高中物理課程

高中物理課程.第一頁，共19頁。同學(xué)們好。歡迎大家和我一起學(xué)習(xí)牛頓運動定律。前面一章，我們學(xué)習(xí)了怎樣描述物體的運動，但是沒有進(jìn)一步討論，物體為什么會做這樣或那樣的運動。要討論這個問題，必須知道運動和力的關(guān)系。在力學(xué)中，只研究物體怎樣運動而不涉及運動和力的關(guān)系的分科，叫做運動學(xué)；研究運動和力的關(guān)系的分科，叫做動力學(xué)。牛頓運動定律是動力學(xué)的基本規(guī)律，本章內(nèi)容是力學(xué)的核心內(nèi)容，也是整個中學(xué)物理學(xué)的重點內(nèi)容。請大家務(wù)必重視、努力學(xué)好本章內(nèi)容。高中物理-《牛頓運動定律》第一頁第二頁，共19頁。1．牛頓第一定律，慣性；2．物體運動狀態(tài)的改變；3．牛頓第二定律（F＝ma）；4．牛頓第三定律；一．本節(jié)課的知識要點：高中物理-《牛頓運動定律》第二頁第三頁，共19頁。二．要點精講：（1）牛頓第一定律(又叫慣性定律)：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。(1)牛頓第一定律告訴我們：力不是維持物體速度的原因，而是改變物體速度的原因。（即運動是物體的一種屬性，物體的運動不需要力來維持；力是使物體運動狀態(tài)改變－產(chǎn)生加速度的原因。）(2)牛頓第一定律指出了：任何物體都有保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，（這種性質(zhì)）我們把它叫做慣性。因此，牛頓第一定律又叫做慣性定律。

①

慣性是一切物體固有的性質(zhì)，不論物體的運動情況如何、受力情況怎樣、所處位置哪里，物體都具有慣性。

②

物體不受外力時，慣性表現(xiàn)為保持原來的運動狀態(tài)不變（即靜止的保持靜止，運動的保持勻速直線運動）；受外力時，慣性大小表現(xiàn)為改變運動狀態(tài)的難易程度。

③

質(zhì)量是物體慣性大小的惟一量度（即物體的慣性大小只跟物體的質(zhì)量有關(guān)，與其它一切因素都無關(guān)）。質(zhì)量大，慣性大；質(zhì)量小，慣性小。高中物理-《牛頓運動定律》第三頁第四頁，共19頁。

2．物體運動狀態(tài)的改變：物體的速度發(fā)生了改變，即物體的速度大小和（或）方向發(fā)生了改變，我們就說這個物體的運動狀態(tài)發(fā)生了改變。

（物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變時，物體就具有加速度。）3．牛頓第二定律：(1)內(nèi)容：物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。(2)公式：F合＝ma；（公式中各量的單位分別是：N、kg、m/s2，即：1N＝1kgm/s2）(3)理解：①矢量性：a與F合的方向總是相同的。（已知F合的方向，就可推知a的方向；已知a的方向，也可推知F合的方向。）

②瞬時性：a與F合同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失。（F合為0，a也為0－物體處于平衡狀態(tài)；F合不為0恒定，a也不為0恒定－物體做勻變速運動；F合變化，a也隨之變化－物體做非勻變速運動。）

③同體性：公式F合＝ma中，各量都是對同一物體（同一研究對象）而言的。

④相對性：用公式F合＝ma，求得的加速度a，是相對地面的。二．要點精講：（2）高中物理-《牛頓運動定律》第四頁第五頁，共19頁。二．要點精講：（3）4．牛頓第三定律：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，作用在一條直線上。注意：(1)作用力和反作用力總是同時出現(xiàn)，同時變化，同時消失的；

(2)

