中职物理人教版通用类5 牛顿运动定律精品课件ppt

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牛顿运动定律阅读提示：①牛顿第一定律的内容是什么？②什么是惯性？惯性与什么有关？③加速度的大小和哪些因素有关？④牛顿第二定律的内容是什么？⑤什么叫基本单位？什么叫导出单位？⑥在力学范围内，国际单位制的基本单位和导出单位是什么？⑦牛顿第三定律的内容是什么？5 牛顿运动定律①牛顿第一定律（一）牛顿第一定律的内容：牛顿在前人研究的基础上，根据自己对力学的研究与总结，提出了著名的牛顿运动三定律。其中牛顿第一定律的内容为： 一切物体总要保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。 5（二）惯性（1）什么是惯性？物体保持原来的匀速直线运动或静止状态的性质叫做惯性。因此，牛顿第一定律又叫惯性定律。（2）惯性与什么有关？惯性是物体的固有性质。惯性只与物体本身有关，与任何外界因素无关，如物体是否受力或处在何种运动状态等，都毫无关系。惯性依物体的存在而存在，且永远不会消失。一切物体都有惯性。物理与生活乘坐公交车，当汽车突然开动时，如图1-38甲所示，乘车人为什么向后仰。这是因为汽车开动前，人和汽车是静止的；当汽车突然开动时，乘车人的下半身受到汽车的摩擦力，在这个摩擦力的作用下，由静止改变为随汽车前进的运动状态，而乘车人的上半身由于惯性，仍要保持原来的静止状态，所有乘车人的身体“上静下前动”，因此向后仰。 图1-38甲 汽车突然开动如图1-38乙所示汽车突然刹车时，公交车上的乘客又会怎样？乘客会向前倾。这是因为汽车突然刹车时，人和汽车是运动的；当汽车突然刹车时，乘车人的下半身受到汽车的摩擦力，在这个摩擦力的作用下，由运动改变为随汽车静止状态，而乘车人的上半身由于惯性，仍要保持原来的运动状态，所有乘车人的身体“上动下静止”，因此向前倾。 图1-38乙汽车突然刹车（3）惯性是维持运动的原因 牛顿第一定律清楚地表明：一切物体因惯性总保持匀速直线运动或静止状态，物体一旦运动起来因惯性将使它继续运动下去，直到有外力迫使它改变这种状态。所以说，惯性是维持物体运动的原因，而力是改变物体运动状态的原因。 （4）力是物体产生加速度的原因 物体处于静止或匀速直线运动的状态叫做平衡状态。物体静止时速度为零，物体做匀速直线运动时，速度为恒量，所以物体处于平衡状态时速度不变化，加速度为零。这种情况，通常称为物体的运动状态没有改变。反之，一个物体的速度发生了变化，有了加速度，就称物体的运动状态改变了。牛顿第一定律阐明：物体受到外力的作用，运动状态必然改变，即速度发生了改变，有了加速度。例如，列车出站时，在牵引力的作用下，由静止开始运动，运动状态发生了改变，速度不断增加，有了加速度；列车进站时，由于受到阻力作用，运动由快变慢，运动状态发生了改变，速度不断减小，产生了加速度。可见力是改变物体运动状态的原因，是改变速度的原因，是产生加速度的原因。结论 由牛顿第一定律可知，维持物体运动的原因是惯性，而不是力。力是改变物体运动状态的原因，即产生加速度的原因。②加速度和力的关系 由牛顿第一定律可知，维持物体运动的原因是惯性，而不是力。力是改变物体运动状态的原因，即产生加速度的原因。除了作用力之外，加速度的大小，还与物体的质量有关，那么，物体运动的加速度与受到的力及物体的质量有什么关系呢？（一）加速度和力的关系载重卡车在平直的路面上提速，速度改变的快慢，即卡车产生的加速度与它受到的牵引力有关。油门大时，牵引力大，卡车提速快，产生的加速度就大；牵引力越大，加速度也越大。在质量相同的情况下，物体运动的加速度，与作用到物体上的力成正比。（二）用数学公式表示为 或者a∝F（保持质量m不变，a和F是单函数关系）③加速度和质量的关系卡车在平直的路面上提速，在牵引力相同的情况下，空车比满载时提速快．空车质量小，产生的加速度大；满载质量大，产生的加速度小。（一）关系：在作用力相同的情况下，物体运动的加速度，与它的质量成反比。（二）用数学公式表示为 (保持作用力F不变，a和m是单函数关系)④牛顿第二定律（一）牛顿第二定律的内容物体的加速度，与物体受到的作用力成正比，与它的质量成反比。这就是牛顿第二定律。 注意：加速度和力都是矢量。加速度的方向与引起这个加速度的力的方向相同。