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第3章研究力和运动的关系,第3章研究力和运动的关系,第1节牛顿运动定律,一、牛顿第一定律 1. 内容: 一切物体总保持_状态或_状态, 直到有外力迫使它_这种状态为止.,匀速直线运动,静止,改变,2. 对牛顿第一定律的理解 (1)它揭示了一切物体都具有的一种基本属性_. (2)它揭示了运动和力的关系: 力是_物体运动状态的原因而不是_运动状态的原因.,惯性,改变,维持,二、惯性 1. 定义: 物体保持_或_状态的性质. 2. 惯性大小 质量是物体惯性大小的量度, _的物体惯性大, _物体惯性小.,匀速直线运动状态,静止,质量大,质量小,思考感悟 1. 生活中常见到速度大的车难停止, 而速度小的车容易停止, 惯性也和速度有关吗？ 提示: 无关, 质量是惯性大小的唯一量度.,三、牛顿第三定律 内容: 两个物体之间的作用力和 反作用力总是大小_, 方向 _, 作用在同一条直线上.,相等,相反,2. 对牛顿第三定律的理解 (1)作用力与反作用力总是同时产 生、同时_、同时消失, 无先后之分. (2)作用力与反作用力是同一性质的力.,变化,(3)作用力和反作用力作用在两个物体上, 既不能合成, 也不能抵消, 在各自的物体上产生各自的作用效果.,四、牛顿第二定律 1. 内容: 物体的加速度跟所受的_成正比, 跟物体的_成反比, 加速度的方向跟合外力的方向_, 牛顿第二定律揭示了力与运动的关系.,合外力,质量,相同,2. 表达式: F合ma. 3. 适用范围: (1)只适用于相对于地 面静止或匀速直线运动的惯性参考系; (2)只适用于宏观(相对于微观粒 子)、低速(相对于光速)的物体.,思考感悟,五、力学的单位制 1. 单位制: 由_和_共同组成了单位制. 2. 国际单位制中有七个基本单位, 其中力学中有_、_、_三个基本单位. 3. 国际单位制中的基本单位,基本单位,导出单位,千克(kg),米(m),秒(s),特别提示 (1)有些物理单位属于基本单位, 但不是国际单位, 如厘米(cm)、克(g)、小时(h)等. (2)有些单位属于国际单位, 但不是基本单位, 如米/秒(m/s)、帕斯卡(Pa)、牛顿(N)等.,一、对惯性的理解 1. 惯性的表现形式: 物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来.,(1)物体在不受外力或所受的合外力为零时, 惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动). (2)物体受到外力时, 惯性表现为运动状态改变的难易程度. 惯性大, 物体的运动状态难以改变; 惯性小, 物体的运动状态容易改变.,2. 惯性是物体的固有属性, 一切物体都具有惯性. 惯性大小的唯一量度是物体的质量, 物体的质量越大, 惯性就越大, 运动状态越难改变. 惯性与物体是否受力、怎样受力无关, 与物体是否运动、怎样运动无关, 与物体所处的地理位置无关.,3. 惯性不是一种力. 惯性大小反映了改变物体运动状态的难易程度. 物体的惯性越大, 它的运动状态越难改变. 4. 外力作用于物体上能使物体的运动状态改变, 但不能认为克服或改变了物体的惯性.,5. 惯性与惯性定律的实质是不同的 (1)惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质, 与物体是否受力、受力的大小无关. (2)惯性定律(牛顿第一定律)则是反映物体在一定条件下的运动规律.,特别提醒: “运动状态的改变”是指速度的改变, 既可能是速度的大小改变, 又可能是速度的方向改变, 还可能是速度的大小和方向都改变.,即时应用 1. 某同学试图从惯性角度加以解释一些实际生活中的现象, 其中正确的是() A. 采用了大功率的发动机后, 某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机, 这表明可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性,B. 射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透, 这表明它的惯性小了 C. 货运列车运行到不同的车站时, 经常要摘下或加挂一些车厢, 这会改变列车的惯性,D. 