中職物理課件105第五節(jié) 牛頓運動定律及其應用

第五節(jié)牛頓運動定律及其應用主講人：張明明山東省滕州市中等職業(yè)教育中心學?！版隙鹚奶枴笔侨绾螐牡厍蝻w向月球的？主要內容牛頓第一定律牛頓第二定律牛頓第三定律123國際單位制401PART01牛頓第一定律一、牛頓第一定律通過16世紀末，意大利物理學家伽利略對亞里士多德的論斷表示了懷疑。他注意到，當一個球沿斜面向下滾動時，它的速度增大，而向上滾動時，它的速度減小。他由此猜想：當球沿水平面滾動時，它的速度應該不增不減。公元前4世紀，古希臘的哲學家亞里士多德在觀察和直覺的基礎上得出結論：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就保持靜止。伽利略為了說明他的思想，設計了一個如圖所示的對接斜面的理想實驗。一、牛頓第一定律一、牛頓第一定律

理想實驗也叫假想實驗或者思想實驗，它以真實的科學實驗為基礎，以邏輯法則為依據，用思維來展開實驗過程。它具有實際物理實驗的一些特點，又不同于實際實驗。它也是科學研究中常用的一種邏輯思維方法?！舅季S與方法】

理想實驗方法一、牛頓第一定律

【觀察與體驗】

觀察滑塊在水平氣墊導軌上的運動一、牛頓第一定律

【思考與討論】

在水平氣墊導軌上靜止的滑塊所受的外力有哪些？滑塊所受的合外力為多少？

在水平氣墊導軌上運動的滑塊所受的外力有哪些？滑塊所受的合外力為多少？英國的物理學家牛頓在伽利略等人研究的基礎上，根據自己的研究，系統(tǒng)地總結了力學規(guī)律，提出了三條運動定律。一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。這就是牛頓第一定律。由于物體總保持原來運動狀態(tài)的性質稱為慣性，因此，牛頓第一定律又稱為慣性定律。一、牛頓第一定律打籃球的同學在做“三步上籃”的動作時，只需將球向上拋出，球就人會由于慣性，向前上方運動并落入籃筐了。一、牛頓第一定律與本學習小組的同學討論，圖1-5-6中在水平地面上玩滑板的人為什么能帶著滑板騰空而起？與其他小組的同學交流。一、牛頓第一定律

【思考與討論】一、牛頓第一定律

【應用與拓展】

安全帶與安全氣囊02PART01牛頓第二定律人們在實踐中發(fā)現，物體的加速度不僅與其所受外力有關，還與其質量有關。物體運動狀態(tài)發(fā)生改變時，會產生加速度，因此也可以說，力是使物體產生加速度的原因。牛頓第一定律告訴我們，物體如果不受外力，它將保持原來的運動狀態(tài)。由此可知，如果物體受到外力作用，物體的運動狀態(tài)必將改變。二、牛頓第二定律二、牛頓第二定律

【觀察與體驗】

研究加速度與外力的關系兩輛小車的位移與其所受拉力的關系是什么？二、牛頓第二定律

【觀察與體驗】

研究加速度與外力的關系通過測量可發(fā)現：兩輛小車的位移與其所受拉力成正比。二、牛頓第二定律

【思考與討論】

小車的加速度與其所受的拉力有什么關系？

由于小車的初速度為零，根據勻變速直線運動位移公式可知，在時間t相同的情況下，小車的位移與加速度有什么關系？二、牛頓第二定律

對不易直接觀察和測量的微觀物理量，人們常常采用轉換觀測對象的方法。通過轉換，用某些容易觀察和測量的量，代替不易觀察和測量的量，這就是轉換法?！舅季S與方法】

轉換法

由于加速度是一個較難測量的物理量，因此本實驗巧妙運用轉換法，用測量物體的位移之比代替測量物體的加速度之比，進而揭示出物體加速度與外力之間的關系。在大量實驗的基礎上，可以歸納出：質量相同的物體，加速度與其所受的外力成正比。即二、牛頓第二定律二、牛頓第二定律