（二）牛顿第二定律用数学公式表示为引入比例常数k，即可写成等式为F=kma关于比例常数k在F=kma中的比例常数k，其大小与公式中各物理量选取的单位有关，在国际单位制中，使质量为1 kg的物体产生1m／s2的加速度的作用力的大小规定为1N，则在国际单位制中，k的取值为1，使牛顿第二定律的公式简化为：F=ma显然上式中，各个物理量的分别为F—N；m—kg；a—m/s2。上式是物体受到一个外力作用时的公式。（三）当物体同时受几个外力的作用时的牛顿第二定律（1）牛顿第二定律的内容物体的加速度，与物体所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。（2）公式：F合= ma 式中： F合—物体同时受几个外力的合力，单位：N； m—物体的质量,单位：kg; a—物体的加速度，单位：m/s2.(四)注意牛顿第二定律是整个牛顿力学的核心，应用牛顿第二定律时，应注意以下问题：（1）公式F合= ma 中的力F合，是物体受到所有力的合力；（2）公式F合= ma中的力F合和加速度a具有矢量性，二者都是矢量且方向相同；（3） F合和a具有瞬时对应性，物体受力就产生加速度，力F合改变，加速度a对应发生改变，力消失，加速度也对应消失。⑤质量是物体惯性的量度（一）惯性与质量的关系物体惯性大小和什么有关？质量不同的物体，受到相同的作用力，产生的加速度的大小不同，即运动状态改变的难易程度不同。质量大的物体的运动状态不容易改变，这表明质量大的物体保持原来运动状态的本领大，即物的惯性大。反之，质量小的物体，保持原来运动状态的本领就小，它的惯性就小。（二）结论：所以，质量是物体惯性大小的量度。物理与技术—改变惯性的常用方法在实际应用中要求物体的运动状态容易改变时，应该尽可能地减少它的质量。如歼敌机的质量比运输机、轰炸机都小，在战斗前还要抛摔副油箱，如图1-39所示，进一步减少惯性，提高歼敌机的机动性。相反，当要求物体的运动状态不易改变时，应增大物体的质量，电动机、车床等机器都固定在很重的机座上，以增大惯性，减少机器的震动，避免因撞击而发生不必要的移动。图1-39抛掉副油箱减小惯性电动机在水平面上，一个质量为2 kg的物体，受到6.4 N的水平拉力，从静止开始向前运动，如果物体受到地面的摩擦阻力是4.2 N。求物体4s末的速度和4 s内的位移。 解析：（解题思路）分析物体的受力情况，求出合力；由牛顿第二定律求加速度；运用运动学的知识求解末速度和位移。 例题1GNFfGNFf如图所示，物体受4个力，重力G，竖直向下；支持力N，垂直于支撑面竖直向上；拉力F，水平向右；摩擦力f，与运动方向相反，水平向左：解：物体受力情况如图所示，从而有F合=F-f= 6.4 N- 4.2 N=2.2 N，方向与F同，水平向右。由牛顿第二定律F合=ma得加速度为 vt=v0+at=0m/s+1.1m/s2×4s=4.4m/s 答:物体4s末的速度为4.4m/s, 4 s内的位移是8.8m. ⑥力学单位制 （一）单位制 （1）基本单位和导出单位运用公式v=s/t来求速度，如果位移用m做单位，时间用s做单位，求出的速度的单位就是m/s。同样，用公式F=ma求力时，如果质量的单位用kg，加速度的单位用m/S2，求出的力的单位就是kg•m/S2，也就是N。可见物理公式在确定物理量的数量关系的同时，也确定了物理量的单位关系。因此，先选定几个物理量的单位做为基本单位，再根据物理公式中其他物理量和这几个物理量的关系，推导出其他物理量的单位。这些推导出来的单位叫导出单位。（2）单位制，就是有关基本单位、导出单位等一系列单位的体制。基本单位和导出单位一起组成了单位制。（二）力学单位制 在力学范围中，选定长度、质量、时间三个物理量为基本量，并规定出它们的基本单位，就可推导出其他物理量的导出单位。三个基本量选定不同单位，就可组成不同的力学单位制。如果长度、质量、时间分别选取m、kg、s做单位，就组成了力学单位制的国际单位制。 （三）国际单位制(1)国际单位制综上所述，选取不同的基本单位和物理公式，就可推导出不同的导出单位，即组成不同的单位制。多种单位制并存，严重影响了科技的交流与发展，阻碍了计量科学的进步。为了避免多种单位制并存所造成的混乱，国际上制定了一种通用的、适合一切计量领域的单位制，叫做国际单位制，代号为SI，在中国简称国际制。