中職物理課件105第五節(jié) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用

第五節(jié)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用主講人：張明明山東省滕州市中等職業(yè)教育中心學(xué)?！版隙鹚奶?hào)”是如何從地球飛向月球的？主要內(nèi)容牛頓第一定律牛頓第二定律牛頓第三定律123國(guó)際單位制401PART01牛頓第一定律一、牛頓第一定律通過16世紀(jì)末，意大利物理學(xué)家伽利略對(duì)亞里士多德的論斷表示了懷疑。他注意到，當(dāng)一個(gè)球沿斜面向下滾動(dòng)時(shí)，它的速度增大，而向上滾動(dòng)時(shí)，它的速度減小。他由此猜想：當(dāng)球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，它的速度應(yīng)該不增不減。公元前4世紀(jì)，古希臘的哲學(xué)家亞里士多德在觀察和直覺的基礎(chǔ)上得出結(jié)論：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)；沒有力的作用，物體就保持靜止。伽利略為了說明他的思想，設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖所示的對(duì)接斜面的理想實(shí)驗(yàn)。一、牛頓第一定律一、牛頓第一定律

理想實(shí)驗(yàn)也叫假想實(shí)驗(yàn)或者思想實(shí)驗(yàn)，它以真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以邏輯法則為依據(jù)，用思維來展開實(shí)驗(yàn)過程。它具有實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)的一些特點(diǎn)，又不同于實(shí)際實(shí)驗(yàn)。它也是科學(xué)研究中常用的一種邏輯思維方法?！舅季S與方法】

理想實(shí)驗(yàn)方法一、牛頓第一定律

【觀察與體驗(yàn)】

觀察滑塊在水平氣墊導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)一、牛頓第一定律

【思考與討論】

在水平氣墊導(dǎo)軌上靜止的滑塊所受的外力有哪些？滑塊所受的合外力為多少？

在水平氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的滑塊所受的外力有哪些？滑塊所受的合外力為多少？英國(guó)的物理學(xué)家牛頓在伽利略等人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的研究，系統(tǒng)地總結(jié)了力學(xué)規(guī)律，提出了三條運(yùn)動(dòng)定律。一切物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)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。由于物體總保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)稱為慣性，因此，牛頓第一定律又稱為慣性定律。一、牛頓第一定律打籃球的同學(xué)在做“三步上籃”的動(dòng)作時(shí)，只需將球向上拋出，球就人會(huì)由于慣性，向前上方運(yùn)動(dòng)并落入籃筐了。一、牛頓第一定律與本學(xué)習(xí)小組的同學(xué)討論，圖1-5-6中在水平地面上玩滑板的人為什么能帶著滑板騰空而起？與其他小組的同學(xué)交流。一、牛頓第一定律

【思考與討論】一、牛頓第一定律

【應(yīng)用與拓展】

安全帶與安全氣囊02PART01牛頓第二定律人們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，物體的加速度不僅與其所受外力有關(guān)，還與其質(zhì)量有關(guān)。物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生加速度，因此也可以說，力是使物體產(chǎn)生加速度的原因。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(dòng)狀態(tài)。由此可知，如果物體受到外力作用，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)必將改變。二、牛頓第二定律二、牛頓第二定律

【觀察與體驗(yàn)】

研究加速度與外力的關(guān)系兩輛小車的位移與其所受拉力的關(guān)系是什么？二、牛頓第二定律

【觀察與體驗(yàn)】

研究加速度與外力的關(guān)系通過測(cè)量可發(fā)現(xiàn)：兩輛小車的位移與其所受拉力成正比。二、牛頓第二定律

【思考與討論】

小車的加速度與其所受的拉力有什么關(guān)系？

由于小車的初速度為零，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移公式可知，在時(shí)間t相同的情況下，小車的位移與加速度有什么關(guān)系？二、牛頓第二定律

對(duì)不易直接觀察和測(cè)量的微觀物理量，人們常常采用轉(zhuǎn)換觀測(cè)對(duì)象的方法。通過轉(zhuǎn)換，用某些容易觀察和測(cè)量的量，代替不易觀察和測(cè)量的量，這就是轉(zhuǎn)換法?！舅季S與方法】

轉(zhuǎn)換法

由于加速度是一個(gè)較難測(cè)量的物理量，因此本實(shí)驗(yàn)巧妙運(yùn)用轉(zhuǎn)換法，用測(cè)量物體的位移之比代替測(cè)量物體的加速度之比，進(jìn)而揭示出物體加速度與外力之間的關(guān)系。在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以歸納出：質(zhì)量相同的物體，加速度與其所受的外力成正比。即二、牛頓第二定律二、牛頓第二定律

