1、牛顿运动定律,1本章可以分为四个单元： 第一单元（第1节），牛顿第一定律 第二单元（第24节），牛顿第二定律 第三单元（第5节），牛顿第三定律 第四单元（第6、7节），牛顿定律的应用,二、教材分析与教学建议,（一）本章综述,牛顿运动定律是动力学的核心内容，根据牛顿运动定律可以确定物体位置、速度变化的规律，可以控制物体的运动。牛顿运动定律对直线运动、曲线运动都适用，为便于学生理解，本章牛顿运动定律的应用只限于物体的直线运动，第一、二章研究的也主要是直线运动。在学生对牛顿运动定律基本理解的基础上，在后续的教学内容中，要研究牛顿运动定律对曲线运动的应用、研究牛顿运动定律对天体运动的应用、研究牛顿万有
2、引力定律及应用。,亚里斯多德(Aristotle约 公元前384-前322)，在对运动的中 我们看到，物体在水平面上的运动， 需要借助外力才能维持，如果外力 停止作用，物体就要静止下来。这 是因为地面上的物体都跟地球一样， 它们的“自然本性”是静止；而天体 却与地球不同，它们的“自然本性”是以地球为中心 做圆周运动。,伽利略(Galileo Galilei, 1564-1642):我们在实验中看到,表 面越光滑，物体就会运动得越远。 设想在完全光滑的理想情况下，物 体沿斜面下滑会越滑越快；沿斜面 上滑会越滑越慢；沿水平面运动既 不变快也不变慢，会永远运动下去。因此，在水平 面运动中，当外力停止
3、作用时物体要静止下来，这 不是“自然本性”，而是因为接触面不光滑。,牛顿(Isaac Newton,1642- 1727):天上的运动与地上的运动遵 从同样的规律，大自然就像一只精 确运转的时钟，一旦启动之后，就 会按照一定的规律运转下去。因此， 找到这种规律，就知道大自然的过 去、现在和未来。“站在巨人的肩膀上”的牛顿，总结了17世纪以前的力学和天文学研究成果，经过自己20多年的实验观察和理论研究，创立了以三大运动定律为基础的经典力学体系，为一个全新科学发明时代奠定了基础，为伟大 的工业革命铺平了道路。,动力学：研究力与运动的关系的理论。只有懂得了动力学的知识，才能根据物体所受的力确定物体的
4、位置、速度变化规律，才能够创造条件来控制物体的运动。神舟号之所有能成功发射、稳定运行、准确安全着陆，都是因为人们掌握了力与运动的关系。,目录,牛顿第一定律 探究加速度与力、质量的关系 牛顿第二定律 力学单位制 牛顿第三定律 用牛顿第二定律解决问题(一) 用牛顿第二定律解决问题(二),牛顿第一定律,亚里斯多德观点：,力是维持物体运动的原因。,(1)地球上的物体与地球一样，“天然本性”是静止的 。,(2)天体的“天然本性”是以地球为中心做圆周运动。,伽利略,观察,小球沿斜面向下滚动时，速度增加,小球沿斜面向上滚动时，速度减小,猜想,小球沿水平面滚动，速度不增不减,？,实验设计,理想实验,结论：,物
5、体运动不需要力来维持,物体不受到外力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动，除非物体受到外力作用。,笛卡儿(R.Descartes,1596-1650),一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。,牛顿,惯性定律-牛顿第一定律,牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证。,“总”可以写成“都”吗,气垫实验,阻力足够小,惯性：物体保持原来运动状态或静止状态的一种属性。 质量：是物体惯性大小的量度,惯性与质量,物体保持原来状态的原因,注意： (1)一切物体均有惯性 (2)惯性的大小与物
