物體上的每一個力各自產(chǎn)生的加速度都滿足F=ma(2)物體的實(shí)際加速度等于每個力產(chǎn)生的加速度的矢量和(3)分力和加速度在各個方向上的分量也滿足F合=ma，即Fx合=max，F(xiàn)y合=may局限性(1)只

7、適用于宏觀、低速運(yùn)動的物體，不適用于微觀、高速運(yùn)動的粒子。(2)物體的加速度必須是相對于地面靜止或勻速直線運(yùn)動的參考系(慣性系)而言的2021/8/11 星期三8 公式F合ma左邊是物體受到的合外力，右邊反映了質(zhì)量為m的物體在此合外力作用下的效果是產(chǎn)生加速度a，它突出了力是物體運(yùn)動狀態(tài)改變的原因，是物體產(chǎn)生加速度的原因。2021/8/11 星期三9典例二加速度和合外力的瞬時關(guān)系【例2】如圖所示，自由落下的小球，從接觸豎直放置的彈簧開始到彈簧的壓縮量最大的過 程中，小球的速度及所受的合外力的變化情況是( ) A.合力變小，速度變小 B.合力變小，速度變大 C.合力先變小后變大，速度先變大后變小

8、D.合力先變大后變小，速度先變小后變大 【解析】速度大小的變化情況取決于加速度的方向與速度方向的關(guān)系，當(dāng)兩者同向時小球做加速運(yùn)動，當(dāng)兩者反向時小球做減速運(yùn)動；而加速度是由合外力決定的，所以對小球進(jìn)行受力分析成為解答此題的關(guān)鍵，小球接觸彈簧上端后受兩個力作用：豎直向下的重力和豎直向上的彈力。 在接觸后的開始階段，重力大于彈力，合力豎直向下，因?yàn)閺椓?F=kx)不斷增大，所以合力不斷減小，故加速度也不斷減小，由于加速度與速度同向，因此速度不斷變大。 當(dāng)彈力增大到與重力大小相等時，合外力為零，加速度為零，速度達(dá)到最大(此位置叫平衡位置，是兩個階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn))。 后一階段，即小球達(dá)到上述平衡位置之后，由

9、于慣性，小球繼續(xù)向下運(yùn)動，此時彈力大于重力，合外力豎直向上，且逐漸變大，因而加速度逐漸變大，方向豎直向上，小球做減速運(yùn)動，當(dāng)速度逐漸減小到零時，達(dá)到最低點(diǎn)，彈簧壓縮量最大(注意：小球不會停在最低點(diǎn)，還會豎直向上運(yùn)動，請同學(xué)們分析以后的運(yùn)動情況)。D2021/8/11 星期三10 綜上所述，小球向下壓縮彈簧的運(yùn)動過程中，合力方向是先向下后向上，其大小是先變小后變大，加速度a與F合的變化情況相同，速度v的方向始終豎直向下，先變大后變小。 分析運(yùn)動物體的加速度及速度變化情況，往往從分析物體受力情況入手，據(jù)F=ma知，物體的加速度的變化情況，由物體的合力決定，而速度變化情況取決于速度與加速度是否同向，

10、同向時，速度不斷增大；反向時，速度不斷減小。2021/8/11 星期三11如圖 (a)(b)所示，圖中細(xì)線均不可伸長，物體均處于平衡狀態(tài)。如果突然把兩水平細(xì)線剪斷，求剪斷瞬間小球A、B的加速度怎樣？(角已知)【答案】gsin gtan2021/8/11 星期三12典例三牛頓第二定律的應(yīng)用【例3】如圖所示，一輛有動力驅(qū)動 的小車上有一水平放置的彈 簧，其左端固定在小車上，右端 與一小球相連，設(shè)在某一段時間 內(nèi)小球與小車相對靜止且彈簧處 于壓縮狀態(tài)，若忽略小球與小車間的摩擦力，則在此段時 間內(nèi)小車可能是( ) A.向右做加速運(yùn)動 B.向右做減速運(yùn)動 C.向左做加速運(yùn)動 D.向左做減速運(yùn)動 【解析】

11、對小球水平方向受到向右的彈簧彈力FN，由牛頓第二定律可知，小球必定具有向右的加速度，小球與小車相對靜止，故小車可能向右加速運(yùn)動或向左減速運(yùn)動。A D2021/8/11 星期三13 (1)物體所受合力的方向決定了其加速度的方向，只要有合力，不管速度是大、是小、或是零，都有加速度，只有合力為零時，加速度才能為零。一般情況下，合力與速度無必然的聯(lián)系。 (2)合力與速度同向時，物體加速，反之減速。 (3)力與運(yùn)動的關(guān)系：力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，即：力加速度速度變化(運(yùn)動狀態(tài)變化)。 物體所受到的合力決定了物體當(dāng)時加速度的大小，而加速度的大小決定了單位時間內(nèi)速度的變化量的大小。加速度大小與速度大小無