【觀察與體驗】

研究加速度與質量的關系牛頓第一定律利用前面的實驗裝置繼續(xù)實驗。在兩輛小車的繩端各掛一個鉤碼，使兩輛小車所受的拉力相同。在第一輛小車上加放砝碼，使其質量增大為原來的2倍。先標記出小車的初始位置，再打開夾子，讓兩輛小車同時從靜止開始運動。經過一小段時間后，合上夾子，讓它們同時停下。測量兩輛小車的位移大小。二、牛頓第二定律

【觀察與體驗】

研究加速度與質量的關系通過測量可發(fā)現：兩輛小車的位移與其質量成反比。由于位移與加速度成正比，因此可以得出小車的加速度與其質量成反比。在大量實驗的基礎上，可以歸納出：在相同外力作用下，物體的加速度與其質量成反比，即二、牛頓第二定律實驗表明，質量大的物體運動狀態(tài)難以改變，即物體的慣性大；質量小的物體運動狀態(tài)容易改變，即物體的慣性小。因此，質量是物體慣性大小的量度。二、牛頓第二定律列車的質量一般都非常大，即慣性非常大，要使高速行駛的列車停下來是很困難的。因此，為了避免傷害，在通過列車道口時，一定要遵守交通法規(guī)，聽從交警的指揮，如右圖所示。

【行為與責任】二、牛頓第二定律

控制變量法就是在有多個因素（變量）同時對結果起作用的過程中，通過控制實驗條件（控制其他因素不變），逐個研究某一因素對結果的影響，然后加以綜合的研究方法，也叫單因子實驗法?！舅季S與方法】

控制變量法

以上實驗中，為了研究加速度與外力和質量的關系，先控制質量不變，研究加速度與外力的關系，再控制外力不變，研究加速度與質量的關系，運用的就是控制變量法。二、牛頓第二定律加速度跟所受的合外力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。這就是牛頓第二定律。根據以上兩個實驗結論：和，可以得出。

將此式寫成等式，變?yōu)椤?/p>

如果規(guī)定力的單位為

N，且

1N=1kg·m/s2，則上式可簡化為，

其中的F是指物體所受的合外力，因此也可以寫成。

二、牛頓第二定律

以前的汽車，如果在高速運動時進行緊急制動，車輪會被制動器抱死，使前輪失去轉向功能，可能使汽車發(fā)生側滑，甚至側翻。為防止這種情況的發(fā)生，人們發(fā)明了防抱死制動系統(tǒng)（ABS）。它可以自動地檢測車輪是否在正常滾動，并在車輪滑動的時候釋放制動器，使汽車輪子處于滾動和滑動的交替狀態(tài)。幫助司機在制動時更好地掌控汽車的運動狀態(tài)，防止出現側滑等失控情況。

【應用與拓展】

汽車ABS二、牛頓第二定律

示例

冰壺吊車要在10s內將地面上的貨物吊到10m高的樓頂，貨物的質量是2.0×103

kg，假設貨物被勻加速吊起，問吊車纜繩對貨物的拉力是多少？

分析

本題以貨物為研究對象，先分析其運動情況：已知貨物向上做勻加速直線運動，而且v0=0，t=10s，s=10m，因此可以利用勻變速直線運動的位移公式，求出加速度的大小。二、牛頓第二定律

再分析貨物在運動過程中的受力情況：貨物受到兩個力的作用，豎直向上的拉力

F和豎直向下的重力G，如右圖所示。由于已知貨物的質量

m，因此可以求出重力G。

最后應用牛頓第二定律，求解拉力F的大小。在應用牛頓第二定律解題時，由于力、加速度都是矢量，因此在計算時要選擇一個正方向。本題選貨物的運動方向為正方向，則貨物所受的拉力

