物理第三章 牛顿运动定律 第1讲 牛顿运动定律的理解.ppt

物理课标版第1讲牛顿运动定律的理解考点一牛顿第一定律考点一牛顿第一定律牛顿第一定律1.内容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。2.意义(1)揭示了物体在不受外力或所受合外力为零时的运动规律。(2)提出了一切物体都具有惯性,即保持原来运动状态的特性。(3)揭示了力与运动的关系,说明力不是维持物体运动状态的原因,而是改变物体运动状态的原因。(1)亚里士多德利用“理想实验”得出“力是改变物体运动状态的原因”的观点。()(2)英国科学家牛顿在自然哲学的数学原理著作中提出了“牛顿第一、第二、第三定律”。()(3)牛 顿 第 一 定 律 不 是 实 验 定 律。()(4)在水平面上运动的物体最终停下来,是因为水平方向没有外力维持其运动。()答案答案(1)(2)(3)(4)1.惯性的表现形式(1)物体在不受外力或所受的合外力为零时,惯性表现为使物体保持原来的运动状态(静止或匀速直线运动)不变。(2)物体受到外力时,惯性表现为运动状态改变的难易程度。惯性大,物体运动状态难以改变;惯性小,物体运动状态容易改变。2.惯性定律与惯性的实质是不同的(1)惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质,与物体是否受力、受力的大小无关。(2)惯性定律(牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运动规律。3.牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系(1)牛顿第一定律不是实验定律,它是以伽利略的“理想实验”为基础,经过科学抽象、归纳推理而总结出来的;牛顿第二定律是通过探究加速度与力和质量的关系得出的。(2)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例,而是不受任何外力的理想情况,在此基础上,牛顿第二定律定量地指出了力和运动的联系:F=ma。注意注意(1)惯性不是一种力,对物体受力分析时,不能把“惯性力”作为物体实际受到的力。(2)物体的惯性总是以“保持原状”或“反抗改变”两种形式表现出来。1-1(2017山东肥城)飞机在迫降前应该把机载的燃油放空;消防车在跑道上喷出了一条泡沫带,下列说法中正确的是()A.放空燃油除了防止起火爆炸,同时也增加飞机的惯性B.放空燃油除了防止起火爆炸,同时也减小飞机的惯性C.泡沫带能减小飞机所受的合力D.泡沫带能减小飞机所受的阻力答案答案B惯性的大小只跟质量有关,质量越小,惯性越小,放空燃油除了防止起火爆炸,同时也减小飞机的惯性,故A错误、B正确;泡沫带是给飞机降温的,没有减小飞机所受的合力或阻力,故C、D错误。1-2(2016广东揭阳模拟)在 物 理 学 史 上,正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是()A.亚里士多德、伽利略B.伽利略、牛顿C.伽利略、爱因斯坦D.亚里士多德、牛顿答案答案B伽利略通过斜面实验正确认识了运动和力的关系,从而推翻了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的错误观点;牛顿在伽利略和笛卡儿工作的基础上提出了牛顿第一定律,即惯性定律,故选项B正确。考点二牛顿第二定律考点二牛顿第二定律牛顿第二定律1.内容:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。2.表达式:F=ma。3.物理意义反映物体运动的加速度的大小、方向与其所受作用力的关系,且这种关系是瞬时的。4.力的单位:当质量单位为kg,加速度单位为m/s2时,力的单位为N,即1N=1kgm/s2。5.牛顿第二定律的适用范围(1)牛顿第二定律只适用于相对地面静止或匀速直线运动的参考系。(2)牛顿第二定律只适用于宏观、低速运动的物体。(1)物 体 加 速 度 的 方 向 与 合 外 力 方 向 可 以 不 同。()(2)合 外 力 相 同 时,质量越大的物体,其加速度越小。()(3)物 体 的 质 量 与 加 速 度 成 反 比、与 合 外 力 成 正 比。()(4)物 体 受 到 的 合 外 力 发 生 变 化,其加速度同时对应变化。()答案答案(1)(2)(3)(4)1.牛顿第二定律的特性同向性公式F=ma是矢量式,任意时刻,F与a同向正比性m一定时,aF瞬时性a与F对应同一时刻,即a为某时刻的加速度时,F为该时刻物体所受合外力因果性F是产生a的原因,物体具有加速度是因为物体受到了力同一性有三层意思:加速度a相对同一惯性系(一般指地面)F=ma中,F、m、a对应同一物体或同一系统F=ma中,各量统一使用国际单位制单位独立性作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和分力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律,即Fx=max,Fy=may局限性只适用于宏观、低速运动的物体,不适用于微观、高速运动的粒子物体的加速度必须是相对于地球静止或匀速直线运动的参考系(惯性系)而言的2.