作用力和反作用力是一對同種性質(zhì)的力；

(3)一對作用力、反作用力和一對平衡力的區(qū)別：它們雖然都是大小相等，方向相反，作用在一條直線上，但它們有著本質(zhì)的區(qū)別，其中最突出的兩點就是，一對作用力和反作用力是分別作用在兩個不同的物體上，且必為同一種性質(zhì)的力，而一對平衡力是作用在同一物體上，且不一定是同種性質(zhì)的力。高中物理-《牛頓運動定律》第五頁第六頁，共19頁。三.能力要求：（1－1）1.能正確運用牛頓第一定律及慣性知識解釋有關(guān)現(xiàn)象、解答有關(guān)問題[例1]如圖所示，在沿水平面前進(jìn)的小車上放一豎直的木塊，突然發(fā)現(xiàn)木塊向圖示方向傾倒，試分析造成傾倒的原因是什么？解析：由圖示的情況來看，木塊上端向左傾倒。造成這種情況的原因可能是：（1）小車向右運動突然加速。豎直木塊和小車原來向右運動的，小車突然加速，木塊下部因與小車間有摩擦而隨小車向右運動的速度突然增大，木塊上部因慣性要保持原來的速度向右運動，故而木塊向左傾倒。（2）小車向左運動突然減速。豎直木塊和小車原來向左運動的，小車突然減速，木塊下部因與小車間有摩擦而隨小車向左運動的速度突然減小，木塊上部因慣性要保持原來的速度向左運動，故而木塊向左傾倒。高中物理-《牛頓運動定律》第六頁第七頁，共19頁。[例2]有人說，“不受力的物體有慣性，受力的物體沒有慣性”；還有人根據(jù)物體運動速度大不容易停下來，運動速度小容易停下來說，“慣性與物體的運動速度有關(guān)，速度大，慣性就大；速度小，慣性就小。”這些說法是否正確？為什么？解析：這些說法都不正確。因為，慣性是一切物體本身固有的維持原來運動狀態(tài)不變的性質(zhì)，與物體受力情況、運動狀態(tài)、所在位置等都無關(guān)。物體不受外力時，慣性表現(xiàn)為保持原來的運動狀態(tài)不變（靜止的保持靜止，運動的保持勻速直線運動）；受外力時，慣性表現(xiàn)為改變運動狀態(tài)的難易程度。質(zhì)量是物體慣性大小的惟一量度。所以，一切物體（靜止的、運動的，運動慢的、運動快的，受力的、不受力的，受力大的、受力小的，地面上的、太空中的等）都有慣性。慣性大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，而與其它一切因素都無關(guān)。

注意：不能把“慣性大小表示運動狀態(tài)改變的難易程度”理解成“慣性大小表示把物體從運動變?yōu)殪o止的難易程度”。事實上，只在相同阻力作用的情況下，速度（大?。┎煌|(zhì)量相同的物體，在相同的時間內(nèi)速度的減小量是相同的。這就說明質(zhì)量相同的物體，它們運動狀態(tài)改變的難易程度是相同的，因而它們的慣性是相同的，與它們的運動速度無關(guān)。

三.能力要求：（1－2）高中物理-《牛頓運動定律》第七頁第八頁，共19頁。三.能力要求：（2－1）2．能正確判斷物體的運動狀態(tài)變化[例3]．下列情況，物體的運動狀態(tài)改變的有：（）A．飛行員跳傘后在空中勻速豎直下落B．自行車在水平環(huán)形軌道上以大小為10m/s的速度運動C．投出去的鉛球D．位置發(fā)生改變的木塊解析：物體的速度發(fā)生改變，即物體運動的速度大小和（或）方向發(fā)生了改變，我們就說這個物體的運動狀態(tài)發(fā)生了改變。飛行員跳傘后在空中勻速豎直下落，飛行員做勻速直線運動，速度大小和方向都不變，運動狀態(tài)不變；木塊位置發(fā)生改變，運動狀態(tài)不一定改變，因為有可能是做勻速直線運動；自行車在環(huán)形軌道上運動，運動速度方向必然變化，投出去的鉛球在空中運動，速度大小和方向都不斷變化，它們的運動狀態(tài)一定改變，所以，選擇B和C。高中物理-《牛頓運動定律》第八頁第九頁，共19頁。三.能力要求：（3－1）

3．能運用牛頓第二定律解答有關(guān)問題[例4]平直軌道上運行的火車車廂中懸掛一質(zhì)量為50g的小球，火車勻速行駛時懸繩豎直；向右勻加速行駛時，車廂中乘客發(fā)現(xiàn)懸繩與豎直方向成30°角固定不變，如圖所示。求火車的加速度。（g＝10m/s2）解析：懸繩與豎直方向成30°角固定不變，小球與車廂相對靜止，即小球與車廂一道沿平直軌道做勻加速直線運動。以小球為研究對象，求出小球的加速度，也就知道了火車的加速度。如圖，根據(jù)小球只沿水平方向做勻加速直線運動，由牛頓第二定律知，小球所受重力G和懸繩的拉力T的合力F必沿水平方向向右。所以：F＝ma①F＝mgtanθ②由①、②得：a＝gtanθ＝10×tan30°≈5.77m/s2，方向水平向右。高中物理-《牛頓運動定律》第九頁第十頁，共19頁。

