长郡中学牛顿运动定律课件

1、第三章 牛顿运动定律一、一、 牛顿运动定律牛顿运动定律2 2、牛顿第一定律：、牛顿第一定律： （惯性定律）（惯性定律）内容：不受外力或合力为内容：不受外力或合力为0静止或匀速静止或匀速推论：力是改变物体运动状态的原因推论：力是改变物体运动状态的原因 力是改变速度的原因力是改变速度的原因 力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因惯性：一切物体都有惯性惯性：一切物体都有惯性 唯一量度唯一量度质量质量1 1、牛顿运动定律适用范围：、牛顿运动定律适用范围：宏观、低速宏观、低速一、一、 牛顿运动定律牛顿运动定律3 3、牛顿第二定律：、牛顿第二定律：公式：公式：F合合=Ma特点：瞬时性、矢量性、同一性、同

2、时性特点：瞬时性、矢量性、同一性、同时性适用参考系：惯性系（匀速运动参考系）适用参考系：惯性系（匀速运动参考系）4 4、牛顿第三定律：、牛顿第三定律：作用力与反作用力作用力与反作用力5 5、国际单位制：、国际单位制：导出单位必然与特定物理公式相对应导出单位必然与特定物理公式相对应基本单位：米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔基本单位：米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔导出单位：米导出单位：米/秒、米秒、米/秒秒2、牛顿、焦耳、瓦特、。、牛顿、焦耳、瓦特、。作用力反作用力作用力反作用力平衡力平衡力涉及物体涉及物体2受受2施施 共共2（相互性、异体性）（相互性、异体性）1受受2施施 共共3叠加性叠加性作

3、用效果不可抵消、不可叠加求作用效果不可抵消、不可叠加求合力合力作用效果抵消、合力作用效果抵消、合力为为0依耐性依耐性同生共亡、不可独立同生共亡、不可独立互不依耐、可独立互不依耐、可独立力的性质力的性质一定相同一定相同可以不同可以不同非物理量单位：度、弧度、转、个、。非物理量单位：度、弧度、转、个、。物理量运算结果直接给出对应国际单位，中间过程不代单位。物理量运算结果直接给出对应国际单位，中间过程不代单位。二、二、 牛顿运动定律应用：牛顿运动定律应用：1 1、应用类型：、应用类型：已知受力状态已知受力状态a求运动情况（求运动情况（S、V、t）2 2、常规解题步骤：、常规解题步骤：垂直垂直a：平衡

4、方程：平衡方程已知运动情况已知运动情况a求受力状态求受力状态明对象、运动分析明对象、运动分析、受力分析、画力图（不分解）、受力分析、画力图（不分解）建坐标（沿建坐标（沿a、垂直、垂直a），分解力），分解力列方程：列方程：列其他运动学公式方程列其他运动学公式方程沿沿a：原始牛二方程：原始牛二方程代入数据，解方程，讨论。代入数据，解方程，讨论。斜面倾角回避斜面倾角回避45度度N = mg.cosf = mg.cos斜面匀速或者静止：斜面匀速或者静止：斜面有水平或竖直加速度斜面有水平或竖直加速度a：斜面问题：斜面问题：fmgNfmgN物块沿斜面上滑或者下滑物块沿斜面上滑或者下滑坐标轴（加速度）沿斜面

5、坐标轴（加速度）沿斜面famgNafmgNF物块不受外力物块不受外力F或者或者F沿斜面沿斜面若物块所受外力若物块所受外力F不沿斜面不沿斜面N mg.cosf mg.cos物块相对斜面静止物块相对斜面静止坐标轴（加速度）沿水平面坐标轴（加速度）沿水平面N mg.cosf mg.cosFmgNffNfN物体惯性对弹力的影响：物体惯性对弹力的影响：轻绳（非弹性绳）：形变及恢复无需时间，弹力可以突变轻绳（非弹性绳）：形变及恢复无需时间，弹力可以突变弹性绳弹性绳/橡皮绳：只能拉、不能压橡皮绳：只能拉、不能压轻弹簧：既能拉、又能压轻弹簧：既能拉、又能压弹性绳、橡皮绳、轻弹簧一端被剪断时，弹力会突变至零弹性