(2)国际单位制的基本量及其基本单位国际单位制（见附录表1）规定了7个基本量及其基本单位，其中包括长度m（米）、质量kg（千克）和时间s（秒）。表1 国际单位制的基本单位（p238)⑦作用力与反作用力我们已经知道：力是物体之间的相互作用，一个物体对另一个物体施加力的作用时，也一定同时受到另一个物体对它施加的怍用。如手拉箱子或压弹簧，箱子或弹簧也同时向反方向拉手或压手的情况。如果一个物体对另一个物体施加的力叫作用力，则另一个物体对这个施力物体施加的力就叫做反作用力。反作用力作用力⑧牛顿第三定律（一）牛顿第三定律的内容：牛顿将作用力与反作用力的关系总结为牛顿第三定律：两个物体之间作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。（二）表达式：如果用F表示作用力，用F′表示反作用力，则有 F=﹣F′式中“﹣’’表示作用力和反作用力的方向相反。（三）特别注意：作用力和反作用力是分别作用在两个物体上的同性质的力。物理与生活 牛顿第三定律应用很广，与身边的生产与生活中的很多力学现象密切相关。例如，人走路时，用脚蹬地，脚通过摩擦给地面施加一个作用力，同时地面也通过摩擦给脚一个反作用力，推人前进。轮船航行时旋转的螺旋桨向后推水’，水同时也向前推螺旋桨，推着轮船前进。汽车发动机驱动后轮转动，由于轮胎与地面之间有摩擦，轮胎向后推地面，地面给轮胎一个向前的反作用力，使汽车前进。汽车的牵引力就是这样产生的。如果把后轮架空，不让它接触地面，这时让发动机驱动着后轮空转。由于空转的后轮不接触地面，地面不产生向前推汽车的力，汽车就不能前进了。思考与讨论1.作用力和反作用力与二力平衡有什么区别？？2.静止在桌面上的物体受重力和支持力，这两个力的反作用力、平衡力都是什么力？GN答：重力的反作用力是物体对地球的吸引力，重力的平衡力是桌面对物体的支持力。支持力的反作用力是物体对桌面的压力，支持力的平衡力是物体的重力。 如图1-42所示，是研究牛顿第二定律的实验装置。质量为M的小车，放在光滑的水平桌面上，小车的前面系着不可伸长的细绳，细绳绕过定滑轮在另一端连接着砝码盘，砝码盘里放砝码。设砝码盘加砝码的质量为m。M和m就组成一个实验系统。实验时，小车在m的重力作用下，从静止开始做匀加速运动。改变质量M或m的大小，就改变了小车的加速度。试求小车的加速度与细绳的拉力。例题2图1-42MmMgNTmgT′aa 解：受力分析如图1-42所示，由牛顿第二定律，小车受细绳的拉力T,有T=Ma (1) 砝码受重力mg和拉力T′，由牛顿第二定律，有 mg -T′= ma (2) 由牛顿第三定律知，T与T′大小相等，方向相反，(1)+(2)得 mg=（M+m）a 整理的 此式表明，实验系统的加速度a，等于系统受到的合外力mg与系统的总质量（M+m）的比。将代入式(1) T=Ma中得 此式表明，系统加速运动时，细绳对小车的拉力不等于砝码的重量mg。1．关于运动和力的关系，下面说法中正确的是( )。 A.力是维持运动的原因 B.力是产生速度的原因 C.力是改变运动状态的原因 D.力是产生加速度的原因复习与巩固 p41CD2．在平直的公路上行驶的汽车，受到水平方向的牵引力F1和阻力F2的作用，在下列几种情况下，汽车将怎样运动？ A.F1=F2 B.F1 F2答：汽车做匀速直线运动. 答：汽车做减速直线运动.答：汽车做加速直线运动. 3．一列火车，匀速行驶在平直的轨道上，在车厢内的水平光滑桌面上放一小球，当火车突然加速时，车厢里的乘客会看到小球运动吗？如果看到，小球会向哪个方向运动？当火车突然刹车时，乘客又会看到什么现象？答：当火车突然加速时，车厢里的乘客会看到小球运动。向后运动。当火车突然刹车时，乘客又会看到小球向前运动。4．我国公安交通部门规定，从1993年7月1日起，各种小型机动车辆前排乘坐的人（包括司机）必须系好安全带。请从物理学的角度定性地说明这样规定的理由。答：根据牛顿第一定律，当小型机动车在突然刹车时乘坐人的下半身受到车的摩擦力的作用会随车减速，但上半身仍保持原有运动状态。所以，系好安全带是为了防止汽车突然刹车的时候，因乘坐人的惯性会向前倾倒而发生事故 。5．一个物体，受到F1=4N的力，产生a1=2 m／S2的加速度。要使它产生a2=3m/s2的加速度，需要施加多大的作用力？