应用牛顿第二定律的解题步骤(1)明确研究对象。根据问题的需要和解题的方便,选出被研究的物体。(2)进行受力分析和运动状态分析,画好受力分析图,明确物体的运动性质和运动过程。(3)选取正方向或建立坐标系,通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向。(4)求选取的物体或系统所受的合外力F合。(5)根据牛顿第二定律F合=ma或列方程求解,必要时还要对结果进行讨论。注意注意1.独立性原理是牛顿第二定律正交分解法的基础,根据独立性原理,把物体所受的各力分解在相互垂直的方向,在这两个方向分别列牛顿第二定律方程。2.对加速度的进一步理解(1)加速度的大小与速度的大小无关。(2)合力与速度同向时,物体加速运动;合力与速度反向时,物体减速运动。(3)a=是加速度的定义式,a与v、t无 直 接 关 系;a=是加速度的决定式,aF,a。2-1(2015海南单科,8,5分)(多选)如图,物块a、b和c的质量相同,a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连,通过系在a上的细线悬挂于固定点O。整个系统处于静止状态。现将细线剪断。将物块a的加速度的大小记为a1,S1和S2相对于原长的伸长分别记为l1和l2,重力加速度大小为g。在剪断的瞬间,()A.a1=3gB.a1=0C.l1=2l2D.l1=l2答案答案AC剪断细线前,把a、b、c看成整体,细线中的拉力为T=3mg。因在剪断瞬间,弹簧未发生突变,因此a、b、c之间的作用力与剪断细线之前相同。则将细线剪断瞬间,对a隔离进行受力分析,由牛顿第二定律有:3mg=ma1,得a1=3g,A正确,B错误。由胡克定律知:2mg=kl1,mg=kl2,所以l1=2l2,C正确,D错误。2-2如图所示,细线的一端系一质量为m的小球,另一端固定在倾角为的光滑斜面体顶端,细线与斜面平行。在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中,小球始终静止在斜面上,小球受到细线的拉力T和斜面的支持力FN分别为(重力加速度为g)()A.T=m(gsin+acos)FN=m(gcos-asin)B.T=m(gcos+asin)FN=m(gsin-acos)C.T=m(acos-gsin)FN=m(gcos+asin)D.T=m(asin-gcos)FN=m(gsin+acos)答案答案A对小球受力分析如图所示,建立坐标系,在x轴方向上:T-mgsin=macos在y轴方向上:FN-mgcos=-masin解得:T=mgsin+macosFN=mgcos-masin所以选项A正确。2-3(2016湖南郴州摸底,15)如 图 所 示,将底部装有弹簧的木箱在某一高度由静止释放,从弹簧接触地面到木箱速度为零的过程中,木箱速度的变化情况是()A.一直增大B.一直减小C.先减小后增大D.先增大后减小答案答案D弹簧接触地面后,开始阶段弹力先小于重力,木箱受竖直向下的合力,加速度方向竖直向下,与速度方向相同,木箱做加速运动,木箱的速度增大;而弹簧的弹力逐渐增大,当弹力大于重力时,合力竖直向上,则加速度方向竖直向上;木箱做减速运动,故速度先增大后减小。方法指导方法指导1.应用牛顿第二定律分析物理问题时,受力分析和计算是解题的重要环节,通常根据研究对象的受力情况灵活处理:(1)物体受两个非共线共点力时通过合成法计算合力;(2)物体受共线共点力时可将力的运算转化为代数运算;(3)物体受多个非共线共点力时通过正交分解法进行计算。2.加速度与合外力具有瞬时对应关系,二者总是同时产生、同时变化、同时消失:3.对瞬时问题的分析抓住“两个关键”、遵循“四个步骤”(1)“两个关键”:分析瞬时前、后的受力情况和运动状态。明确绳(或杆)类和弹簧(或橡皮条)类模型的特点。(2)“四个步骤”:第一步:分析原来物体的受力情况。第二步:分析物体在突变时的受力情况。第三步:由牛顿第二定律列方程。第四步:求出瞬时加速度,并讨论其合理性。考点三牛顿第三定律考点三牛顿第三定律牛顿第三定律1.内容:两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一直线上。2.物理意义:(1)体现力的作用的相互性。(2)建立了作用力与反作用力的相互依存关系。(1)作 用 力 与 反 作 用 力 可 以 作 用 在 同 一 物 体 上。()(2)作 用 力 与 反 作 用 力 的 作 用 效 果 不 能 抵 消。()答案答案(1)(2)三同三异三无关(1)大小相同(2)性质相同(3)同时产生、变化和消失(1)方向不同(2)受力物体不同(3)产生效果不同(1)与物体类型无关(2)与物体运动状态无关(3)与物体所受其他力情况无关1.作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”2.