摩托车转弯时, 车手一方面要控制速度适当, 另一方面要将身体稍微倾斜, 通过调控人和车的惯性达到转弯的目的 解析: 选C.采用了大功率的发动机 后, 某些一级方程式赛车的速度能超过某些老式螺旋桨飞机, 功率变大了, 但惯性不变, 选项A错;,射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透, 原因是到达棉衣时子弹具有的动能过小, 但惯性不变, 选项B错; 货运列车运行到不同的车站时, 经常要摘下或加挂一些车厢, 列车的质量改变了, 当然它的惯性也就改变了, 选项C正确;,摩托车转弯时, 车手一方面要控制速度适当, 另一方面要将身体稍微倾斜, 调控人和车的重心位置, 但整体的惯性不变, 选项D错.,二、对牛顿第二定律的理解 1. 五个“性质”,2.瞬时加速度的问题分析 分析物体在某一时刻的瞬时加速度, 关键是明确该时刻物体的受力情况及运动状态, 再由牛顿第二定律求出瞬时加速度, 此类问题应注意以下几种模型:,特别提醒： 在求解瞬时性问题时应注意: (1)物体的受力情况和运动情况是时刻对应的, 当外界因素发生变化时, 需要重新进行受力分析和运动分析. (2)加速度可以随着力的突变而突变, 而速度的变化需要一个过程的积累, 不会发生突变.,即时应用 2.如图311所示, 质量均为m的 A、B两球之间系着一根不计质量的弹簧, 放在光滑的水平面上, A球紧靠竖直墙壁. 今用水平力F将B球向左推压弹簧, 平衡后, 突然将F撤去, 在这一瞬间,以下说法中正确的是( ) A. B球的速度为零, 加速度为零,图311,而此时B球的速度为零, B正确、A错误; 在弹簧恢复原长前, 弹簧对A球有水平向左的弹力使A球压紧墙壁, 直到弹簧恢复原长时A球才离开墙壁, A球离开墙壁后, 由于弹簧的作用, 使A、B两球均做变速运动, C对、 D错.,三、对牛顿第三定律的理解 1. 作用力与反作用力的关系 作用力与反作用力的关系可总结为 “三同、三异、三无关”.,2. 作用力与反作用力和平衡力的区别,特别提醒： 一对相互作用力和一对平衡力的最直观的区别是看作用点: 一对平衡力的作用点在同一物体上, 一对作用力和反作用力的作用点在两个物体上.,即时应用 3. 用牛顿第三定律判断下列说法正确的是() A. 轮船的螺旋桨旋转时, 向后推水, 水同时给螺旋桨一个反作用力, 推动轮船前进,B. 发射火箭时, 燃料点燃后喷出的气体给空气一个作用力, 推动火箭前进 C. 马拉车前进, 只有马对车的拉力大于车对马的拉力时, 车才能前进 D. 一个作用力和它的反作用力的合力为零,解析: 选A.作用力反作用力作用在相互作用的两个物体上, 同时产生同时消失, 大小相等方向相反, 因各自产生效果, 故效果不能抵消. 所以A项正确.,如图312所示是一种汽车安全带控制装置的示意图, 当汽车处于静止或匀速直线运动时, 摆锤竖直悬挂, 锁棒水平, 棘轮可以自由转动,安全带能被拉动.当汽车突然刹车时, 摆锤由于惯性绕轴摆动, 使得锁棒锁定棘轮的转动, 安全带不能被拉动.,图312,若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置, 汽车的可能运动方向和运动状态是() A. 向左行驶、突然刹车 B. 向右行驶、突然刹车 C. 向左行驶、匀速直线运动 D. 向右行驶、匀速直线运动,【思路点拨】 解此题的关键是将实际问题抽象出简单的物理模型, 结合惯性的概念及表现形式分析.,【解析】简化模型如右图所示, 当小球在虚线位置时, 小球、车具有向左的加速度, 车的运动情况可能为:,向左加速行驶或向右减速行驶, A错误, B正确; 当车匀速运动时, 无论向哪个方向, 小球均处于竖直位置不摆动. C、D错误. 【答案】B,【方法指引】 (1)一切物体都有惯性, 惯性与物体是否处于平衡状态及是否受力无关, 与物体速度的大小及受力的大小无关, 它仅与物体的质量有关, 质量越大, 惯性越大. (2)理解和应用惯性知识时, 要把握住惯性的两种表现形式.,变式训练1 如图314所示, 一个楔形物体M放在固定的粗糙斜面上, M上表面水平且光滑, 下表面粗糙, 在其上表面上放一光滑小球m, 楔形物体由静止释放, 则小球在碰到斜面前的运动轨迹是(),A. 沿斜面方向的直线 B. 竖直向下的直线 C. 无规则的曲线 D. 抛物线,图314,解析: 选 B.