2021-2022学年高二物理竞赛：动力学——牛顿运动定律课件.pptx

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1、宇宙飞船宇宙飞船发现号发现号由大功率的火由大功率的火箭运载到外太空。火箭必须具有箭运载到外太空。火箭必须具有很高的加速度，方可迅速提高自很高的加速度，方可迅速提高自身运行速度。身运行速度。为了达到这一目的，根据牛顿第为了达到这一目的，根据牛顿第二运动定律二运动定律，必须有一个力施加，必须有一个力施加在火箭上。这是个什么力呢？在火箭上。这是个什么力呢？火箭的发动机对火箭尾部喷出的火箭的发动机对火箭尾部喷出的气体施加了一个力。而这个力的气体施加了一个力。而这个力的反作用力反作用力(牛顿第三运动定律牛顿第三运动定律)使使火箭能够加速前进。火箭能够加速前进。一个体重一个体重150kg的足球运动员正面撞

2、到另一位体重的足球运动员正面撞到另一位体重75kg的运动的运动员的背部。在碰撞过程中，较重的这个运动员对较轻的运动员员的背部。在碰撞过程中，较重的这个运动员对较轻的运动员施加了一个大小为施加了一个大小为 的力。而较轻的运动员对较重运动员的力。而较轻的运动员对较重运动员的作用力大小为的作用力大小为 。下面哪一项描述是最准确的？下面哪一项描述是最准确的？v开篇问题开篇问题1（e）不足以判断大小）不足以判断大小诗人托马斯诗人托马斯.斯特恩斯斯特恩斯.艾略特在剧本大教堂中的谋杀中艾略特在剧本大教堂中的谋杀中写到，坎特伯雷（英国城市）的一个女人说写到，坎特伯雷（英国城市）的一个女人说“地球向上压地球向上

3、压着我们的脚着我们的脚”。这个力是什么力？。这个力是什么力？（a）重力）重力（b）支持力（正压力）支持力（正压力）（c）摩擦力）摩擦力（d）离心力）离心力（e）没有力）没有力诗歌艺术化的结果诗歌艺术化的结果v开篇问题开篇问题2几个问题几个问题v是什么使一个静止的物体开始运动？是什么使一个静止的物体开始运动？v是什么使物体加速或者减速？是什么使物体加速或者减速？v是什么导致物体沿弯曲的路径运动？是什么导致物体沿弯曲的路径运动？答案答案:力力。这一章，我们要开始研究力与运动之间的关系，即这一章，我们要开始研究力与运动之间的关系，即动力学动力学。这里研究的是日常生活中的运动；原子、分子等亚微观世这里

4、研究的是日常生活中的运动；原子、分子等亚微观世界和接近光速的超高速问题我们将运用量子理论（第界和接近光速的超高速问题我们将运用量子理论（第37章）章）和相对论（第和相对论（第36章）来进行研究。章）来进行研究。要使静止的物体运动，需要力的要使静止的物体运动，需要力的作用作用力可以使物体从静止加力可以使物体从静止加速到速度非零的状态。速到速度非零的状态。对于一个运动着的物体，如果要对于一个运动着的物体，如果要改变它的速度，需要力的作用改变它的速度，需要力的作用要想物体加速，必须有力的存要想物体加速，必须有力的存在。在。要改变物体的运动状态，需要有要改变物体的运动状态，需要有力的作用。力的作用。4

5、-1 力力每个人都有的生活经验每个人都有的生活经验当当你推着满满当当的超市手推车你推着满满当当的超市手推车出来，需要花费怎样的体力？出来，需要花费怎样的体力？v测量一个拉力的大小（或者强度）。测量一个拉力的大小（或者强度）。v力是一个力是一个矢量，矢量，遵循矢量加减法的规则和矢量图示法。遵循矢量加减法的规则和矢量图示法。（箭头的方向表示力的方向，而矢量的长短与力的大小（箭头的方向表示力的方向，而矢量的长短与力的大小成正比。）成正比。）v测量拉力的工具测量拉力的工具-弹簧秤。弹簧秤。4-2 牛顿第一运动定律牛顿第一运动定律艾萨克艾萨克牛顿（牛顿（1642-1727）英国物英国物理学家理学家,经典

6、物理学的奠基人。他对经典物理学的奠基人。他对力学、光学、热学、天文学和数学等力学、光学、热学、天文学和数学等学科都有重要贡献学科都有重要贡献,其代表作其代表作自然自然哲学的数学原理哲学的数学原理是力学的经典著作。是力学的经典著作。牛顿是近代自然科学奠基时期最伟大牛顿是近代自然科学奠基时期最伟大的科学家之一。的科学家之一。在力学上，牛顿阐明了角动量守恒的原理。在光在力学上，牛顿阐明了角动量守恒的原理。在光学上，他发明了反射式望远镜，并基于对三棱镜学上，他发明了反射式望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定

7、律，并研究了音速。论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。在数学上，牛顿与戈特弗里德在数学上，牛顿与戈特弗里德莱布尼茨分享了发莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了理，提出了“牛顿法牛顿法”以趋近函数的零点，并为以趋近函数的零点，并为幂级数的研究作出了贡献。幂级数的研究作出了贡献。任何物体都任何物体都保持静止保持静止的或的或沿一条直线作匀速运动沿一条直线作匀速运动状态状态,除非作用在它上面的力迫使它除非作用在它上面的力迫使它改变改变这种状态。这种状态。牛顿第一运动定律牛顿第一运动定律牛顿第一运动定律牛顿第一运动定律物体