6、体的运动状态无关,初中：物质的多少,惯性,在运动小车中抛球,牛顿第一定律成立的参考系为惯性参考系。相对于地球静止或匀速运动的参考系。 牛顿第一定律不成立的参考系为非惯性参考系。(相对于地面加速运动的参考系),惯性参考系与非惯性参考系,物理要求低,关联地理学科,离心惯性力和科里奥利力,北半球沿经线运动的物体偏转分析 “北右南左”,北半球以纬线运动的物体偏转分析,北半球以纬线运动的物体偏转分析,北半球以纬线运动的物体偏转分析,下列关于惯性的说法中正确的是 ( ) A物体只有静止或做匀速运动时才有惯性B物体只有受外力作用时才有惯性C物体的运动速度大，惯性大D物体在任何情况下都有惯性,【例1】,D,下
7、列关于惯性的说法中正确的是 ( ) A物体只有静止或做匀速运动时才有惯性B物体只有受外力作用时才有惯性C物体的运动速度大，惯性大？D物体在任何情况下都有惯性,【例1】,D,速度大的物体不易停下来，所以惯性大？,概念辨析： 惯性，抵抗物体运动状态变化的“本领”P69 完全相同汽车甲和乙，制动力相同时，加速度相同，运动状态改变的难易程度相同。,汽车甲,汽车乙,110km/h,130km/h,20km/h,停下来,哪一个容易？,区分：“停下来的快慢”和“速度变化的快慢”,如图所示，在一辆表面光滑的小车上有质量分别为m1、m2的两个小球（m1m2）随车一起匀速运动，当车突然停止时，如不考虑其它阻力，设
8、车无限长，则两个小球： ( ) A一定相碰 B一定不相碰 C不一定相碰 D不能确定是否相碰,【例2】,B,伽利略的理想实验证明了 ( ) A要物体运动必须有力的作用，没有力的作用物体将要静止B要改变物体的运动，必须有外力的作用C物体不受力时，一定保持静止状态D物体不受力的作用时，总是保持原来的匀速度直线运动状态,【例3】,D,关于牛顿第一定律下列说法中正确的是 ( ) A它反映了物体不受外力时物体的运动规律B只要物体不受外力，物体只能处于静止状态或匀速直线运动状态C牛顿第一运动定律也称为惯性定律D在加速运动的火车中，要维持一个物体静止，必须要有外力，这说明牛顿第一定律不正确,【例4】,ABC,
9、探究加速度与力、质量的关系,力是改变物体运动状态的原因,由牛顿第一定律可知：,力是物体改变运动状态的原因 力是产生加速度的原因,提出问题：,(1)加速度的大小与哪些因数有关？,(2)加速度与质量、外力存在什么定量关系？,猜想与假设：,(1)质量越大，加速度越小；外力越大，加速度越大,(2)加速度与外力成正比，与质量成反比。,实验设计：,1.需要测量的物理量：,加速度、力、质量,2.测量仪器：,加速度通过打点计时器，所以除打点计时器，还要电源、纸带、刻度尺；,力的测量可以通过已知钩码的质量计算出力的大小；,质量通过天平。,实验设计：,3.实验过程：,用控制变量法：先控制小车的质量不变，研究加速度
10、与外力的关系；再控制拉力不变，研究加速度与小车质量的关系。,描点作图： a与F关系,描点作图：,实验参考方案一： 原理：x=at2/2,实验参考方案二： 原理：x=at2/2,实验参考方案三： 用DIS处理实验数据：,DIS实验数据记录表格设计与数据处理：,牛顿第二定律,牛顿第二定律,物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。,数学表达：,F=kma,如果k取1，那么 F=ma。这样，当物体的质量是m=1kg，在某力作用下获得的加速度是a=1m/s2,那么F=1kgm/s2。为了纪念牛顿，把这“一个单位的力”称为“牛顿”。,牛顿第二定律,F=ma,注意：,(1)是力与质量决定了物体的加速
11、度，所以不能说力与加速度成正比；,(2)此式中的力表示物体所受的合外力；,(3)加速度与力它们不仅大小存在这样的关系，加速度的方向始终与合成力的方向相同。,(4)如果式中的力是某一个方向的合力，那么求得的加速度为某一个方向的分加速度,同一性：F、m、a必须对应同一个物体 瞬时性：合外力和加速度是同时产生、同时变化、同时消失 矢量性：物体加速度的方向与合外力的方向始终保持一致。合外力方向不变，物体的加速度方向不变；合外力方向改变，物体的加速度方向作同样的改变,独立性：根据力的独力作用原理，几个力同时作用于一个物体时，每个力各自产生一个加速度，物体实际的加速度就是各力所产生加速度的矢量和因而用牛顿
