高一物理第四章牛顿定律课件

牛顿第一定律牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第二定律a=F/m a=F/m 或或F=maF=ma牛顿第三定律牛顿第三定律F=F=F F 牛顿运动定律牛顿运动定律指出了物体具有惯指出了物体具有惯性。揭示了运动和性。揭示了运动和力的关系：力的关系：力是改变物体力是改变物体运动状态的原因运动状态的原因定量地描述运动和定量地描述运动和力的关系力的关系数值数值关系、方向关系和关系、方向关系和瞬时关系，指出：瞬时关系，指出：力是产生加速力是产生加速度的原因度的原因揭示力作用的相揭示力作用的相互性和对等性。互性和对等性。指出：指出：力是物体对力是物体对物体的作用物体的作用伽利略：伽利略：运动和力的关系运动和力的关系 回顾历史回顾历史亚里士多德亚里士多德：笛卡儿：笛卡儿：不受力时物体的运动规律是：不受力时物体的运动规律是：匀速直线运动或静止。匀速直线运动或静止。力是维持物体运动的原因力是维持物体运动的原因力是改变物体运动状态的原因力是改变物体运动状态的原因一、牛顿第一定律一、牛顿第一定律：二、惯性：物体保持匀速直线运动状态或静止状态的物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质性质。2、意义：、意义：指出了一切物体具有保持匀速直线运动状态指出了一切物体具有保持匀速直线运动状态 或静止状态的性质（惯性）或静止状态的性质（惯性）指出了物体的运动并不需要力来维持，指出了物体的运动并不需要力来维持，力是改变物体速度的原因。力是改变物体速度的原因。1、内容：、内容：一切物体一切物体总保持总保持匀速直线运动状态匀速直线运动状态或静止状或静止状 态，直到态，直到有外力有外力迫使它迫使它改变这种状态改变这种状态为止。为止。静止的物体有惯性静止的物体有惯性运动的物体有惯性运动的物体有惯性惯性是一惯性是一种力吗？种力吗？惯性是物体的固有属性惯性是物体的固有属性，惯性不是一种力。惯性不是一种力。惯性的大小跟哪惯性的大小跟哪些因素有关？些因素有关？惯性只与物体的质量有关，质量是惯性大小的量度一切物体都具有惯性一切物体都具有惯性思考：汽车启动及刹车问题思考：汽车启动及刹车问题 1、【2012年全国二卷】伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础。早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是【】A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性 B.没有力作用，物体只能处于静止状态 C.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质 是惯性 D.运动物体如果没有受到力的作用，将继续 以同一速度沿同一直线运动 研究方法：研究方法：先确定先确定m m不变，研究不变，研究a a与与F F合合的关系；的关系；再确定再确定F F合合不变，研究不变，研究a a与与m m的关系。的关系。一、加速度和力的关系一、加速度和力的关系 质量相同的物体，质量相同的物体，物体的加速度跟作用在物体的加速度跟作用在物体上的力成正比物体上的力成正比或或实验一实验一结论：结论：比例式：比例式：二、加速度和质量的关系二、加速度和质量的关系 在相同的力作用在相同的力作用下，物体的加速度跟下，物体的加速度跟物体的质量成反比物体的质量成反比或或实验二实验二结论：结论：比例式：比例式：物物体体加加速速度度的的大大小小跟跟作作用用力力（所所受受的的合合力力）成成正正比比，跟跟物物体体的的质质量量成成反反比比，加加速速度度的的方方向向跟跟作作用用力力（所所受的合力）的方向相同。受的合力）的方向相同。2.2.数学公式数学公式二、牛顿第二定律二、牛顿第二定律(若取国际单位制中的单位，若取国际单位制中的单位，k=1)k=1)1.1.内容：内容：3.3.注意：注意：（1 1）中各量只对中各量只对同一物体同一物体而言；而言；（2 2）式中）式中F F指物体所受的指物体所受的合外力合外力。（3 3）式中单位注意统一）式中单位注意统一 （4 4）矢量性：）矢量性：a a有大小，也有方向，有大小，也有方向，a a与与F F同向同向。（5 5）瞬时性瞬时性：a a与与F F同时产生，同时变化。同时产生，同时变化。