一对相互作用力与一对平衡力的对比作用力与反作用力一对平衡力相同点大小相等,方向相反,作用在同一条直线上涉及物体只涉及两个物体要涉及三个物体(两个施力物体、一个受力物体)受力物体分别作用在两个物体上共同作用在一个物体上合力问题不能合成合力为零力的性质性质一定相同性质不一定相同依赖关系相互依存,同时产生,同时变化,同时消失无依赖关系,不一定同时产生、同时变化、同时消失作用效果使各自的受力者产生一个分加速度,彼此间不平衡使同一受力物体平衡概念作用力与反作用力是指相互作用的两个物体间的一对相互作用力二力平衡是指作用在同一物体上的两个力,若大小相等,方向相反,并且在同一直线上,这两个力就彼此平衡3.利用牛顿第三定律通过转换对象法解题的思路(1)选择合适的研究对象,分析受力情况,判断物体的受力是否可以直接求出;(2)转换研究对象,分析待求力的反作用力;(3)由牛顿第三定律求出待求力。3-12014年1 0月20日14时31分,我国在太原卫星发射中心用“长征四号丙”运载火箭,成功将“遥感二十二号”卫星发射升空并送入预定轨道。关于这次卫星与火箭上天的情形叙述正确的是()A.火箭尾部向外喷气,喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力,从而让火箭获得了向前的推力B.火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力,空气的反作用力使火箭获得飞行的动力C.火箭飞出大气层后,由于没有了空气,火箭虽然向后喷气,但也无法获得前进的动力D.卫星进入预定轨道之后,与地球之间不存在相互作用答案答案A火箭升空时,其尾部向外喷气,火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体,火箭向外喷气时,喷出的气体同时对火箭产生向前的反作用力,即为火箭前进的推动力,此动力并不是由周围的空气提供的,因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关,选项B、C错误、A正确;火箭运载卫星进入轨道之后,卫星与地球之间依然存在相互吸引力,即卫星吸引地球,地球吸引卫星,这是一对作用力与反作用力,选项D错误。3-2如图所示,甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线,约定先使对方过分界线者为赢。若绳子质量不计,冰面可看成光滑,则下列说法正确的是()A.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力B.甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力C.若甲的质量比乙大,则甲能赢得“拔河”比赛的胜利D.若乙收绳的速度比甲快,则乙能赢得“拔河”比赛的胜利答案答案CA项中两力是一对作用力与反作用力,A错;B项中两力是一对平衡力,B错;因m甲m乙,由a=知a甲x甲,C项正确;由x=at2知x与收绳的速度无关,D项错。方法指导方法指导应用牛顿第三定律应注意的三个问题(1)定律中的“总是”说明对于任何物体,在任何情况下牛顿第三定律都是成立的。(2)作用力与反作用力虽然等大反向,但因所作用的物体不同,所产生的效果(运动效果或形变效果)往往不同。(3)作用力与反作用力只能是一对物体间的相互作用力,不能牵扯第三个物体。考点四基本单位制考点四基本单位制1.单位制:基本单位和导出单位一起组成了单位制。(1)基本量:只要选定几个物理量的单位,就能够利用这几个单位推导出其他物理量的单位。这些被选定的物理量叫做基本量。(2)基本单位:基本物理量的单位。力学中的基本量有三个,它们是质量、长度、时间;它们的单位是基本单位,分别是kg、m、s。(3)导出单位:由基本单位根据物理公式推导出来的其他物理量的单位。2.国际单位制中的基本物理量及其单位基本物理量物理量符号单位名称单位符号质量m千克kg时间t秒s长度l米m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I,(IV)坎德拉cd2013年6月20日,女航天员王亚平在“天宫一号”目标飞行器里成功进行了我国首次太空授课。授课中的一个实验展示了失重状态下液滴的表面张力引起的效应。在视频中可观察到漂浮的液滴处于相互垂直的两个椭球之间不断变化的周期性“脉动”中。假设液滴处于完全失重状态,液滴的上述“脉动”可视为液滴形状的周期性微小变化(振动),如图所示。已知液滴振动的频率表达式为f=kr,其中k为一个无单位的比例系数,r为液滴半径,为液体密度,为液体表面张力系数(其单位为N/m),、是相应的待定常数。对于这几个待定常数的大小,下列选项可能正确的是()A.=,=,=-B.=-,=-,=C.=-2,=,=-D.=-3,=-1,=1答案答案B本题用量纲法解,根据题意,等式f=kr的量纲等式应为1s-1=1m(kg/m3)(N/m),又因为1N=1kgm/s2,故量纲等式又可写为1s-1=1m(kg/m3)(kg/s2),将A、B、C、D选项中数据代入验证,可得B选项可能正确。