对小球进行受力分析可知: 小球所受的重力和支持力均沿竖直方向, 小球在水平方向上不受力. 根据牛顿第一定律可知, 小球在水平方向上的运动状态不变, 又因楔形物体由静止释放, 故小球在水平方向上无运动, 只沿竖直方向向下做直线运动. 故B正确.,如图315所示, 质量为m的小球与弹簧和水平细绳相连, 、的另一端分别固定于P、Q两点. 球静止时, 中拉力大小为T1, 中拉力大小为T2, 当仅剪断、其中一根的瞬间, 球的加速度a应是( ),图315,【思路点拨】解此题关键是把握住轻弹簧弹力的渐变和轻绳弹力的突变, 结合受力分析判断.,【解析】首先分析没有剪断、之前的小球受力情况. 小球受力情况如图所示.,图316,【答案】B,【方法指引】 轻绳与弹簧的主要区别在于弹力是否可突变. 因绳的形变很小, 所以轻绳弹力可突变; 弹簧的形变较大, 其恢复形变需要一段时间, 所以释放端连着物体的弹簧弹力不能突变.,变式训练2(2012广东外国语学校模拟)在动摩擦因数0.2的水平面上有一个质量为m1 kg的小球, 小球与水平轻弹簧及与竖直方向成45角的不可伸长的轻绳一端相连, 如图317所示.,此时小球处于静止状态, 且水平面对小球的弹力恰好为零, 当剪断轻绳的瞬间, 取g10 m/s2.求:,图317,(1)此时轻弹簧的弹力大小为多少？ (2)小球的加速度大小和方向？ 解析: (1)因为此时水平面对小球的弹力为零, 小球在绳没有断时受到绳的拉力T、弹簧的弹力F及自身重力作用而处于平衡状态,依据平衡条件得 竖直方向有: Tcosmg, 水平方向有: TsinF, 解得弹簧的弹力为: Fmgtan10 N.,答案: 见解析,(满分样板14分)在北京残奥会开幕式上, 运动员手拉绳索向上攀登, 最终点燃了主火炬, 体现了残疾运动员坚韧不拔的意志和自强不息的精神.,为了探求上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用, 可将过程简化. 一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮, 一端挂一吊椅, 另一端被坐在吊椅上的运动员拉住, 如图318所示.,设运动员的质量为65 kg, 吊椅的质 量为15 kg, 不计定滑轮与绳子间的 摩擦, 重力加速度g10 m/s2.当运动员与吊椅一起以加速度a1 m/s2上升时, 试求:,图318,当运动员与吊椅一起以加速度 a1 m/s2上升时, 试求: (1)运动员竖直向下拉绳的力; (2)运动员对吊椅的压力.,【思路点拨】 解此题注意两点: (1)绳子绕过光滑定滑轮, 两侧绳上拉力相等. (2)运动员对吊椅的压力和拉绳力可转化为人受到的支持力和拉力.,解题样板规范步骤, 该得的分一分不丢！ 法一: (1)设运动员和吊椅的质量分别为M和m, 绳拉运动员的力为T.以运动员和吊椅整体为研究对象, 受到重力的大小为(Mm)g, 向上的拉力为2T,根据牛顿第二定律 2T(Mm)g(Mm)a(3分) 将已知数据代入得T440 N(2分) 根据牛顿第三定律, 运动员拉绳的力大小为440 N, 方向竖直向下. (2分),(2)以运动员为研究对象, 运动员受到三个力的作用, 重力大小Mg, 绳的拉力T, 吊椅对运动员的支持力N.根据牛顿第二定律 TNMgMa(4分) 将已知数据代入得, N275 N根据牛顿第三定律,运动员对吊椅的压力大小为275 N, 方向竖直向下. (3分) 法二: T设运动员和吊椅的质量分别为M和m; 运动员竖直向下的拉力大小为T, 对吊椅的压力大小为N.根据牛顿第三定律,绳对运动员的拉力大小为T,吊椅对运动员的支持力大小也为N.分别以运动员和吊椅为研究对象, 根据牛顿第二定律 TNMgMa(4分) TNmgma(4分) 由得T440 N, N275 N(6分),【答案】(1)440 N方向竖直向下 (2)275 N方向竖直向下,【名师归纳】 当难于分析或求解物体所受的某个力时, 根据牛顿第三定律可以把对这个力的分析和求解转化为分析和求解它的反作用力.,高考一般通过这种方式对牛顿第三定律进行考查, 尤其在计算题的解答中, 同学们容易忽视这一点, 没有根据牛顿第三定律对力进行“转化”, 造成答非所问而失分.,本部分内容讲解结束,按ESC键退出全屏播放,
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