例 题 1、如图所示，物体甲、乙质量均为m，弹簧和悬线的质量可以忽略不计当悬线被烧断的瞬间，甲、乙的加速度数值应是下列哪一种情况：（）A.甲是0，乙是 B.甲是 ，乙是 C.甲是0，乙是0 D.甲是 ，乙是 例 题 2、如图，质量相同的物体 1、2分别连在轻弹簧的上、下两端，并置于一平木板上，试分析木板突然抽出的 瞬 间，物 体 1、2的 加 速 度。例 题 3、如图所示，质量均为 m的A、B两球之间系着一条不计质量的轻弹簧，放在光滑的水平面上，A球紧靠墙壁.仅 用水平力 F将B球向左推压弹簧，平衡后，突然将力 F撤去的瞬间有：（）AA的加速度为F/2m BA的加速度为零 CB的加速度为F/2m DB的加速度为F/m例题4、如图所示，现将 线剪断，求：剪断瞬间物体的加速度。5、如图，小球用水平弹簧系住，并由倾角 为 的光滑板 AB托着，分析当板 AB突然向下撤离的瞬间，小球的加速度。运用牛顿第二定律解题的一般步骤：运用牛顿第二定律解题的一般步骤：1 1、确定研究对象、确定研究对象2 2、对研究对象进行正确的、对研究对象进行正确的受力分析受力分析或或运动情运动情况况分分析析3 3、利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度、利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度4 4、利用运动学公式或牛顿第二定律进一步求、利用运动学公式或牛顿第二定律进一步求解要求的物理量解要求的物理量5 5、检验结果是否合理性检验结果是否合理性【例例1 1】质量为质量为2.0 t 2.0 t 的汽车以的汽车以10 m/s 10 m/s 的速度行驶，在关闭发动机的速度行驶，在关闭发动机 5 s 5 s 内停下内停下来，求汽车所受的阻力。来，求汽车所受的阻力。G Gva FfFN分析：分析：N 解：解：以汽车运动方向为正方向，以汽车运动方向为正方向，由加速度公式得由加速度公式得由牛顿第二定律，汽车受到的阻力为由牛顿第二定律，汽车受到的阻力为Gva FfFN 例例2、【2013年新课标全国二卷年新课标全国二卷】一物块静止在粗糙一物块静止在粗糙的水平桌面上。从某时刻开始，物块受到的水平桌面上。从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平拉力作用。假设物块与一方向不变的水平拉力作用。假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。以以a a表示物块的加速度大小，表示物块的加速度大小，F F表示水平拉表示水平拉力的大小。能正确描述力的大小。能正确描述F F与与a a之间的关系的之间的关系的图像是（图像是（）例例1 1：水平地面上质量为：水平地面上质量为10Kg10Kg的木箱受到的木箱受到水平向右的拉力水平向右的拉力F=70NF=70N作用在水平面上从静作用在水平面上从静止开始运动，木箱与水平面间的动摩擦因数止开始运动，木箱与水平面间的动摩擦因数为为0.50.5，求木箱在，求木箱在2s2s末的速度和末的速度和2s2s内的位移。内的位移。GfNN=G=mg=1010N=100NFf=N=0.5100N=50NF合合=F-f=70N-50N=20N分析木箱的受力情况：分析木箱的受力情况：1、两种基本题型解题思路、两种基本题型解题思路GfNF分析木箱的运动情况：分析木箱的运动情况：V0=0、t=2s、a=2m/s2Vt=a t=22 m/s=4 m/s“已知受力求运动已知受力求运动”解题思路：解题思路：力力运动运动aF=ma分析受力分析受力分析运动分析运动运动学公式运动学公式 例例2 2：质量为：质量为1000Kg1000Kg的汽车在水平路面上的汽车在水平路面上从静止开始运动，经过从静止开始运动，经过4s4s速度达到速度达到10m/s10m/s，汽车受到的牵引力为汽车受到的牵引力为3000N3000N。求汽车在运动。求汽车在运动过程中所受到的阻力大小。过程中所受到的阻力大小。分析汽车的运动情况：分析汽车的运动情况：V0=0、t=4s、Vt=10m/smgfNF分析汽车的受力情况：分析汽车的受力情况：F合合=F-f=maf=F-ma=3000N-10002.5N=500N2.5N=500N“已知运动求受力已知运动求受力”解题思路：解题思路：运动运动aF=ma分析分析运动运动分析分析受力受力运动学公式运动学公式力力2、两种基本题型解题思路、两种基本题型解题思路F合合=maavt=v0+atx=v0t+at2/2vt2-v02=2ax 应用牛顿第二定律解题可分为两类题型：应用牛顿第二定律解题可分为两类题型：一类是已知一类是已知受力受力情况确定情况确定运动运动情况；情况；一类是已知一类是已知运动运动情况确定情况确定受力受力情况。