高中物理人教版 (新课标)必修11 牛顿第一定律集体备课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修11 牛顿第一定律集体备课课件ppt，共55页。PPT课件主要包含了青年牛顿，全面丰收的时期，牛顿第一定律，牛顿第三定律，两点说明，忽略地球自转，三种表现形式，3弹簧的弹力，摩擦力，万有引力等内容，欢迎下载使用。

少年时代的牛顿，天资平常，但很喜欢制作各种机械模型，他有一种把自然现象、语言等进行分类、整理、归纳的强烈嗜好，对自然现象极感兴趣。
牛顿第一定律: 任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到其它物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。
（1）任何物体都具有惯性,牛顿第一定律又叫惯性定律。
（2）当物体受到其他物体作用时才会改变其运动状态,即力的作用是物体改变运动状态的原因。
（3）此定律也称惯性定律，它是理想化抽象思维的产物，不能用实验严格验证；此定律仅适用于惯性系。
（1）作用力、反作用力，分别作用于二物体， 各产生其效果；
（2）作用力和反作用力是性质相同的力。
（4）惯性系：在一个参考系观察，一个不受力作用或处于平衡状态的物体，将保持静止或匀速直线运动的状态，这个参考系叫惯性系。
§2-2 常见力和基本力
重力：地球表面的物体，受到地球吸引而使物体受到的力。
重力与重力加速度的方向都是竖直向下。
注意:由于地球自转，重力并不是地球的引力，而是引力沿竖直方向的一个分力，引力的另一个分力提供向心力。
弹性力：两个相互接触并产生形变的物体企图恢复 原状而彼此互施作用力。
方 向: 始终与使物体发生形变的外力方向相反。
条 件：物体间接触，物体的形变。
(1)两个物体通过一定面积相互挤压；
方向:垂直于接触面指向对方。
大小:取决于挤压程度。
(2)绳对物体的拉力；
大小：取决于绳的收紧程度。
弹性限度内，弹性力满足胡克定律：
方向：指向要恢复弹簧原长的方向。
方向：沿着绳指向绳收紧的方向。
摩擦力：两个相互接触的物体在沿接触面相对运动时，或者有相对运动趋势时，在它们的接触面间所产生的一对阻碍相对运动或相对运动趋势的力。
条 件：表面接触挤压；相对运动或相对运动趋势。
方向：与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。
其中s为静摩擦系数，k为滑动摩擦系数。它们与接触面的材料和表面粗糙程度有关。
万有引力：存在于一切物体间的相互吸引力。
其中m1和m2为两个质点的质量，r为两个质点的距离，G0叫做万有引力常量。
引力质量与惯性质量在物理意义上不同，但是二者相等，因此不必区分。
电磁力：存在于静止电荷之间的电性力以及存在于运动电荷之间的磁性力，本质上相互联系，总称为电磁力。
分子或原子都是由电荷系统组成，它们之间的作用力本质上是电磁力。例如：物体间的弹力、摩擦力，气体的压力、浮力、粘滞阻力。
强力：亚微观领域，存在于核子、介子和超子之间的、把原子内的一些质子和中子紧紧束缚在一起的一种力。
弱力：亚微观领域内的另一种短程力，导致衰变放出电子和中微子的重要作用力。
§2-3 牛顿第二定律及其微分形式
牛顿第二定律：物体受到外力作用时，它所获得的加速度的大小与外力的大小成正比，并与物体的质量成反比，加速度的方向与外力的方向相同。
(1)质量的理解：质量是惯性的量度。不受外力保持运动状态不变；一定外力作用时，质量越大，加速度越小，运动状态越难改变；。因此，这里的质量叫做惯性质量。
(2)瞬时性的理解：定律中的力和加速度都是瞬时的，同时存在，同时消失。
(3)矢量性的理解：矢量表达式，力与加速度都是矢量，二者方向相同，满足叠加原理。
叠加原理：几个力同时作用在一个物体上，物体产生的加速度等于每个力单独作用时产生的加速度的叠加。