6、绳、橡皮绳、轻弹簧一端被剪断时，弹力会突变至零,若一端固定，另一端挂重物，则弹力不能突变（形变及恢复若一端固定，另一端挂重物，则弹力不能突变（形变及恢复需要时间）需要时间）例：如右图，三根理想弹簧共同支撑着一例：如右图，三根理想弹簧共同支撑着一个小球个小球P，三根弹簧互成，三根弹簧互成120且弹力大小且弹力大小相等，小球处于静止状态，现将下端的相等，小球处于静止状态，现将下端的C弹簧剪断，求剪断的瞬间小球的加速度。弹簧剪断，求剪断的瞬间小球的加速度。例：如下两图，例：如下两图，A、B两球分别被非弹性绳和弹簧悬挂着，两球分别被非弹性绳和弹簧悬挂着，现突然将两水平细线剪断，求剪断瞬间小球现突然将两

7、水平细线剪断，求剪断瞬间小球A、B的加速度的加速度分别为多少？分别为多少？物体速度的突变问题：物体速度的突变问题：正常物体速度不能突变：否则将没有惯性正常物体速度不能突变：否则将没有惯性或或加速度无限大加速度无限大碰撞打击爆炸等问题，碰撞打击爆炸等问题，加速度特别大，物体速度近似突变加速度特别大，物体速度近似突变轻质物体（弹簧细绳）：质量（惯性）忽略，速度可突变轻质物体（弹簧细绳）：质量（惯性）忽略，速度可突变轻放于运动传送带上的物块，先做初速为轻放于运动传送带上的物块，先做初速为0匀加速匀加速.给它一个初速给它一个初速.给它一个冲量给它一个冲量.三角函数解临界极值问题：三角函数解临界极值问题

8、：hLmgN光滑斜面上物体的下滑运动光滑斜面上物体的下滑运动F合合=mgsin=maa=gsin讨论：讨论：斜面高斜面高h一定：一定：倾角倾角 ，a ，s ，t 当当=90=90，物块自由落体，下落时间最短。，物块自由落体，下落时间最短。2at21S 讨论：讨论：斜面底斜面底L一定：一定：cos LS gLgLaStcossin24sin1cos222 gL2sin4 当当=45=45，物块下滑时间最短。，物块下滑时间最短。弦运动的等时性：弦运动的等时性：物体沿光滑弦轨道下滑运动物体沿光滑弦轨道下滑运动F合合=mgsin=maa=gsin2at21S 讨论：讨论：、物体从最高点下滑：、物体从最

9、高点下滑：最高点最高点2RS物体从最高点沿任意光滑弦下滑到圆周上，时间都相等。物体从最高点沿任意光滑弦下滑到圆周上，时间都相等。S=2RsingRgRaSt4sinsin422 最低点最低点2RS物体从圆周上任意任意点沿光滑弦下滑到最低点，物体从圆周上任意任意点沿光滑弦下滑到最低点，时间都相等。时间都相等。同理同理例：如下图，倾角为例：如下图，倾角为的斜面体上空有一个点的斜面体上空有一个点O，现要在，现要在O点与斜面间架起一条光滑的导轨，要使点与斜面间架起一条光滑的导轨，要使O点静止释放的点静止释放的小球沿导轨下滑至斜面的时间最短，问，这条导轨要如小球沿导轨下滑至斜面的时间最短，问，这条导轨要

10、如何架设？何架设？O传送带问题：传送带问题：（V为传送带速度）为传送带速度）1、物块轻轻放在运动水平传送带一端、物块轻轻放在运动水平传送带一端V先匀加速（先匀加速（a=g）后匀速（也可一直加速）后匀速（也可一直加速）2、物块轻轻放在运动倾斜传送带底端、物块轻轻放在运动倾斜传送带底端VV先加速后匀速（也可一直加速）先加速后匀速（也可一直加速）-tan-tan3、物块轻轻放在运动倾斜传送带顶端、物块轻轻放在运动倾斜传送带顶端一直匀加速一直匀加速-tan-tan先加速后匀速（也可一直加速）先加速后匀速（也可一直加速）-tan-tanVV先加速再加速（也可一直加速）先加速再加速（也可一直加速）-tan