情况。例题、物体在光滑的水平面上受一水平的恒力F向前运动，如图所示，它的正前方固定一跟劲度系数足够大的弹簧，当物块接触弹簧后（）A、立即做减速运动 B、仍做匀加速运动 C、在一段时间内仍作加速运动，速度继续增大 D、当弹簧处于最大压缩时，物体的加速度不为0.例1、如图所示，质量为的物体 2放在正沿平直轨道向右行驶的车厢底板上，用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为 的物体，与物体 1相连接的绳与竖直方向成 角，则（）A.车厢的加速度为 B.绳对物体1的拉力为 C.底板对物体2的支持力为 D.物体2所受底板的摩擦力为 例例1 1、一一个个滑滑雪雪人人从从静静止止开开始始沿沿山山坡坡滑滑下下，山山坡坡的的倾倾角角是是3030，滑滑雪雪板板与与雪雪地地的的动动摩摩擦擦因因数数为为0.040.04，求求5s5s内内滑滑下下的的位位移。移。【】57mmgfNxyaF1F2 例例2 2质量为质量为3t3t的汽车，在恒定牵引力的汽车，在恒定牵引力作用下开上一山坡，沿山坡每前进作用下开上一山坡，沿山坡每前进1m1m升高升高1cm1cm汽车由静止开始，在汽车由静止开始，在1min1min内内速度增加到速度增加到21.6km/h21.6km/h，已知运动过程已知运动过程中阻力恒为中阻力恒为2000N2000N，求汽车的牵引力求汽车的牵引力(g=10m/s(g=10m/s2 2)GFNF牵F阻xy F牵牵=2600N例例 3：如图所示，物体的质量：如图所示，物体的质量m=4kg，与水平，与水平地面间的动摩擦因数地面间的动摩擦因数=0.2，在倾，在倾角为角为37、F=20N的推力作用下，由静止开始加速运动，的推力作用下，由静止开始加速运动，当当t=5s时撒去时撒去F，（，（sin370=0.6 cos370=0.8）求：）求：（1）物体在）物体在F作用时的加速度作用时的加速度a；（2）撒去）撒去F后，物体还能滑行多长时间？后，物体还能滑行多长时间？370a=1.4m/s2例例4 4如图所示，在光滑的水平面上放置一倾如图所示，在光滑的水平面上放置一倾角为角为 光滑斜块，当用一时评外力光滑斜块，当用一时评外力F F向左推动斜向左推动斜块时，可使放在其光滑斜面上的滑块与其保持块时，可使放在其光滑斜面上的滑块与其保持相对静止而一同水平向左做匀加速直线运动相对静止而一同水平向左做匀加速直线运动求：（）滑块与斜面共同的加速度；求：（）滑块与斜面共同的加速度；（）滑块（）滑块m m受到的支持力；受到的支持力；（）斜块的质量（）斜块的质量M.M.mMFmMFGFNxyFNcos=mgFNsos=maa=g tgFN=mg/cos例例5在某旅游景区，建有一山坡滑草运动项目，如图在某旅游景区，建有一山坡滑草运动项目，如图所示，所示，设山坡设山坡AB可看成长度为可看成长度为L=50m、倾角、倾角=30的的斜面，山坡低端与一段水平缓冲段斜面，山坡低端与一段水平缓冲段BC圆滑连接。一名圆滑连接。一名游客连同滑草装置总质量游客连同滑草装置总质量m=80kg，他从，他从A处由静止开处由静止开始匀加速下滑，经始匀加速下滑，经5秒滑到秒滑到B点，进入水平缓冲段，再点，进入水平缓冲段，再滑行一段距离后安全停下（滑行一段距离后安全停下（取取g=10m/s2）。求：）。求：（1）此游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦）此游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力力f；（2）滑草装置与草皮间的动摩擦因数）滑草装置与草皮间的动摩擦因数；（3）此游客进入）此游客进入BC段后水平滑行的距离段后水平滑行的距离。