解：根据牛顿第二定律公式F=ma得将F1=4N，a1=2 m／S2代入上式得 将a2=3 m／S2、m=2kg代入公式F=ma得 F2=ma2=2kg×3 m／S2=6N 答：要使物体产生a2=3m/s2的加速度，需要施加6N的作用力.6．北京地区的重力加速度为g= 9.801 m/S2，广州地区的重力加速度为g= 9.788 m/s2。质量是1 kg的物体在北京、广州两地的重量各是多少?解：根据牛顿第二定律公式F=ma得F北=1kg× 9.801 m/S2= 9.801NF广=1kg× 9.788 m/S2= 9.788N答：质量是1 kg的物体在北京、广州两地的重量分别是9.801N、9.788N。7.一辆质量是2t的货车，在平直的公路上行驶，司机因故突然刹车。刹车过程中货车滑行了18.8 m才停止运动。如果刹车时的平均制动力为1.2×l04N，求货车开始刹车时的速度。解：货车的质量m=2t=2000kg,刹车过程的位移s=18.8m,当选开始刹车时的速度方向为正，刹车的制动力f= ﹣1.2×l04N，vt=0根据牛顿第二定律得8．一个质量为m=2 kg的物体，在几个恒力的作用下处于静止状态。现在撤掉其中一个竖直向上的恒力F。已知F=2N。假设其他恒力保持不变，这个物体将怎样运动？答：根据力的平衡,撤掉其中一个方向竖直向上的恒力F=2N,则其余恒力的合力为竖直向下F=2N,根据牛顿第二定律公式得加速度所以该物体做竖直向下、初速度为0、加速度为1m/s2的匀加速直线运动. 9．一个小球以10 m/s的初速度滚上一个斜面，已知斜面的倾角为30°，小球的质量是100 g。小球运动多长时间后开始向下滚动？ (摩擦力忽略不计，取g= 10 m/S2)解：选初速度的方向为正当开始向下滚动是向上滚动的vt=0时小球向上滚动只受重力作用它的一个沿倾斜方向的分力F1=mgsin30°=0.1kg×10m/s2×0.5=0.5NF1mg30°根据牛顿第二定律公式得加速度根据匀变速直线运动速度公式vt=v0+at得答：小球运动2s后开始向下滚动。10．一位工人在水平地面上推一辆质量为45 kg运料车，所用的水平推力为90 N。运料车产生的加速度为1.8m／s2。试问：工人不再用力推车时，运料车的加速度是多少？解：选推力F方向为正，推力F=90N,设摩擦力为f，由牛顿第二定律得：F-f=maf=F-ma=90N-45kg×1.8m/s2得f=9N如果不再用力推车,加速度a1完全由摩擦力提供，由牛顿第二定律得-f=ma1Ff答：工人不再用力推车时，运料车的加速度是0.2m/s2,它的方向与推力方向相反。 1 1．判断下列说法是否正确。 A．马拉雪橇克服雪橇与地面之间的静摩擦力起步前进，有人说，马对雪橇向前的拉力大于雪橇对马向后的拉力。 B．常言道：“以卵击石，不自量力”，原因是卵击石头的作用力小于石头回击卵的反作用力，所以，石头无损，卵反被击破。 C．物体A的质量是物体B的100倍，当A静止在B上时，A对B的作用力大于B对A的反作用力。 D．物体A的质量是物体B的1 00倍，当A静止在B上时，A受到的B的反作用力与受到的重力大小相等，方向相反，彼此平衡，所以A保持静止。 （×）（×）（×）（√）12．物体静止在水平的支撑面上，试证明物体对支撑面压力的大小等于物体所受重力的大小，要逐步说明证明过程中的依据。 GNFN证明：以静止物体为研究对象，它受到重力G和水平面对它支持力N方向如图所示,因物体处于静止状态,受力平衡，则有：支持力=重力 (1)物体对水平面的压力与水平面对物体支持力是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律得：压力=支持力 (2)由(1) (2)式可得：物体对支撑面压力的大小等于物体所受重力.1 3．一辆静止的马车，马在用力拉车。有人说，根据牛顿第三定律，马拉车，车也拉马，这是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，效果相互抵消，所以马永远也拉不动车。这种说法对吗？为什么？答：不对。因为马拉车的力，车拉马的力，这是一对作用力和反作用力，它们分别作用于车和马，它们的作用效果永远不会抵消。既于马能否拉动车，是取决于马对车的拉力和地对车的静摩擦力的关系，当马对车的拉力大于最大静摩擦力时，马就拉动了车。