高中物理课程

高中物理课程.第一页，共19页。同学们好。欢迎大家和我一起学习牛顿运动定律。前面一章，我们学习了怎样描述物体的运动，但是没有进一步讨论，物体为什么会做这样或那样的运动。要讨论这个问题，必须知道运动和力的关系。在力学中，只研究物体怎样运动而不涉及运动和力的关系的分科，叫做运动学；研究运动和力的关系的分科，叫做动力学。牛顿运动定律是动力学的基本规律，本章内容是力学的核心内容，也是整个中学物理学的重点内容。请大家务必重视、努力学好本章内容。高中物理-《牛顿运动定律》第一页第二页，共19页。1．牛顿第一定律，惯性；2．物体运动状态的改变；3．牛顿第二定律（F＝ma）；4．牛顿第三定律；一．本节课的知识要点：高中物理-《牛顿运动定律》第二页第三页，共19页。二．要点精讲：（1）牛顿第一定律(又叫惯性定律)：一切物体总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。(1)牛顿第一定律告诉我们：力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度的原因。（即运动是物体的一种属性，物体的运动不需要力来维持；力是使物体运动状态改变－产生加速度的原因。）(2)牛顿第一定律指出了：任何物体都有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质，（这种性质）我们把它叫做惯性。因此，牛顿第一定律又叫做惯性定律。

①

惯性是一切物体固有的性质，不论物体的运动情况如何、受力情况怎样、所处位置哪里，物体都具有惯性。

②

物体不受外力时，惯性表现为保持原来的运动状态不变（即静止的保持静止，运动的保持匀速直线运动）；受外力时，惯性大小表现为改变运动状态的难易程度。

③

质量是物体惯性大小的惟一量度（即物体的惯性大小只跟物体的质量有关，与其它一切因素都无关）。质量大，惯性大；质量小，惯性小。高中物理-《牛顿运动定律》第三页第四页，共19页。

2．物体运动状态的改变：物体的速度发生了改变，即物体的速度大小和（或）方向发生了改变，我们就说这个物体的运动状态发生了改变。

（物体的运动状态发生改变时，物体就具有加速度。）3．牛顿第二定律：(1)内容：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。(2)公式：F合＝ma；（公式中各量的单位分别是：N、kg、m/s2，即：1N＝1kgm/s2）(3)理解：①矢量性：a与F合的方向总是相同的。（已知F合的方向，就可推知a的方向；已知a的方向，也可推知F合的方向。）

②瞬时性：a与F合同时产生，同时变化，同时消失。（F合为0，a也为0－物体处于平衡状态；F合不为0恒定，a也不为0恒定－物体做匀变速运动；F合变化，a也随之变化－物体做非匀变速运动。）

③同体性：公式F合＝ma中，各量都是对同一物体（同一研究对象）而言的。

④相对性：用公式F合＝ma，求得的加速度a，是相对地面的。二．要点精讲：（2）高中物理-《牛顿运动定律》第四页第五页，共19页。二．要点精讲：（3）4．牛顿第三定律：两个物体之间的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。注意：(1)作用力和反作用力总是同时出现，同时变化，同时消失的；

(2)