ABC研究对象研究对象受受力力分分析析运动情况运动情况Fx=max应用应用 列方程列方程Fy=may解解方程求方程求加速度加速度应用运动学应用运动学公式列方程公式列方程加速度是桥梁，受力分析是关键加速度是桥梁，受力分析是关键求解动力学两大类问题的思维结构：求解动力学两大类问题的思维结构：、cm/s2 基本物理量的单位就是基本单位基本物理量的单位就是基本单位基基本本单单位位导导出出单单位位由基本单位按照物理关系组合而成的单位由基本单位按照物理关系组合而成的单位N N、g 、mg、min、hour mkgs、km/h 、g/cm3 m/sm/s2kg/m3国国 际际 单单 位位 制制长度：长度：质量：质量：时间：时间：速度：速度：加速度加速度力：力：密度：密度：kgm/s2、km 、cm物理量物理量单单 位位 制制力力 学学七个基本量七个基本量长度长度质量质量时间时间电流电流 物质的量物质的量 温度温度 发光强度发光强度力力 学学电电 学学mkgs国国 际际 单单 位位 制制单位单位AK压强的公式压强的公式思考：思考：molcdPFs压强的单位压强的单位N/m2N/cm2其中哪个是国际单位制中其中哪个是国际单位制中其中哪个是国际单位制中其中哪个是国际单位制中的单位？的单位？的单位？的单位？三、牛顿第三定律三、牛顿第三定律2、数学表达式：、数学表达式：F=-F 1、内容：、内容：两个物体间的作用力与反作用两个物体间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。直线上。讨论题：数学表达式可以写成：讨论题：数学表达式可以写成：F+F =0吗？吗？3、作用力与反作用力的特点作用力与反作用力的特点:2).2).作用在作用在不同的物体不同的物体上上；3).3).具有具有同种性质同种性质；4).4).具有具有同时性同时性。总结：总结：同大、同大、同线、同性、同线、同性、同时同时 、异向、异体、异向、异体.1).1).大小相等，方向相反，作用在大小相等，方向相反，作用在一条直一条直线线上上;将将一个电一个电灯悬挂在灯悬挂在天花板上天花板上作用力与反作用力与反作用力作用力平衡力平衡力灯灯对对绳绳的的拉拉力力绳绳对对灯灯的的拉拉力力灯灯的的重重力力4 4、与平衡力的区别、与平衡力的区别 作用力与反作用力作用力与反作用力 平平 衡衡 力力不能求合力（不能抵消）不能求合力（不能抵消）作用在两个物体上作用在两个物体上具有同种性质具有同种性质具有同时性具有同时性作用在一个物体上作用在一个物体上不一定是同种性质不一定是同种性质不一定具有同时性不一定具有同时性能求合力（能抵消）能求合力（能抵消）G四、超重和失重四、超重和失重F（1）静止）静止（2）向上加速）向上加速（3）向下加速）向下加速F=GFGFGFFGFGFFGFGFFF合合=F-G=maF=G+ma =m(g+a)F=F=m(g+a)F合合=G-F=maF=G-ma =m(g-a)F=F=m(g-a)（1）静止）静止（2）向上加速）向上加速（3）向下加速）向下加速1、超重、超重 物体对支持物的物体对支持物的压力压力或对悬挂物的或对悬挂物的拉拉力力（视重视重）大于大于物体所受重力的现象物体所受重力的现象。F2、失重、失重 物体对支持物的物体对支持物的压力压力或对悬挂物的或对悬挂物的拉拉力力（视重）（视重）小于小于物体所受重力的现象物体所受重力的现象。F小小 结：结：a方向向上方向向上加速上升加速上升减速下降减速下降超重超重a方向向下方向向下加速加速下降下降 减速减速上升上升失重失重 例例 与与 练练1 1、关于超重和失重，下列说法中正确的是（关于超重和失重，下列说法中正确的是（）A A、超重就是在某种情况下，物体的重力变大了、超重就是在某种情况下，物体的重力变大了B B、物体向上运动一定处于超重状态、物体向上运动一定处于超重状态C C、物体向下减速运动，处于超重状态、物体向下减速运动，处于超重状态D D、物体做自由落体运动时处于、物体做自由落体运动时处于完全失重完全失重状态状态（1 1）超重（失重）是指超重（失重）是指视重视重大于（小于）物体的大于（小于）物体的重力，物体自身的重力并不变化。重力，物体自身的重力并不变化。（2 2）是）是超重还是失重，看物体加速度的方向，而超重还是失重，看物体加速度的方向，而不是看速度的方向。不是看速度的方向。（3 3）若物体向下的加速度等于重力加速度，物体）若物体向下的加速度等于重力加速度，物体的视重为零的视重为零完全失重完全失重。例例 与与 练练 2 2、一个人在地面上最多能举起、一个人在地面上最多能举起300N300N的重物，在沿的重物，在沿竖直方向做匀变速运动的电梯中，他最多能举起竖直方向做匀变速运动的电梯中，他最多能举起250N250N的重物。求电梯的加速度。的重物。求电梯的加速度。