表示各个力产生的加速度。
直角坐标系与自然坐标系中的分量形式
2.牛顿第二定律的微分形式
牛顿第二定律原文意思：运动的变化与所加的动力成正比，并且发生在这力所沿直线的方向上。
这里的“运动”指物体的质量和速度矢量的乘积。
牛顿第二定律实质上是：
牛顿第二定律的微分形式
牛顿第二定律的微分形式是基本的普遍形式，适用于高速运动情况与变质量问题。
§2-4 牛顿运动定律应用举例
(2)使用隔离法分析受力情况，作出受力图
(3)分析运动情况，判断加速度
(4)建立坐标系，根据牛顿第二运动定律列方程
例1：设电梯中有一质量可以忽略的滑轮，在滑轮两侧用轻绳悬挂着质量分别为m1和m2的重物A和B，已知m1>m2 。当电梯(1)匀速上升，(2)匀加速上升时，求绳中的张力和A相对与电梯的加速度。
解：以地面为参考系，物体A和B为研究对象，分别进行受力分析。
物体在竖直方向运动，建立坐标系y
(1)电梯匀速上升，物体对电梯的加速度等于它们对地面的加速度。A的加速度为负，B的加速度为正，根据牛顿第二定律，对A和B分别得到：
将ar代入上面任一式T，得到：
(2)电梯以加速度a上升时，A对地的加速度a-ar，B的对地的加速度为a+ar，根据牛顿第二定律，对A和B分别得到：
由(2)的结果，令a=0，即得到的结果
由(2)的结果，电梯加速下降时，a <0，即得到
例2：一根不可伸长的细绳跨过一定滑轮，绳的一端悬有一质量为m1的物体，另一边穿在质量为m2的圆柱体的竖直细孔中，圆柱体可沿绳滑动，今看到绳子从圆柱体的细孔中加速上升，柱体相对于绳子以匀加速度a下滑（见图），求：（1）m1 、m2相对于地面的加速度；（2）绳的张力及柱体与绳之间的摩擦力。
例3：升降机内有如图装置，A、B质量分别为mA、mB。滑轮质量不计，设A与桌面间无摩擦，升降机以加速度a上升，求装置内绳子的张力和A、B对升降机加速度的大小.
例4：一重物m用绳悬起，绳的另一端系在天花板上，绳长l=0.5m，重物经推动后，在一水平面内作匀速率圆周运动，转速n =1r/s。这种装置叫做圆锥摆。求这时绳和竖直方向所成的角度。
解：绳以小球为研究对象，对其进行受力分析：
小球的运动情况，竖直方向平衡，水平方向作匀速圆周运动，建立坐标系如图：
拉力的竖直方向的分量与重力平衡，水平方向的分力提供向心力。利用牛顿定律，列方程：
可以看出，物体的转速n愈大，也愈大，而与重物的质量m无关。
例5：计算一小球在水中竖直沉降的速度。已知小球的质量为m，水对小球的浮力为B，水对小球的粘性力大小为R=Kv，式中K是和水的粘性、小球的半径有关的一个常量。
解：以小球为研究对象，分析受力：
小球的运动在竖直方向，以向下为正方向，根据牛顿第二定律，列出小球运动方程：
作出速度-时间函数曲线：
物体在气体或液体中的沉降都存在极限速度。
例6：有一密度为的细棒，长度为l，其上端用细线悬着，下端紧贴着密度为的液体表面。现悬线剪断，求细棒在恰好全部没入水中时的沉降速度。设液体没有粘性。
解：以棒为研究对象，在下落的过程中，受力如图：
棒运动在竖直向下的方向，取竖直向下建立坐标系。
当棒的最下端距水面距离为时x，浮力大小为：
此时棒受到的合外力为：
利用牛顿第二定律建立运动方程：
要求出速度与位置的关系式，利用速度定义式消去时间
§2-5 第二定律积分形式一：动量定理
重写牛顿第二定律的微分形式
考虑一过程，时间从t1-t2，两端积分
左侧积分表示力对时间的累积量，叫做冲量。
这就是动量定理：物体在运动过程中所受到的合外力的冲量，等于该物体动量的增量。
(2)在直角坐标系中将矢量方程改为标量方程
(3)动量定理在打击或碰撞问题中用来求平均力。
(4)对于多个质点组成的质点系，不考虑内力。
(5)动量定理是牛顿第二定律的积分形式，因此其使用范围是惯性系。
(6)动量定理在处理变质量问题时很方便。
应用动量定理解题的步骤：