12、必然的聯(lián)系。2021/8/11 星期三14如圖所示，位于光滑固定斜面上的小物塊P受到一水平向右的推力F的作用。已知物塊P沿斜面加速下滑，現(xiàn)保持F的方向不變，使其減小，則加速度( )A.一定變小B.一定變大C.一定不變D.可能變小，可能變大，也可 能不變B2021/8/11 星期三15典例四牛頓第二定律與運(yùn)動圖象的綜合【例4】2010年高考安徽理綜質(zhì)量為2 kg的物體在水平力F的作用下沿水平面做直 線運(yùn)動，一段時間后撤去F，其運(yùn)動的v-t圖象如圖所示。g取10 m/s2，求： (1)物體與水平面間的動摩擦因數(shù)； (2)水平推力F的大??； (3)010 s內(nèi)物體運(yùn)動位移的大小。 【解析】(1)由題

13、中圖象知，t=6 s時撤去外力F，此后610 s內(nèi)物體做勻減速直線運(yùn)動直至靜止，其加速度大小為a1=v1/t1=-2 m/s2 又因?yàn)閍1=-g聯(lián)立得=0.2 (2)由題中圖象知06 s內(nèi)物體做勻加速直線運(yùn)動 其加速度大小為a2=v2/t2=1 m/s2 由牛頓第二定律得F-mg=ma2 聯(lián)立得，水平推力F=6 N (3)設(shè)010 s內(nèi)物體的位移為x，則 x=x1+x2=(1/2)(2+8)6 m+(1/2)84 m=46 m?！敬鸢浮?1)0.2 (2)6 N (3)46 m2021/8/11 星期三16如圖所示，固定光滑細(xì)桿與地面成一定傾角，在桿上套有一個光滑小環(huán)，小環(huán)在沿桿方向的推力F作

14、用下向上運(yùn)動，推力F與小環(huán)速度v隨時間變化規(guī)律如圖所示，取重力加速度g=10 m/s2。求：(1)小環(huán)的質(zhì)量m；(2)細(xì)桿與地面間的傾角。 本題考查的知識點(diǎn)有勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，以及v-t圖象的理解及應(yīng)用，屬中等難度的題目?！敬鸢浮?1)1 kg (2)302021/8/11 星期三17考點(diǎn)3 牛頓第三定律、單位制1.作用力、反作用力與平衡力的區(qū)別內(nèi)容作用力和反作用力二力平衡受力物體作用在兩個相互作用的物體上作用在同一物體上依賴關(guān)系相互依存，不可單獨(dú)存在無依賴關(guān)系，撤除一個，另一個依然存在，只是不再平衡疊加性兩力作用效果不可抵消，不可疊加，不可求合力兩力作用效果可相互抵消，可疊加，可求合力，

15、合力為零力的性質(zhì)一定是同性質(zhì)的力可以是同種性質(zhì)的力，也可以不是2021/8/11 星期三18(3)三無關(guān)2.作用力和反作用力的關(guān)系可總結(jié)為“四同、三異、三無關(guān)”(1)四同同大小同時產(chǎn)生、變化、消失同性質(zhì)同一直線(2)三異反向異體不同效果與物體形態(tài)無關(guān)與相互作用的兩物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)與是否有另外的物體相互作用無關(guān)2021/8/11 星期三19 (1)一對相互作用力和一對平衡力的最直觀的區(qū)別是看作用點(diǎn)，一對平衡力的作用點(diǎn)在同一物體上，一對作用力和反作用力的作用點(diǎn)分別在兩個物體上。 (2)高考常在一些綜合題中考查牛頓第三定律，如求某一個力時，可以先求出它的反作用力，再根據(jù)牛頓第三定律求出此力。202

16、1/8/11 星期三20 【解析】環(huán)在豎直方向上受力情況如圖(甲)所示，受重力mg及箱子的桿給它的豎直向上的摩擦力f，根據(jù)牛頓第三定律，環(huán)應(yīng)給桿一個豎直向下的摩擦力f，故箱子豎直方向上受力圖如圖 (乙)所示，受重力Mg，地面對它的支持力FN，及環(huán)給它的摩擦力f，由于箱子處于平衡狀態(tài)，可得FN=f+Mg。 根據(jù)牛頓第三定律，箱子給地面的壓力大小等于地面給箱子的彈力。 所以FN=f+Mg。典例五牛頓第三定律的應(yīng)用【例5】一個箱子放在水平地面上，箱內(nèi)有一固定的豎直桿， 在桿上套著一個環(huán)，箱與桿的質(zhì)量為M，環(huán)的質(zhì)量為m， 如圖所示。已知環(huán)沿桿勻加速下滑時，環(huán)與桿間的 摩擦力大小為f，則此時箱對地面的壓力大小為多少？ 題目要求的是對地面的壓力，作用在地面上，但選地面不便分析。而根據(jù)牛頓第三定律，以箱子為研究對象可以直接求出它的反作用力。通過求反作用力來求作用力，這是牛頓第三定律的