8、所具有的保持静止或者匀速直线运动的特性叫做惯性。惯性。因此牛顿第一定律也通常被叫做惯性定律惯性定律。解答解答惯性。惯性。书包和地板之间的摩擦力使得书包最终停下来。书包和地板之间的摩擦力使得书包最终停下来。例题例题4-1 4-1 牛顿第一定律牛顿第一定律 一辆校车突然急刹车，放在一辆校车突然急刹车，放在汽车地板上的书包都向前滑行。为什么？是什么力汽车地板上的书包都向前滑行。为什么？是什么力使这些书包这样运动呢？使这些书包这样运动呢？惯性参考系惯性参考系惯性参考系惯性参考系v牛顿第一定律并不适用于所有参考系。牛顿第一定律适用牛顿第一定律并不适用于所有参考系。牛顿第一定律适用的参考系叫做的参考系叫做

9、惯性参考系惯性参考系。v任何一个相对于惯性参考系作匀速运动的参考系都是惯性任何一个相对于惯性参考系作匀速运动的参考系都是惯性参考系。参考系。v惯性定律不适用的参考系，叫做惯性定律不适用的参考系，叫做非惯性参考系非惯性参考系。请思考：请思考：一艘船在一个一艘船在一个风平浪静的海面上匀速的航平浪静的海面上匀速的航行行,此时船可否视作惯性系？此时船可否视作惯性系？某人站在船尾某人站在船尾纵身向上身向上一一跃,问此人能否掉入海里此人能否掉入海里?4-3 质量质量质量表示物体包含物质的多少，质量表示物体包含物质的多少，是物体惯性大小的量度是物体惯性大小的量度区分两个概念区分两个概念质量和重量质量和重量质

10、量是物体本身的一个属性，不依赖于所处的环境。质量是物体本身的一个属性，不依赖于所处的环境。重量是一种力重量是一种力重力，由于引力造成的对物体施加的拉力。重力，由于引力造成的对物体施加的拉力。例如：将一个物体带到月球。物体的重量将变成它在地球上的六例如：将一个物体带到月球。物体的重量将变成它在地球上的六分之一，因为月球上的引力比较弱。但是物体的质量保持不变。分之一，因为月球上的引力比较弱。但是物体的质量保持不变。物体的质量不变，表明它仍具有相同的惯性物体的质量不变，表明它仍具有相同的惯性在没有摩擦的情在没有摩擦的情况下，无论在地球还是月球上，使其改变运动状态的条件是同样况下，无论在地球还是月球上

11、，使其改变运动状态的条件是同样的。的。在国际单位制中，质量的单位是千克在国际单位制中，质量的单位是千克（kg）国际千克原器国际千克原器4-4 牛顿第二运动定律牛顿第二运动定律物体受到合外力作用时，它所获得的物体受到合外力作用时，它所获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，加速度的大小与合外力的大小成正比，并与物体的质量成反比，加速度的方并与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同向与合外力的方向相同牛顿第二牛顿第二定律。定律。牛顿第二定律的牛顿第二定律的数学表述式数学表述式（4-1a）（4-1b）分量形式分量形式 例例4-2 （估算）（估算）要使物体获得相应的加速度需要多大的合外要使物

12、体获得相应的加速度需要多大的合外力力。（。（a）使）使1000kg的小汽车获得的小汽车获得（1/2）g的加速度的加速度（b）使使200g的苹果获得相同的加速度。的苹果获得相同的加速度。解：（解：（a）小汽车的加速度是）小汽车的加速度是 根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：（b）对于苹果，）对于苹果，因此因此解题思路：运用牛顿第二定律来计算所需的力。这里只需要估算，因此解题思路：运用牛顿第二定律来计算所需的力。这里只需要估算，因此保留一位有效数字。保留一位有效数字。例例4-3 使汽车停止的力使汽车停止的力要使质量要使质量1500kg的小汽的小汽车在车在55m内从内从100km/h的时速刹车到完全

13、停止，所的时速刹车到完全停止，所需的平均的合外力是多少？需的平均的合外力是多少？解：我们假设运动的方向是沿着解：我们假设运动的方向是沿着x轴的正向。轴的正向。初速度为初速度为 ，末速度末速度 ，行驶的距离行驶的距离由式由式2-12c，我们有，我们有 因此因此 解题思路：解题思路：运用牛顿第二定律来确定力的大小。我们首先假运用牛顿第二定律来确定力的大小。我们首先假定加速度是一个恒量。定加速度是一个恒量。所需的合外力：所需的合外力：负号表明这个力的方向与初速度的方向相反。负号表明这个力的方向与初速度的方向相反。注意：如果加速度不是严格的恒定的量，我们可以设定一个注意：如果加速度不是严格的恒定的量，我们可以设定一个“平均平均”加速度，据此我们可以获得一个加速度，据此我们可以获得一个“平均平均”合外力。合外力。与第一定律一样，牛顿第二定律只适用于惯性参照系。与第一定律一样，牛顿第二定律只适用于惯性参照系。质量的精确定义质量的精确定义如果对于两个质量分别为如果对于两个质量分别为m1和和m2的物体分别施加一个相同的合外力，那的物体分别施加一个相同的合外力，那它们的质量之比等于它们加速度的反比它们的质量之比等于它们加速度的反比：如果其中一个质量已知，且两物体加速度已精确测量，那我们就可以如果其中一个质量已知，且两物体加速度已精确测量，那我们就可以获得未知物体的质量。获得未知物体的质量。