作用力和反作用力是一对同种性质的力；

(3)一对作用力、反作用力和一对平衡力的区别：它们虽然都是大小相等，方向相反，作用在一条直线上，但它们有着本质的区别，其中最突出的两点就是，一对作用力和反作用力是分别作用在两个不同的物体上，且必为同一种性质的力，而一对平衡力是作用在同一物体上，且不一定是同种性质的力。高中物理-《牛顿运动定律》第五页第六页，共19页。三.能力要求：（1－1）1.能正确运用牛顿第一定律及惯性知识解释有关现象、解答有关问题[例1]如图所示，在沿水平面前进的小车上放一竖直的木块，突然发现木块向图示方向倾倒，试分析造成倾倒的原因是什么？解析：由图示的情况来看，木块上端向左倾倒。造成这种情况的原因可能是：（1）小车向右运动突然加速。竖直木块和小车原来向右运动的，小车突然加速，木块下部因与小车间有摩擦而随小车向右运动的速度突然增大，木块上部因惯性要保持原来的速度向右运动，故而木块向左倾倒。（2）小车向左运动突然减速。竖直木块和小车原来向左运动的，小车突然减速，木块下部因与小车间有摩擦而随小车向左运动的速度突然减小，木块上部因惯性要保持原来的速度向左运动，故而木块向左倾倒。高中物理-《牛顿运动定律》第六页第七页，共19页。[例2]有人说，“不受力的物体有惯性，受力的物体没有惯性”；还有人根据物体运动速度大不容易停下来，运动速度小容易停下来说，“惯性与物体的运动速度有关，速度大，惯性就大；速度小，惯性就小。”这些说法是否正确？为什么？解析：这些说法都不正确。因为，惯性是一切物体本身固有的维持原来运动状态不变的性质，与物体受力情况、运动状态、所在位置等都无关。物体不受外力时，惯性表现为保持原来的运动状态不变（静止的保持静止，运动的保持匀速直线运动）；受外力时，惯性表现为改变运动状态的难易程度。质量是物体惯性大小的惟一量度。所以，一切物体（静止的、运动的，运动慢的、运动快的，受力的、不受力的，受力大的、受力小的，地面上的、太空中的等）都有惯性。惯性大小只与物体的质量有关，而与其它一切因素都无关。

注意：不能把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度”理解成“惯性大小表示把物体从运动变为静止的难易程度”。事实上，只在相同阻力作用的情况下，速度（大小）不同而质量相同的物体，在相同的时间内速度的减小量是相同的。这就说明质量相同的物体，它们运动状态改变的难易程度是相同的，因而它们的惯性是相同的，与它们的运动速度无关。

三.能力要求：（1－2）高中物理-《牛顿运动定律》第七页第八页，共19页。三.能力要求：（2－1）2．能正确判断物体的运动状态变化[例3]．下列情况，物体的运动状态改变的有：（）A．飞行员跳伞后在空中匀速竖直下落B．自行车在水平环形轨道上以大小为10m/s的速度运动C．投出去的铅球D．位置发生改变的木块解析：物体的速度发生改变，即物体运动的速度大小和（或）方向发生了改变，我们就说这个物体的运动状态发生了改变。飞行员跳伞后在空中匀速竖直下落，飞行员做匀速直线运动，速度大小和方向都不变，运动状态不变；木块位置发生改变，运动状态不一定改变，因为有可能是做匀速直线运动；自行车在环形轨道上运动，运动速度方向必然变化，投出去的铅球在空中运动，速度大小和方向都不断变化，它们的运动状态一定改变，所以，选择B和C。高中物理-《牛顿运动定律》第八页第九页，共19页。三.能力要求：（3－1）

3．能运用牛顿第二定律解答有关问题[例4]平直轨道上运行的火车车厢中悬挂一质量为50g的小球，火车匀速行驶时悬绳竖直；向右匀加速行驶时，车厢中乘客发现悬绳与竖直方向成30°角固定不变，如图所示。求火车的加速度。（g＝10m/s2）解析：悬绳与竖直方向成30°角固定不变，小球与车厢相对静止，即小球与车厢一道沿平直轨道做匀加速直线运动。以小球为研究对象，求出小球的加速度，也就知道了火车的加速度。如图，根据小球只沿水平方向做匀加速直线运动，由牛顿第二定律知，小球所受重力G和悬绳的拉力T的合力F必沿水平方向向右。所以：F＝ma①F＝mgtanθ②由①、②得：a＝gtanθ＝10×tan30°≈5.77m/s2，方向水平向右。高中物理-《牛顿运动定律》第九页第十页，共19页。

三.能力要求：（3－2）[例5]如图所示，用两根橡皮绳悬挂一质量为m的小球，起初小球静止，BO绳水平，AO绳与竖直方向成θ角。现将绳BO剪断，则在剪断BO绳的瞬间，小球的加速度为多少？解析：小球原受力情况如图。因小球原来静止，所受三个力的合力为零，T2等于T1和mg的合力F（大小为F＝mgtanθ）。剪断BO绳的瞬间，T2