【觀察與體驗(yàn)】

研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系牛頓第一定律利用前面的實(shí)驗(yàn)裝置繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。在兩輛小車的繩端各掛一個(gè)鉤碼，使兩輛小車所受的拉力相同。在第一輛小車上加放砝碼，使其質(zhì)量增大為原來的2倍。先標(biāo)記出小車的初始位置，再打開夾子，讓兩輛小車同時(shí)從靜止開始運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過一小段時(shí)間后，合上夾子，讓它們同時(shí)停下。測(cè)量?jī)奢v小車的位移大小。二、牛頓第二定律

【觀察與體驗(yàn)】

研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系通過測(cè)量可發(fā)現(xiàn)：兩輛小車的位移與其質(zhì)量成反比。由于位移與加速度成正比，因此可以得出小車的加速度與其質(zhì)量成反比。在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以歸納出：在相同外力作用下，物體的加速度與其質(zhì)量成反比，即二、牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)表明，質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以改變，即物體的慣性大；質(zhì)量小的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變，即物體的慣性小。因此，質(zhì)量是物體慣性大小的量度。二、牛頓第二定律列車的質(zhì)量一般都非常大，即慣性非常大，要使高速行駛的列車停下來是很困難的。因此，為了避免傷害，在通過列車道口時(shí)，一定要遵守交通法規(guī)，聽從交警的指揮，如右圖所示。

【行為與責(zé)任】二、牛頓第二定律

控制變量法就是在有多個(gè)因素（變量）同時(shí)對(duì)結(jié)果起作用的過程中，通過控制實(shí)驗(yàn)條件（控制其他因素不變），逐個(gè)研究某一因素對(duì)結(jié)果的影響，然后加以綜合的研究方法，也叫單因子實(shí)驗(yàn)法?！舅季S與方法】

控制變量法

以上實(shí)驗(yàn)中，為了研究加速度與外力和質(zhì)量的關(guān)系，先控制質(zhì)量不變，研究加速度與外力的關(guān)系，再控制外力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，運(yùn)用的就是控制變量法。二、牛頓第二定律加速度跟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。這就是牛頓第二定律。根據(jù)以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：和，可以得出。

將此式寫成等式，變?yōu)椤?/p>

如果規(guī)定力的單位為

N，且

1N=1kg·m/s2，則上式可簡(jiǎn)化為，

其中的F是指物體所受的合外力，因此也可以寫成。

二、牛頓第二定律

以前的汽車，如果在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行緊急制動(dòng)，車輪會(huì)被制動(dòng)器抱死，使前輪失去轉(zhuǎn)向功能，可能使汽車發(fā)生側(cè)滑，甚至側(cè)翻。為防止這種情況的發(fā)生，人們發(fā)明了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）。它可以自動(dòng)地檢測(cè)車輪是否在正常滾動(dòng)，并在車輪滑動(dòng)的時(shí)候釋放制動(dòng)器，使汽車輪子處于滾動(dòng)和滑動(dòng)的交替狀態(tài)。幫助司機(jī)在制動(dòng)時(shí)更好地掌控汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，防止出現(xiàn)側(cè)滑等失控情況。

【應(yīng)用與拓展】

汽車ABS二、牛頓第二定律

示例

冰壺吊車要在10s內(nèi)將地面上的貨物吊到10m高的樓頂，貨物的質(zhì)量是2.0×103

kg，假設(shè)貨物被勻加速吊起，問吊車?yán)|繩對(duì)貨物的拉力是多少？

分析

本題以貨物為研究對(duì)象，先分析其運(yùn)動(dòng)情況：已知貨物向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，而且v0=0，t=10s，s=10m，因此可以利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式，求出加速度的大小。二、牛頓第二定律

再分析貨物在運(yùn)動(dòng)過程中的受力情況：貨物受到兩個(gè)力的作用，豎直向上的拉力

F和豎直向下的重力G，如右圖所示。由于已知貨物的質(zhì)量

m，因此可以求出重力G。

最后應(yīng)用牛頓第二定律，求解拉力F的大小。在應(yīng)用牛頓第二定律解題時(shí)，由于力、加速度都是矢量，因此在計(jì)算時(shí)要選擇一個(gè)正方向。本題選貨物的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，則貨物所受的拉力