11、-tan3 3、力的独立作用原理：、力的独立作用原理：每一个力都可独立产生加速度，物体总加速度由各个分加速度矢量和每一个力都可独立产生加速度，物体总加速度由各个分加速度矢量和条件：大部分力垂直分布，但不沿条件：大部分力垂直分布，但不沿a或垂直或垂直a方向方向步骤：步骤：在力的垂直分布方向上建坐标，将在力的垂直分布方向上建坐标，将a分解为分解为ax、ay两坐标上均列牛二方程：两坐标上均列牛二方程：牛顿定律特殊应用：加速度的分解牛顿定律特殊应用：加速度的分解。=max。=may例例：如图，质量为：如图，质量为80kg的物体放于安装在小的物体放于安装在小车上的水平磅秤上，沿斜面无摩擦地向下运动，车上

12、的水平磅秤上，沿斜面无摩擦地向下运动，现观察到磅秤示数为现观察到磅秤示数为600N，则斜面倾角，则斜面倾角为多为多少？物体对磅秤的静摩擦力为多少少？物体对磅秤的静摩擦力为多少? ?mgNfa cos maf sinmg maN1 1、超重：、超重：T（N）mg a向上向上加速上升或减速下降加速上升或减速下降如：受水平方向恒力如：受水平方向恒力F三、三、 超重与失重：超重与失重：mgT(N)2 2、失重：、失重：T（N）mg a向下向下加速下降或减速上升加速下降或减速上升3 3、完全失重：、完全失重：T（N）=0 a=g抛体运动抛体运动4 4、特殊超重：、特殊超重：“等效重力等效重力”沿任意方向

13、沿任意方向mgFG22agg a相同相同a大小相同，方向不同大小相同，方向不同a不同，但有联系不同，但有联系四、四、 连接（结）体的运动：连接（结）体的运动：1 1、探讨依据：、探讨依据：系统中各物体的加速度存在联系。系统中各物体的加速度存在联系。2 2、实例分析：、实例分析：BAFFBABABAFAB3 3、系统的内力与外力：、系统的内力与外力：系统内部的作用力反作用力为内力，内力必成对出现系统内部的作用力反作用力为内力，内力必成对出现外界对系统内任何物体的作用力为外力外界对系统内任何物体的作用力为外力系统（重心）的运动加速度只由外力决定系统（重心）的运动加速度只由外力决定3 3、系统的内力

14、与外力：、系统的内力与外力：系统内部的作用力反作用力为内力，内力必成对出现系统内部的作用力反作用力为内力，内力必成对出现外界对系统内任何物体的作用力为外力外界对系统内任何物体的作用力为外力系统（重心）的运动加速度只由外力决定系统（重心）的运动加速度只由外力决定4 4、系统法（整体与隔离法）：、系统法（整体与隔离法）：隔离与整体是相对的，隔离与整体是相对的，整体法应指明对象，且受力分析时不考虑内力。整体法应指明对象，且受力分析时不考虑内力。一般当各物体加速度（大小方向）相同时，才能用整体法。一般当各物体加速度（大小方向）相同时，才能用整体法。涉及系统内力的问题，必须采用隔离法。涉及系统内力的问题

15、，必须采用隔离法。隔离法是通用的，故整体法应优先考虑，隔离法是通用的，故整体法应优先考虑， 一般是先整体、后隔离。一般是先整体、后隔离。FMAm例：倾角例：倾角的固定斜面上，质量分别的固定斜面上，质量分别为为M、m的两物块用一绳子相连，用的两物块用一绳子相连，用沿斜面向上的拉力沿斜面向上的拉力F拉动物块拉动物块M，使，使两物块沿斜面加速运动，已知两物块两物块沿斜面加速运动，已知两物块与斜面摩擦因数与斜面摩擦因数，求两物块间细绳，求两物块间细绳的张力的张力T。amMgmMgmMF）（ sin)(cos)(对于整体：对于整体：隔离隔离m：mamgmgT sincos若斜面光滑：若斜面光滑：T不变不

16、变FT mMm求求得得：若若=0o o （即水平面）：（即水平面）：T不变不变若若=90o（即竖直面）：（即竖直面）：T不变不变总拉力总拉力F被按质被按质量成比例地分量成比例地分配到两物块上配到两物块上5 5、系统分离的临界问题：、系统分离的临界问题：临界条件：临界条件：两物体的速度、加速度相等，两物体的速度、加速度相等，但相互间只接触不形变，无弹力。但相互间只接触不形变，无弹力。FBA例：如下图，一个弹簧测力计放在水平地面上，例：如下图，一个弹簧测力计放在水平地面上，其劲度系数其劲度系数k=800N/m，Q为与轻弹簧连接的称为与轻弹簧连接的称盘，其质量为盘，其质量为m=1.5kg，盘上有一物