三.能力要求：（3－2）[例5]如圖所示，用兩根橡皮繩懸掛一質(zhì)量為m的小球，起初小球靜止，BO繩水平，AO繩與豎直方向成θ角?，F(xiàn)將繩BO剪斷，則在剪斷BO繩的瞬間，小球的加速度為多少？解析：小球原受力情況如圖。因小球原來靜止，所受三個力的合力為零，T2等于T1和mg的合力F（大小為F＝mgtanθ）。剪斷BO繩的瞬間，T2

立即消失，但由于小球的慣性，AO繩處于原狀，T1的大小、方向與剪斷前相同；小球的重力不變。所以剪斷BO的瞬間，小球所受合力為mgtanθ，由牛頓第二定律可得，此時小球的加速度大小為gtanθ，方向水平向右。但要注意，上述加速度只存在于剪斷繩BO的瞬間，當(dāng)AO繩的形變發(fā)生變化，小球的受力情況發(fā)生變化，加速度也就隨之發(fā)生變化了。高中物理-《牛頓運動定律》第十頁第十一頁，共19頁。三.能力要求：（3－3）[例6]豎直向上飛行的子彈，達(dá)到最高點后又返回原地。假設(shè)整個過程中，子彈所受阻力大小與速度的大小成正比，則整個運動過程中，子彈加速度的變化情況是（）（A）

始終變?。˙）

始終變大（C）

先變小后變大（D）

先變大后變小解析：根據(jù)牛頓第二定律，要討論加速度的變化，則應(yīng)討論物體所受合力的變化，而要弄清楚物體所受合力的變化情況，首先必須清楚物體的受力情況，故本題解答的關(guān)鍵在物體的受力分析上。高中物理-《牛頓運動定律》第十一頁第十二頁，共19頁。由本題題意可知，子彈在上升和下降過程中受重力和阻力兩個力的作用。重力不變，而阻力是一個隨速度變化而變化的力。正是由于阻力的變化才導(dǎo)致了加速度的變化（a與F的瞬時對應(yīng)關(guān)系），所以在分析子彈所受合力時，應(yīng)結(jié)合子彈的運動情況進(jìn)行分析。而子彈的運動可分為上升和下降兩個階段，故應(yīng)分別討論上升階段和下落階段合力的變化。子彈在上升階段，向下方向的重力G大小不變，而向下方向的阻力?隨上升速度的減小而減小，故子彈所受向下的合力（G＋?）在逐漸變??；下落階段，向下的重力G大小不變，而向上的阻力?隨下落速度的增大而增大，故子彈所受向下的合力（G－?）仍是逐漸變小。綜合以上分析可知，子彈在整個運動過程中所受的合力始終在減小，故它的加速度也始終在減小，在以上答案中應(yīng)選擇（A）。高中物理-《牛頓運動定律》第十二頁第十三頁，共19頁。三.能力要求：（3－4）[例7]如圖所示，質(zhì)量為4kg的物體靜止在水平面上，物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.5，現(xiàn)對物體施加一大小為20N，方向與水平面成30°角斜向上的拉力F作用，使物體沿水平面做勻加速直線運動，求物體的加速度是多大？若一段時間后撤去拉力F，則撤去F后物體的加速度是多大？（g＝10m/s2）解析：經(jīng)分析，拉力F作用期間物體的受力情況如圖（1）所示。因物體只沿水平方向加速運動（在豎直方向未發(fā)生運動），故由牛頓第二定律得：Fsinθ+N―mg=0①

Fcosθ―?=ma②

?=μN(yùn)③聯(lián)立上面①②③三式解得：代入已知數(shù)據(jù)求得：

a＝0.58m/s2高中物理-《牛頓運動定律》第十三頁第十四頁，共19頁。三.能力要求：（3－5）撤去拉力F之后一段時間內(nèi)，物體仍沿水平面向右運動，這期間物體的受力情況如圖（2）所示。由牛頓第二定律得：

N′--mg=0④?′=ma′⑤?′=μN(yùn)′⑥聯(lián)立上面④⑤⑥三式可解得：a′＝μg＝0.5×10m/s2

＝5m/s2即撤去拉力F之后，物體以5m/s2的加速度做勻減速直線運動直至停下。

高中物理-《牛頓運動定律》第十四頁第十五頁，共19頁。三.能力要求：（4－1）4.能區(qū)別相互作用力（作用力、反作用力）和平衡力[例8]如圖所示，物體A靜止在水平地面上，下列說法正確的是：（）A.物體對地面的壓力和它所受到的重力是一對平衡力B.物體對地面的壓力和地面對物體的支持力是一對作用力和反作用力C.物體受到的重力和地面對物體的支持力是一對作用力和反作用力D.物體受到的重力和地面對物體的支持力是一對平衡力高中物理-《牛頓運動定律》第十五頁第十六頁，共19頁。解析：相互作用力（作用力、反作