F為正值，重力G為負(fù)值。由于加速度的方向與正方向相同，因此加速度的數(shù)值也為正值。二、牛頓第二定律

m/s2=0.20m/s2。

選豎直向上為正方向，根據(jù)對(duì)貨物的受力分析，利用牛頓第二定律：

F合

=F－G=ma

F=G+ma=mg+ma=（2.0×103×9.8+2.0×103×0.20）N=2.0×104N二、牛頓第二定律在吊車向上加速吊起貨物時(shí)，纜繩對(duì)貨物的拉力超過貨物的重力，這種現(xiàn)象稱為超重。與此相反，當(dāng)?shù)踯囅蛳录铀俜畔仑浳飼r(shí)，纜繩對(duì)貨物的拉力將小于貨物的重力，這種現(xiàn)象稱為失重。在火箭發(fā)明之前，有人曾設(shè)想用一門巨型大炮將宇宙飛船發(fā)射到月亮上去。這種想法很有創(chuàng)意，但實(shí)際上卻是不可能的，因?yàn)轱w船中的乘客在被發(fā)射出去時(shí)將經(jīng)歷一個(gè)超強(qiáng)的加速過程，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的超重現(xiàn)象，會(huì)讓他們瞬間失去生命。03PART01牛頓第三定律兩個(gè)物體之間的作用總是相互的，一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體有力的作用，另一個(gè)物體同時(shí)對(duì)這個(gè)物體也一定有力的作用。我們?cè)诔踔形锢碇袑W(xué)過，力是物體間的相互作用。三、牛頓第三定律物體間相互作用的這一對(duì)力，稱為作用力和反作用力。

【觀察與體驗(yàn)】

用力傳感器研究作用力與反作用力三、牛頓第三定律

【觀察與體驗(yàn)】

用力傳感器研究作用力與反作用力三、牛頓第三定律觀察發(fā)現(xiàn)：由屏幕上顯示出的兩個(gè)力傳感器的受力圖線在任何時(shí)刻都是沿時(shí)間軸對(duì)稱分布的。小組討論：根據(jù)兩個(gè)力傳感器的受力圖線進(jìn)行概括，在任何時(shí)刻兩個(gè)相互作用力是怎樣的？

在任何時(shí)刻兩個(gè)相互作用力都是大小相等、方向相反的。大量實(shí)驗(yàn)表明：兩個(gè)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。式中，F(xiàn)、F＇分別表示作用力和反作用力，負(fù)號(hào)表示它們的方向相反。F=－F＇三、牛頓第三定律用公式可表示為作用力和反作用力總是成對(duì)出現(xiàn)，同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失。三、牛頓第三定律作用力和反作用力總是屬于同種性質(zhì)的力。如：作用力是萬有引力，反作用力也一定是萬有引力；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(gè)物體上，各自產(chǎn)生各自的作用效果，不能平衡，不能抵消。人走路時(shí)，腳總是不斷地向后蹬地，地面受到了向后的摩擦力，同時(shí)，腳也受到了向前的摩擦力，從而使人向前運(yùn)動(dòng)。騎自行車時(shí)，人用力地蹬踏板，使后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，后輪對(duì)地面產(chǎn)生向后的摩擦力，地面對(duì)后輪產(chǎn)生向前的摩擦力，推動(dòng)自行車前進(jìn)。三、牛頓第三定律人在游泳時(shí)，主要是利用四肢向后推水，來獲得水對(duì)人向前的推力。三、牛頓第三定律

當(dāng)搭載著“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器的火箭發(fā)射升空時(shí)，通過向后高速噴射燃料，獲得了向前的推進(jìn)力。探測(cè)器與火箭分離后，主要依靠慣性前進(jìn)，但可利用攜帶的7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行修正，校準(zhǔn)航向。接近月球后，探測(cè)器使用變推力發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行近月制動(dòng)，使其被月球的引力場(chǎng)捕獲，成為一顆繞月衛(wèi)星。之后通過變軌控制，使速度逐漸下降，最后在反推發(fā)動(dòng)機(jī)和著陸緩沖機(jī)構(gòu)的保護(hù)下，實(shí)現(xiàn)軟著陸。04PART01國(guó)際單位制

1960年10月，第11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定了國(guó)際通用的國(guó)際單位制（簡(jiǎn)稱SI）。1971年第14屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)，建立了以7個(gè)基本量為基礎(chǔ)的國(guó)際單位制，規(guī)定了7個(gè)基本單位，分別是長(zhǎng)度單位米（m）、時(shí)間單位秒（s）、質(zhì)量單位千克（kg）、電流單位安（A）、熱力學(xué)溫度單位開（K）、物質(zhì)的量單位摩爾（mol）、發(fā)光強(qiáng)度單位坎德拉（cd）。四、國(guó)際單位制

四、國(guó)際單位制

【應(yīng)用與拓展】

相對(duì)論及其應(yīng)用簡(jiǎn)介

1905年，德國(guó)物理學(xué)家愛因斯坦提出了狹義相對(duì)論，