12、第二定律处理物体在一个平面内运动的问题时，可将物体所受各力进行正交分解，在正交的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式列方程解题 相对性：加速度a是相对于地面的（或惯性参考系）,关注 “科学漫步”用动力学的方法测质量， 让学生了解一点关于惯性质量和引力质量的知识。,关注一下。,静止在水平地面上的物体的质量为2 kg,在水平恒力F推动下开始运动,4 s末它的速度达到4 m/s,此时将F撤去,又经6 s物体停下来,如果物体与地面的动摩擦因数不变,求F的大小.,F,t=0s,t=4s,t=6s,【例1】,质量为800g的物体在一个水平面上运动，图示两条直线分别表示出该物体受到水平拉力作用和不受拉力作用
13、时的速度时间关系，则水平拉力大小。,【例2】,质量为30kg的雪橇与水平面成30角的拉力F作用下，沿水平地面向右做直线运动，经过0.5s，速度由0.6m/s均匀地减到0.4m/s。已知雪橇与地面的动摩擦因数=0.2,求作用力F的大小。,【例3】,一个质量为2.0Kg的木块，放置在水平地面上，它与地面间的动摩擦因数 ，用一个大小为F=20N力作用在木块上，欲使木块的加速度最大，则该力将如何作用在木块上，木块的最大加速度为多少？（g=10m/s2),*【例4】,力学单位制,在物理学中描述各种物态的变化，有各种各样的物理量，对每一个物理量都要独立的单位,随着科学的发展，在不同时期，不同地域，人们采取
14、过不同的单位制，这给社会发展、学术交流带来了很大的麻烦，鉴于国际交流的需要，国际物理协会提出统一的单位制，为计量准确，首先需要规定单位。,单位与单位制,计量基准,实物基准,实物基准很难保证不随时间改变，也很难防止意外（如被战争、地震或其他自然灾害所毁坏）。科学家想到用长度的自然基准代替实物基准。,自然基准,长度计量基准,1799年，一些国家在巴黎开会公认“米”为通用的长度单位。科学家把最后测量的结果铸成一个米原器，作为长度的基准存放在法国档案局里。,1983年国际计量大会重新定义米为：光在真空中传播，1/299 792 458秒的时间间隔内运行路程的长度。,实物基准,自然基准,时间计量基准,
15、1952年国际天文协会决定以指定的1900年度的回归年时间的1/31 556 925 .9747为秒的定义。所谓回归年，就是太阳相继两次通过春分点所需的时间。,实物基准,1967年第十三届国际计量大会正式定义：“秒”是铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应辐射的9 192 631 770 个周期的跃迁所对应辐射的持续时间。,自然基准,质量计量基准,采用一个铂铱合金原器的质量作为质量单位。该原器保存在国际度量衡局中，叫做千克。唯一以实物为基准定义的单位。,实物基准,有谁能够进行千克的自然基准定义呢？,自然基准,基本物理量,物理学中的七个基本物理量： 长度、质量、时间、物质的量、温度、电流
16、强度、光强,导出物理量,由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量： 面积、体积、速度、加速度、力、能量、电压,物理量,基本单位,基本物理量的单位。 如：米、千克、秒、摩尔、开尔文、安培、坎德位,导出单位,导出物理量的单位。 如：平方米、立方米、米/秒、米/秒2 牛顿、焦耳,单位,单位制,国际单位制的基本单位：,国际单位制(SI),当基本单位取下列单位米、千克、秒、摩尔、开尔文、安培、坎德拉，并由物理关系导出的其他单位所组成的单位系统称之为国际单位制。,现有下列物理量或单位，按下面的要求选择填空.(填序号字母)A.密度 B.米/秒 C.牛顿 D.加速度 E.质量F.秒 G.厘米 H.长度 I