F為正值，重力G為負值。由于加速度的方向與正方向相同，因此加速度的數值也為正值。二、牛頓第二定律

m/s2=0.20m/s2。

選豎直向上為正方向，根據對貨物的受力分析，利用牛頓第二定律：

F合

=F－G=ma

F=G+ma=mg+ma=（2.0×103×9.8+2.0×103×0.20）N=2.0×104N二、牛頓第二定律在吊車向上加速吊起貨物時，纜繩對貨物的拉力超過貨物的重力，這種現象稱為超重。與此相反，當吊車向下加速放下貨物時，纜繩對貨物的拉力將小于貨物的重力，這種現象稱為失重。在火箭發(fā)明之前，有人曾設想用一門巨型大炮將宇宙飛船發(fā)射到月亮上去。這種想法很有創(chuàng)意，但實際上卻是不可能的，因為飛船中的乘客在被發(fā)射出去時將經歷一個超強的加速過程，從而產生強烈的超重現象，會讓他們瞬間失去生命。03PART01牛頓第三定律兩個物體之間的作用總是相互的，一個物體對另一個物體有力的作用，另一個物體同時對這個物體也一定有力的作用。我們在初中物理中學過，力是物體間的相互作用。三、牛頓第三定律物體間相互作用的這一對力，稱為作用力和反作用力。

【觀察與體驗】

用力傳感器研究作用力與反作用力三、牛頓第三定律

【觀察與體驗】

用力傳感器研究作用力與反作用力三、牛頓第三定律觀察發(fā)現：由屏幕上顯示出的兩個力傳感器的受力圖線在任何時刻都是沿時間軸對稱分布的。小組討論：根據兩個力傳感器的受力圖線進行概括，在任何時刻兩個相互作用力是怎樣的？

在任何時刻兩個相互作用力都是大小相等、方向相反的。大量實驗表明：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。這就是牛頓第三定律。式中，F、F＇分別表示作用力和反作用力，負號表示它們的方向相反。F=－F＇三、牛頓第三定律用公式可表示為作用力和反作用力總是成對出現，同時產生，同時消失。三、牛頓第三定律作用力和反作用力總是屬于同種性質的力。如：作用力是萬有引力，反作用力也一定是萬有引力；作用力是彈力，反作用力也是彈力；作用力是摩擦力，反作用力也是摩擦力。作用力和反作用力總是分別作用在兩個物體上，各自產生各自的作用效果，不能平衡，不能抵消。人走路時，腳總是不斷地向后蹬地，地面受到了向后的摩擦力，同時，腳也受到了向前的摩擦力，從而使人向前運動。騎自行車時，人用力地蹬踏板，使后輪轉動，后輪對地面產生向后的摩擦力，地面對后輪產生向前的摩擦力，推動自行車前進。三、牛頓第三定律人在游泳時，主要是利用四肢向后推水，來獲得水對人向前的推力。三、牛頓第三定律

當搭載著“嫦娥四號”探測器的火箭發(fā)射升空時，通過向后高速噴射燃料，獲得了向前的推進力。探測器與火箭分離后，主要依靠慣性前進，但可利用攜帶的7500N變推力發(fā)動機，進行修正，校準航向。接近月球后，探測器使用變推力發(fā)動機進行近月制動，使其被月球的引力場捕獲，成為一顆繞月衛(wèi)星。之后通過變軌控制，使速度逐漸下降，最后在反推發(fā)動機和著陸緩沖機構的保護下，實現軟著陸。04PART01國際單位制

1960年10月，第11屆國際計量大會確定了國際通用的國際單位制（簡稱SI）。1971年第14屆國際計量大會，建立了以7個基本量為基礎的國際單位制，規(guī)定了7個基本單位，分別是長度單位米（m）、時間單位秒（s）、質量單位千克（kg）、電流單位安（A）、熱力學溫度單位開（K）、物質的量單位摩爾（mol）、發(fā)光強度單位坎德拉（cd）。四、國際單位制

四、國際單位制

【應用與拓展】

相對論及其應用簡介

1905年，德國物理學家愛因斯坦提出了狹義相對論，