立即消失，但由于小球的惯性，AO绳处于原状，T1的大小、方向与剪断前相同；小球的重力不变。所以剪断BO的瞬间，小球所受合力为mgtanθ，由牛顿第二定律可得，此时小球的加速度大小为gtanθ，方向水平向右。但要注意，上述加速度只存在于剪断绳BO的瞬间，当AO绳的形变发生变化，小球的受力情况发生变化，加速度也就随之发生变化了。高中物理-《牛顿运动定律》第十页第十一页，共19页。三.能力要求：（3－3）[例6]竖直向上飞行的子弹，达到最高点后又返回原地。假设整个过程中，子弹所受阻力大小与速度的大小成正比，则整个运动过程中，子弹加速度的变化情况是（）（A）

始终变小（B）

始终变大（C）

先变小后变大（D）

先变大后变小解析：根据牛顿第二定律，要讨论加速度的变化，则应讨论物体所受合力的变化，而要弄清楚物体所受合力的变化情况，首先必须清楚物体的受力情况，故本题解答的关键在物体的受力分析上。高中物理-《牛顿运动定律》第十一页第十二页，共19页。由本题题意可知，子弹在上升和下降过程中受重力和阻力两个力的作用。重力不变，而阻力是一个随速度变化而变化的力。正是由于阻力的变化才导致了加速度的变化（a与F的瞬时对应关系），所以在分析子弹所受合力时，应结合子弹的运动情况进行分析。而子弹的运动可分为上升和下降两个阶段，故应分别讨论上升阶段和下落阶段合力的变化。子弹在上升阶段，向下方向的重力G大小不变，而向下方向的阻力ƒ随上升速度的减小而减小，故子弹所受向下的合力（G＋ƒ）在逐渐变小；下落阶段，向下的重力G大小不变，而向上的阻力ƒ随下落速度的增大而增大，故子弹所受向下的合力（G－ƒ）仍是逐渐变小。综合以上分析可知，子弹在整个运动过程中所受的合力始终在减小，故它的加速度也始终在减小，在以上答案中应选择（A）。高中物理-《牛顿运动定律》第十二页第十三页，共19页。三.能力要求：（3－4）[例7]如图所示，质量为4kg的物体静止在水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，现对物体施加一大小为20N，方向与水平面成30°角斜向上的拉力F作用，使物体沿水平面做匀加速直线运动，求物体的加速度是多大？若一段时间后撤去拉力F，则撤去F后物体的加速度是多大？（g＝10m/s2）解析：经分析，拉力F作用期间物体的受力情况如图（1）所示。因物体只沿水平方向加速运动（在竖直方向未发生运动），故由牛顿第二定律得：Fsinθ+N―mg=0①

Fcosθ―ƒ=ma②

ƒ=μN③联立上面①②③三式解得：代入已知数据求得：

a＝0.58m/s2高中物理-《牛顿运动定律》第十三页第十四页，共19页。三.能力要求：（3－5）撤去拉力F之后一段时间内，物体仍沿水平面向右运动，这期间物体的受力情况如图（2）所示。由牛顿第二定律得：

N´--mg=0④ƒ´=ma´⑤ƒ´=μN´⑥联立上面④⑤⑥三式可解得：a´＝μg＝0.5×10m/s2

＝5m/s2即撤去拉力F之后，物体以5m/s2的加速度做匀减速直线运动直至停下。

高中物理-《牛顿运动定律》第十四页第十五页，共19页。三.能力要求：（4－1）4.能区别相互作用力（作用力、反作用力）和平衡力[例8]如图所示，物体A静止在水平地面上，下列说法正确的是：（）A.物体对地面的压力和它所受到的重力是一对平衡力B.物体对地面的压力和地面对物体的支持力是一对作用力和反作用力C.物体受到的重力和地面对物体的支持力是一对作用力和反作用力D.物体受到的重力和地面对物体的支持力是一对平衡力高中物理-《牛顿运动定律》第十五页第十六页，共19页。解析：相互作用力（作用力、反作