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第三章运动和力本讲稿第一页，共四十五页第三章第三章 运动和力运动和力3.1牛顿第一定律3.2牛顿第二定律3.3牛顿第二定律的应用3.4动量定理3.5力学单位制*本讲稿第二页，共四十五页3.1 牛顿第一定律牛顿第一定律一、牛顿第一定律的来源一、牛顿第一定律的来源二、牛顿第一定律二、牛顿第一定律本讲稿第三页，共四十五页1.没有力作用在物体上，物体的运动就会停止吗？一、牛顿第一定律的来源一、牛顿第一定律的来源本讲稿第四页，共四十五页本讲稿第五页，共四十五页2.没有力，物体能一直运动下去。伽利略理想斜面实验：本讲稿第六页，共四十五页二、牛顿第一定律二、牛顿第一定律 1.牛顿第一定律 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。这就是牛顿第一定律。物体有保持匀速直线运动或静止状态的性质，这种性质叫做惯性，因此牛顿第一定律也叫做惯性定律。本讲稿第七页，共四十五页2.惯性和质量本讲稿第八页，共四十五页 质量是物体惯性大小的量度。人们通过增大或减小物体质量，可以改变物体的惯性大小。本讲稿第九页，共四十五页3.力是改变物体运动状态的原因 由牛顿第一定律可知，物体的运动并不需要力来维持，但是，力能迫使物体运动状态发生改变。本讲稿第十页，共四十五页3.2 牛顿第二定律牛顿第二定律一、加速度与力的关系二、加速度与质量的关系三、牛顿第二定律本讲稿第十一页，共四十五页 牛顿第一定律指出，力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。而运动状态的变化可以用加速度来描述，由此可得出结论：力是使物体产生加速度的原因。本讲稿第十二页，共四十五页一、加速度与力的关系本讲稿第十三页，共四十五页二、加速度与质量的关系本讲稿第十四页，共四十五页例如，用同样大小的牵引力来起动车辆时，空车起动得快，即获得的加速度大；重车起动得慢，即加速度小。本讲稿第十五页，共四十五页1.牛顿第二定律 物体的加速度跟物体所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与合力的方向相同。数学表达式为F合=ma 或 a=国际单位制中，质量、加速度、力的单位分别是kg、m/s2和N。三、牛顿第二定律三、牛顿第二定律本讲稿第十六页，共四十五页说明（1）加速度的方向与力的方向恒相同。例如，物体斜向抛出后，重力加速度方向还总是竖直向下的。（2）加速度和力瞬时对应。例如，自由落体运动中，物体到达最高点时，速度为零，但重力依然存在，加速度仍为g。本讲稿第十七页，共四十五页2.力和运动的关系 由牛顿第二定律可知，物体的受力决定加速度。只要已知物体的受力，就可以知道物体将要发生的运动。当合力为零时，物体加速度就为零，物体将静止或做匀速直线运动。例如，小冰块在很光滑的冰面上运动时，可认为所受合力为零，做匀速直线滑行。当合力不为零时，物体存在加速度，物体做变速运动。例如，汽车起动或刹车时，合力不为零，做变速运动。本讲稿第十八页，共四十五页3.3 牛顿第二定律的应用牛顿第二定律的应用 牛顿第二定律确定了力和运动的关系，以加速度为纽带，把物体的受力与运动联系起来。根据牛顿第二定律，结合运动学的规律，如果己知物体的受力，就可以确定物体的运动；反之，如果己知物体的运动，也可以确定物体的受力。本讲稿第十九页，共四十五页例题例题 物体受两个互为120、大小均是10N的两个力的作用，物体的质量为2kg，求物体的加速度的大小。本讲稿第二十页，共四十五页例题例题 如图，一物体的的质量为2kg，放在粗糙的水平面上，在水平拉力F4N的作用下由静止开始运动，运动过程中物体受的摩擦力为1N，求物体在4秒末的速度和4秒内的位移。本讲稿第二十一页，共四十五页解解 物体受力如图所示，由于物体在水平面内运动，竖直方向支持力和重力相平衡，物体的合力在水平方向。由牛顿第二定律得 Ff=ma 所以 m/s2物体在4秒末的速度和4秒内的位移分别为vt=at=1.54=6m/s s=本讲稿第二十二页，共四十五页例题例题 一辆2000kg的小轿车在平直的路面上以30m/s的速度行驶，某时刻关闭发动机，同时刹车，轿车开始匀减速运动，经过20s停止，求关闭发动机后的阻力是多大？本讲稿第二十三页，共四十五页解解 由题给条件，v0=30m/s，vt=0，t=30m根据运动学公式得负号表示加速度方向与初速度方向（选定的正方向）相反。轿车刹车后的受力如图。由牛顿第二定律可得 f=ma=2000(1.5)解得 f=3000N本讲稿第二十四页，共四十五页例题例题 如图，用一只弹簧秤悬挂一质量2kg的物体，确定在下列运动中弹簧秤的读数，（1）静止或匀速直线运动（2）以1m/s2的加速度匀加速上升（3）以1m/s2的加速度匀加速下降。本讲稿第二十五页，共四十五页解解（1）物体静止或匀速直线运动，加速度为零，物体的合力为零，即 Tmg=0，所以拉力Tmg29.819.6N弹簧秤的读数为19.6N，此读数等于物体的重力。（2）当物体以1m/s2的加速度匀加速上升时，由牛顿第二定律得：Tmgma即 Tmg+ma29.8+2121.6N弹簧秤的读数为21.6N，此读数大于物体的重力。本讲稿第二十六页，共四十五页（3）当物体以1m/s2的加速度匀加速下降时，由牛顿第二定律得：mgTma即 Tmgma 29.82117.6N弹簧秤的读数为17.6，此读数小于物体的重力。