(1)选择研究对象，分析受力，确定初末状态的速度。
（2）建立坐标轴，将每个力的初末动量投影到坐标轴。
（3）列出动量的分量式，求解。
解：法一 取球与台刚接触为初态，刚分离为末态。
建立一维坐标系如图。
法二 取球开始下落时为初态，弹至最高点时为末态
例2 一绳跨过一定滑轮，两端分别拴有质量为m及的M物体A和B， M大于m。B静止在地面上，当A自由下落距离h后，绳子才被拉紧。求绳子刚被拉紧时两物体的速度，以及能上升的最大高度。
解：以物体A和B为系统作为研究对象，采用隔离法分析受力，作出绳拉紧时的受力图：
绳子刚好拉紧前的瞬间，物体A的速度为：
绳子拉紧后，经过短暂时间的作用，两物体速率相等，对两个物体分别应用动量定理，得到：
忽略重力，考虑到绳不可伸长，有：
当物体B上升速度为零时，达到最大高度
2.变质量物体的运动方程
物体m与质元dm在t时刻的速度以及在t+dt时刻合并后的共同速度如图所示：
把物体与质元作为系统考虑，初始时刻与末时刻的动量分别为：
略去二阶小量，两端除dt
变质量物体运动微分方程
值得注意的是，dm可正可负，当dm取负时，表明物体质量减小，对于火箭之类喷射问题，
(2)写出系统动量表达式
(3)求出系统动量变化率
(5)应用动量定理求解
变质量问题的处理方法:
例1：一长为l，密度均匀的柔软链条，其单位长度的质量为，将其卷成一堆放在地面上，如图所示。若用手握住链条的一端，以加速度a从静止匀加速上提。当链条端点离地面的高度为x时，求手提力的大小。
以链条为系统，向上为X正向，地面为原点建立坐标系。
系统动量对时间的变化率为：
功是表示力对空间累积效应的物理量。
其中为力与位移的夹角。可以把上式写成两个矢量的标积
功是标量，没有方向，但有正负。
当/2<时，dA<0，力对物体做负功。
当0</2时，dA>0，力对物体做正功。
当=/2时， dA=0，力对物体不做功。
功率：力在单位时间内做的功，用P 表示
功率是反映力做功快慢的物理量。功率越大，做同样的功花费的时间就越少。
在国际单位制中，功的单位是Nm，叫做焦(J)，功率的单位是J/s ，叫做W(瓦)。
质点的动能定理：合外力对质点所作的功，等于质点动能的增量。
讨论（1）功是过程量；动能是瞬时量。
（2）动能定理只适应于惯性系。
例1：已知小球质量为m，半球形容器的半径为R （固定不动） ，小球从静止开始滚至最低点时，球对容器的压力为F。求：从O到A的过程中，摩擦力作的功Af=？
例2:传送机通过滑道将长为L，质量为m的柔软匀质物体以初速v0向右送上水平台面，物体前端在台面上滑动S距离后停下来（如图）。已知滑道上的磨擦可不计，物与台面间的摩擦系数为μ，而且S>L，试计算物体的初速度v0。
解：由于物体是柔软匀质的，在物体完全滑上台面之前，它对台面的正压力可认为与滑上台面的质量成正比，所以，它所受台面的摩擦力fr是变化的。本题如果用牛顿定律的瞬时关系求加速度是不太方便的。我们把变化的摩擦力表示为
当物体前端在s处停止时，摩擦力做的功为
例3：有一密度为的细棒，长度为l，其上端用细线悬着，下端紧贴着密度为的液体表面。现悬线剪断，求细棒在恰好全部没入水中时的沉降速度。设液体没有粘性。
解：如图，细棒下落过程中，合外力对它做的功为
应用动能定理，因初速度为0，末速度v可求得如下
与前法相比结果相同，而大为简便。
质点系的动能定理 ：对质点系作的总功，等于质点系总动能的增量。
注意：定理中的功A应是作用在系统上所有内力和外力之总和。
例4: 质量为M的1/4 园弧槽放在光滑水平面上，质量为m的滑块从顶端往下滑，不计摩擦，园弧槽的半径为R ，求（1）m刚脱离M时，两物速度vm =? vM=? （2）刚脱离时m和M对地的水平位移Smx=?，SM=？
其中，N和N´是一对内力，这对内力作功之和：
vM vm分别为脱离时刻M和m对地的速度。
M与m组成的系统水平方向动量保持恒量0。
0= m vm -M vM （2）