(g=10m/s(g=10m/s2 2)（1）在地面上在地面上G GF FF=G=300N（2）在电梯中在电梯中G GF FF-G=ma方向向上方向向上 例例 与与 练练3 3、一个人站在医用体重计的测盘上不动时测得体、一个人站在医用体重计的测盘上不动时测得体重为重为G G，当此人由直立突然下蹲直到蹲在体重计不，当此人由直立突然下蹲直到蹲在体重计不动的过程中，体重计的示数（动的过程中，体重计的示数（）A A、先大于先大于G G，后小于，后小于G G，最后等于，最后等于G G B B、先小于先小于G G，后大于，后大于G G，最后等于，最后等于G G C C、一直大于一直大于G GD D、一直小于、一直小于G G（1 1）此人先向下加速）此人先向下加速失重，视重小于重力。失重，视重小于重力。（2 2）再向下减速再向下减速超重，视重大于重力。超重，视重大于重力。（3 3）最后不动最后不动视重等于重力。视重等于重力。一、第一阶段：自由落体运动，一、第一阶段：自由落体运动，a=g二、第二阶段：加速度变小的加速运动，当弹二、第二阶段：加速度变小的加速运动，当弹力与重力相等时速度最大力与重力相等时速度最大。GF弹GF弹GF弹三、第三阶段：加速度变大的减速运动。三、第三阶段：加速度变大的减速运动。avvmva 理理 解解 4 4、如图甲所示，足够长的固定光滑细杆与地面、如图甲所示，足够长的固定光滑细杆与地面成一定倾角，在杆上套有一个光滑小环。现在成一定倾角，在杆上套有一个光滑小环。现在沿杆方向给小环施加一个拉力沿杆方向给小环施加一个拉力F F，使小环由静止，使小环由静止开始运动。已知拉力开始运动。已知拉力F F及小环速度及小环速度v v随时间随时间t t变化变化的规律如图乙所示，重力加速度的规律如图乙所示，重力加速度g g取取10m/s210m/s2。则。则以下判断以下判断正正确的确的是是（）A A小环的质量是小环的质量是1kg 1kg B B细杆与地面间的倾角是细杆与地面间的倾角是3030C C前前3s3s内拉力内拉力F F的最大功率是的最大功率是2.25W 2.25W D D前前3s3s内小环机械能的增加内小环机械能的增加 5.75J5.75J 5 5、放放在在水水平平地地面面上上的的一一物物块块，受受到到方方向向不不变变的的水水平平推推力力F F的的作作用用，F F的的大大小小与与时时间间t t的的关关系系和和物物块块速速度度v v与与时时间间t t 的的关关系系如如图图所所示示。由由此此两两 图图.线线可可以以求求得得物物块块的的质质量量m m和和物物块块与与地地面面之之 间间 的的 动动 摩摩 擦擦 因因 数数分分 别别 为为（）A Am m=0 0.5 5k kg g，=0 0.4 4 B Bm m=1 1.5 5k kg g，=2 2.5 5 C C m m=0 0.5 5k kg g，=0 0.2 2 D D m m=1 1k kg g，=0 0.2 2 2130246810ts202468104tsvm/sFN 6、如如图图所所示示，在在高高出出水水平平地地面面h=1.8m的的光光滑滑平平台台上上放放置置一一质质量量M=2kg、由由两两种种不不同同材材料料连连接接成成一一体体的的薄薄板板A，其其右右段段长长度度l1=0.2m且且表表面面光光滑滑，左左段段表表面面粗粗糙糙。在在A最最右右端端放放有有可可视视为为质质点点的的物物块块B，其其质质量量m=1kg。B与与A左左段段间间动动摩摩擦擦因因数数=0.4。开开始始时时二二者者均均静静止止，现现对对A施施加加F=20N水水平平向向右右的的恒恒力力，待待B脱脱离离A（A尚尚未未露露出出平平台台）后后，将将A取取走走。B离离开开平平台台后后的的落落地地点点与与平平台台右右边边缘缘的的水水平平距距离离x=1.2m。（取取g=10m/s2）求求：B离开平台时的速度离开平台时的速度vB。B从开始运动到刚脱离从开始运动到刚脱离A时，时，B运动时间运动时间tB和位移和位移xB。A左端的长度左端的长度l2。ABFl2l1xh【解析解析】（1）B离开平台做平抛运动。离开平台做平抛运动。竖直方向有竖直方向有 水平方向有水平方向有 由由式解得代入数据求得式解得代入数据求得 （2）设）设B的加速度为的加速度为aB,由牛顿第二定律和运动学知识得由牛顿第二定律和运动学知识得 联立联立式，代入数据解得式，代入数据解得 （3）设）设B刚开始运动时刚开始运动时A的速度为的速度为,由动能定理得由动能定理得 设设B运动时运动时A的加速度为由牛顿第二定律和运动学知识有的加速度为由牛顿第二定律和运动学知识有 联立联立11式，代入数据解得式，代入数据解得