在本例中，用弹簧秤测量物体的重力，其读数（称为视重视重）在不同的运动状态下不同，可能大于重力（称为超重超重），可能小于重力（称为失重失重）。本讲稿第二十七页，共四十五页3.4 动量定理动量定理一、动量一、动量二、冲量二、冲量三、动量定理三、动量定理*四、动量定理的应用四、动量定理的应用*本讲稿第二十八页，共四十五页一、动量一、动量1.动量概念 运动物体对外的作用效果不仅跟物体运动速度有关，还跟物体质量有关。物理学中，将物体的质量m与物体的速度v的乘积叫做物体的动量，用p表示动量，则p=mv 动量是矢量，它的方向与物体运动的速度方向相同。在国际单位制中，动量的单位为千克千克米米/秒秒，符号为kgm/s。不同质量的运动物体的作用效果本讲稿第二十九页，共四十五页2.动量的变化 当物体间发生相互作用时，物体的速度大小、方向会发生变化。这时，物体的动量也将发生变化。本讲稿第三十页，共四十五页例题 如图所示，一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，碰撞前、后钢球的动量变化了多少？本讲稿第三十一页，共四十五页解解 取水平向右的方向为正方向，碰撞前钢球的速度为v=6m/s，碰撞前钢球的动量为p=mv=0.16kgm/s=0.6 kgm/s碰撞后钢球的速度v=6m/s，碰撞后钢球的动量为p=0.16=0.6kgm/s碰撞前后钢球动量的变化为p=pp 0.6kgm/s0.6kgm/s 1.2kgm/s动量的变化p也是矢量，它的数值为负值，表示p的方向与所取的正方向相反，水平向左。本讲稿第三十二页，共四十五页二二、冲量、冲量 运动状态改变不仅跟力有关，还跟力作用时间的长短有关。为了表示力的作用效果与作用时间的关系，我们把力F和力的作用时间t的乘积叫做力的冲量冲量。用I表示冲量，则 I=Ft。冲量是矢量，它的方向与力的方向相同。在国际单位制中，冲量的单位是牛顿牛顿秒秒，符号Ns。本讲稿第三十三页，共四十五页三、动量定理三、动量定理*1.动量定理 如图，设一物体在光滑水平面上受水平恒力F的作用，做匀加速直线运动，经过时间t，速度由v0变为vt，由推导可得F合合t=mvtmv0或I合合=ptp0 物体所受合力的冲量等于物体动量的物体所受合力的冲量等于物体动量的变化变化，这就是动量定理动量定理。本讲稿第三十四页，共四十五页2.撞击与缓冲 在生产和生活中，有些地方要求减小作用的时间，以增大作用力撞击。本讲稿第三十五页，共四十五页有些地方则要求延长作用的时间，以减小作用力缓冲。本讲稿第三十六页，共四十五页四、动量定理的应用四、动量定理的应用*例题例题 在某建筑工地上，打桩机将水泥桩打入地基中，如果锤体150kg，从5m高出自由下落打在水泥桩上，再以1m/s的速度反弹，假设锤体与水泥桩的撞击时间为0.2s，求平均的打击力。（g取10m/s2）本讲稿第三十七页，共四十五页解解 锤体先做自由落体运动 h=代入h=5m，g=10m/s2得：t=1s锤体着地的速度v1=gt=10m/s。对锤体受力分析如图，取向上为正方向由动量定理得：(Nmg)t=mv2(mv1)即：（N1500）0.2=1501+15010得：N=9750 N 由牛顿第三定律，桩受到的打击力为N的反作用力，大小也为9750 N。本讲稿第三十八页，共四十五页3.5 力学单位制力学单位制*一、单位制一、单位制二、单位制在物理计算中的作用二、单位制在物理计算中的作用本讲稿第三十九页，共四十五页一、单位制一、单位制1.基本单位和导出单位 为了确定物理量之间的单位关系，我们选定几个物理量的单位作为基本单位，根据物理公式中其他物理量和这几个物理量的关系，推导出其他物理量的单位，即导出单位。例如，选位移的单位(米)和时间的单位(秒)，利用公式v=s/t可推导出速度的单位(米每秒)，再利用公式可以推导出加速度的单位(米每二次方秒)。再如，选质量的单位(千克)，利用公式F=ma就可以推导出力的单位(千克米每二次方秒，即牛)。本讲稿第四十页，共四十五页2.单位制 基本单位和导出单位一起组成了单位制。在力学中，长度、质量和时间三个物理量的单位可以导出其余的物理量的单位。这三个物理量的单位选定了，就组成了一种力学单位制。在国际单位制中，取米（长度单位）、千克（质量单位）、秒（时间单位）作为基本单位，本书基本采用这种单位制。本讲稿第四十一页，共四十五页国际单位制的基本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度L米m质量m千克(公斤)kg时间t秒s电流I安(培)A热力学温度T开(尔文)K物质的量N摩(尔)mol发光强度IV坎(德拉)cd本讲稿第四十二页，共四十五页二、单位制在物理计算中的作用二、单位制在物理计算中的作用 物理计算时，如果所有的已知量都用同一种单位制的单位来表示，那么，只要正确地应用物理公式，计算的结果就总是用这个单位制中的单位来表示的。本讲稿第四十三页，共四十五页例题例题 一个原来静止的物体，质量是7.0kg，受到14N的力的作用，求物体的加速度和5.0秒末的速度大小。解解 由于m=7.0kg，F=14N，t=5.0s。所以物体的加速度 物体的末速度 只要已知量都用国际单位制中的单位来表示，得到的答案也是国际单位制的单位。因此，解题时只要在式子末尾写出所求量的单位即可。本讲稿第四十四页，共四十五页本讲稿第四十五页，共四十五页