17、块，盘上有一物块M=10.5kg，系统处于静止状态，现对物块，系统处于静止状态，现对物块M施施加竖直向上的拉力加竖直向上的拉力F，使它从静止开始向上匀加，使它从静止开始向上匀加速运动，已知在前速运动，已知在前2s内，内，F为变力，之后为变力，之后F为恒为恒力，求力，求F的最大值和最小值。的最大值和最小值。72N 168N板块问题：板块问题：（板长（板长L） M,mF M,mF M,mV M,mV M,mV地面光滑地面光滑脱离条件： 受力不平衡 加速度不等独立的受力图运动示意图牛二方程相对位移L运动图像V-tX6 6、特殊整体法：、特殊整体法：系统内各物体加速度不同系统内各物体加速度不同定性：一

18、动一静两物体，系统重心的速度、加速度方向以动者方向一致定性：一动一静两物体，系统重心的速度、加速度方向以动者方向一致左边绳子剪断，哪一端会翘起？左边绳子剪断，哪一端会翘起？系统的超重失重：系统的超重失重：定量：系统的牛二定律：定量：系统的牛二定律： F合合=m1a1+m2a2+m3a3+例：绝缘光滑水平面固定等质量的三个带电小球例：绝缘光滑水平面固定等质量的三个带电小球ABC，三球，三球成一条直线，若只释放成一条直线，若只释放A球，球，A的瞬间加速度为的瞬间加速度为1m/s2，方向，方向向左；若只释放向左；若只释放C，C的瞬间加速度为的瞬间加速度为2m/S2，方向向右；现方向向右；现同时释放三

19、球，求释放瞬间同时释放三球，求释放瞬间B的加速度。的加速度。ACB例：例：物块物块m m沿斜面下滑，加速度为沿斜面下滑，加速度为a a，斜面，斜面M M不动，求地面对不动，求地面对斜面体的支持力和摩擦力。斜面体的支持力和摩擦力。Mmaaxay竖直：竖直：Mg+mgN=may水平：水平：f=maxMm物块静止物块静止物块加速下滑或减速上滑物块加速下滑或减速上滑物块减速下滑物块减速下滑物块匀速下滑物块匀速下滑-无摩擦无摩擦-无摩擦无摩擦-向右向右-向左向左 tan tan tan tan Mm全反力全反力R：同一接触面弹力与摩擦力的合力同一接触面弹力与摩擦力的合力F常称为：常称为：M M对对m m

20、的的“作用力作用力”22fNR 对于静摩擦，对应的全反力的方向（对于静摩擦，对应的全反力的方向（）不确定）不确定对于动摩擦，当物块滑行方向对于动摩擦，当物块滑行方向不变不变时，时，对应全反力的方向（对应全反力的方向（m m）不会改变）不会改变Nftan NfR Nftanmm有最大值：当弹力当弹力N N有改变，滑动摩擦力有改变，滑动摩擦力f f也随之改变，也随之改变，f f与与N N成正比成正比Mm物块原来静止于斜面：物块原来静止于斜面：物块原来匀速物块原来匀速下下滑：滑：-地面地面无摩擦（整体法）无摩擦（整体法）FMMgNMmgNfRRm m再施加向下的力再施加向下的力F:F:等效于等效于m

21、gmg变大，变大， tan 或施加其它方向的力或施加其它方向的力F F，m m始终不滑动，始终不滑动，地面对地面对M的摩擦与的摩擦与F的水平分量平衡（整体法）的水平分量平衡（整体法） tan 全反力沿竖直方向，地面全反力沿竖直方向，地面无摩擦无摩擦m m再施加任意方向的力再施加任意方向的力F F，m m仍然仍然下下滑滑此时此时m可以有加速度，全反力大小也可能变化可以有加速度，全反力大小也可能变化但全反力方向不变，斜面体受力图没有变化，地面仍但全反力方向不变，斜面体受力图没有变化，地面仍无摩擦无摩擦物块原来加速物块原来加速下下滑：滑：物块原来减速物块原来减速下下滑：滑：MMgNMmgNfRR t

22、anfMMgNMmgNfRRf全反力倾斜，地面对全反力倾斜，地面对M的摩擦向右的摩擦向右m m再施加任意方向的力再施加任意方向的力F F（未画出）（未画出）m m仍然仍然下下滑（可以有任意加速度滑（可以有任意加速度) )同理，全反力方向不变，同理，全反力方向不变， 斜面体受力图无变化斜面体受力图无变化 地面对地面对M的摩擦仍向右的摩擦仍向右 tan全反力倾斜，地面对全反力倾斜，地面对M的摩擦向左的摩擦向左m m再施加任意方向的力再施加任意方向的力F F（未画出）（未画出）m m仍然仍然下下滑（可以有任意加速度滑（可以有任意加速度) )同理，全反力方向不变，同理，全反力方向不变， 斜面体受力图无

23、变化斜面体受力图无变化 地面对地面对M的摩擦仍向左的摩擦仍向左（一）斜面上静止（或相对静止）的物块：（一）斜面上静止（或相对静止）的物块：-整体法整体法（二）斜面上自由运动的物块（一动一静）：（二）斜面上自由运动的物块（一动一静）：-特殊整体法特殊整体法（三）斜面上受外力（三）斜面上受外力F的物块沿斜面的物块沿斜面上上滑：滑：-全反力法全反力法（四）斜面的自由物块沿斜面（四）斜面的自由物块沿斜面下下滑，滑， 受外力受外力F后，物块仍沿斜面后，物块仍沿斜面下下滑：滑：-全反力（同向）法全反力（同向）法MMgNMmgNfRfR小结：小结：-地面对斜面体的地面对斜面体的摩擦向右（如图）摩擦向右（如图

24、）实验（实验（4）：验证牛顿运动定律：）：验证牛顿运动定律：原理：控制变量法原理：控制变量法maF Fa 一一定定时时，证证明明当当质质量量 mmaF1 一一定定时时，证证明明当当拉拉力力mM打点计时器打点计时器纸带纸带实验器材：实验器材：小车，砝码，小桶，砂小车，砝码，小桶，砂, 细线，附有定滑轮的长木板（轨道）细线，附有定滑轮的长木板（轨道）,垫块，打点计时器（电火花），纸带垫块，打点计时器（电火花），纸带, 天平及砝码，刻度尺。天平及砝码，刻度尺。实验步骤实验步骤:1用天平测出小车的质量用天平测出小车的质量M2安装器材后，安装器材后，小桶里放入适量的砂，小桶里放入适量的砂，用天平测出小桶

25、和砂总质量用天平测出小桶和砂总质量m，当当mM时，近似认为小车的合力时，近似认为小车的合力F、即绳子拉力大小等于、即绳子拉力大小等于mg5数据处理：以加速度数据处理：以加速度a为纵坐标，合力为纵坐标，合力F为横坐标，描点并分析为横坐标，描点并分析加速度加速度a与合力与合力F的关系（的关系（M一定）一定）3接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，利用接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，利用纸带计算小车的加速度纸带计算小车的加速度a。（逐差法）。（逐差法）4保持小车质量不变，改变砂的质量（并用天平称量），重复以上实验保持小车质量不变，改变砂的质量（并用天平称量），重复以

26、上实验5 5次次 mM打点计时器打点计时器纸带纸带7数据处理：以加速度数据处理：以加速度a为纵坐标，小车质量倒数为纵坐标，小车质量倒数1/M为横坐标，为横坐标，描点并分析加速度描点并分析加速度a与质量与质量M的关系（的关系（F一定）一定）6保持小桶及砂的质量保持小桶及砂的质量m m不变，即保持小车合力不变，即保持小车合力F F不变，在小车上添不变，在小车上添加钩码改变小车质量（并用天平称量），重复以上实验加钩码改变小车质量（并用天平称量），重复以上实验5 5次次注意事项注意事项: 在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态，位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态，表表明小车受到的阻力跟它的重力下滑分力平衡明小车受到的阻力跟它的重力下滑分力平衡（可以从纸带打点均（可以从纸带打点均匀性判断）匀性判断）1、关于平衡摩擦力、关于平衡摩擦力针对小车受到的空气和轨道摩擦阻力针对小车受到的空气和轨道摩擦阻力2、关于小车的合力、关于小车的合力mM打点计时器打点计时器纸带纸带FFmgaMF amFmg ga mMm得得mgF mMM当当Mm时，时，mgFmMM 1注意事项注意事项:3、关于加速度、关于加速度a与