17、.时间 J.千克(1)属于物理量的是 (2)在国际单位制中，作为基本单位的物理量有 (3)在物理量的单位中不属于国际单位的是 (4)在国际单位中属于基本单位的是 ，属于 导出单位的是,【例1】,下列物理量单位中哪些属于基本单位，哪些属于国际单位制单位：吨(t)、毫米(mm)、小时(h)、秒(s)、焦耳(J)、牛米(Nm)、微克(g)、千克(kg)、微秒(s)、帕斯卡(Pa)、克/厘米3(g/cm3).,【例2】,一个原来静止的物体，质量是7kg，在14N的恒力作用下，5s末的速度是多大？5s内的位移是多大 ？,【例3】,教学建议： 要求一：知道基本量和基本单位看懂“说一说” 要求二：知道国际单
18、位制是单位制中的一种；知道每一种单位制中都有基本单位和导出单位国际单位制中的基本单位是书本上的七个例如：“厘米”时国际单位制中的长度单位，但是不是基本单位。,厘米是国际单位吗？,牛顿第三定律,典型课例,一、作用力和反作用力,用传感器探究作用力与反作用力的关系,二、牛顿第三定律,联系汽车额定功率问题,三、区分一对平衡力和一对相互作用力,四、物体的受力分析 （1）确定研究对象：把它从周围物体中隔离出来（隔离法） （2）按顺序找出力：重力、已知力弹力（被动力）摩擦力（被动力） （3）作图、用适当的字母符号表示力,用牛顿第二定律解决问题,1.动力学问题可以划分为三类：已知运动，求受力；已知受力，求运动
19、；已知部分受力和部分运动情况，求未知的力和未知的运动参量2.对于三力以上的平衡问题：解决方法之一是等效为二力平衡，之二是正交分解法（重点介绍）,1.分析题意 2.明确研究对象 3.对研究对象进行受力分析 4.适当建立坐标 5.正确标出每一个力与坐标的夹角 6.列出方程、解方程 7.思考与总结,解题步骤,讨论物体在光滑斜面上的自由下滑与上滑运动的加速度； 讨论物体在粗糙斜面上的自由下滑与上滑运动的加速度。,30,m,如果质量为20kg的物体在30的斜面上正好匀速下滑，如果将斜面的倾角增加到45，求物体沿斜面下滑时加速度的大小。,【例1】,如图所示，物体沿30以14m/s的速度向上运动，经过2s速
20、度减为零，则从开始经过3s物体的速度与位移,30,m,【例2】,如果质量为20kg的物体在动摩擦系数为0.2的粗糙斜面上，斜面的倾角为30，物体从静止开始在沿斜面向上30N恒力的作用下沿斜面向上加速度运动，求加速度大小。,【例3】,如图所示，质量m=5.0Kg的物体置于倾角=30的固定斜面上，物体在水平推力F=50N的作用下沿斜面向上运动，物体与斜面间的动摩擦因数=0.1。求物体的运动的加速度。（g=10m/s2),30,m,F,【例4】,从同一高度由静止开始沿不同的光滑斜面下滑的时间与斜面倾角的关系,并进行讨论.,专题讨论(1),沿不同的光滑斜面但相同水平距离,从静止自由下滑的时间与斜面倾角
21、的关系,并进行讨论.,专题讨论(2),物体由静止开始从竖起圆周的最高点沿不同的弦下滑有时间跟弦与竖直方向夹角的关系.,专题讨论(3),用牛顿第二定律解决问题,1.分析题意 2.明确研究对象 3.对研究对象进行受力分析 4.适当建立坐标 5.正确标出每一个力与坐标的夹角 6.列出方程、解方程 7.思考与总结,解题步骤,如图所示，质量为m物体在光滑的斜面上，斜面的倾角为，欲使物体相对于斜面静止不动，斜面在水平面上的加速度为多大？斜面对物体的支持力为多少？,m,a,如图所示，质量为m物体在粗糙的斜面上，动摩擦因数为( tan )，斜面的倾角为，欲使物体相对于斜面静止不动，斜面在水平面上的加速度为多大
22、？斜面对物体的支持力为多少？,m,a,小球相对于小车静止，小球的质量为m，绳与竖直方向成角。 问题： 能否确定小车的运动方向 能否确定小车的加速度方向 能否确定小车的加速度大小,mg,T,mg,T,典型例题,如果图示,在光滑的斜面上用绳固定一物块,斜面向右做匀加速度直线运动,当加速度为多大时,物体对斜面的压力为零;如果加速度水平向左,加速度为多少时,绳的张力为零.,a,a,mg,T,斜面的支持力为零,a,mg,N,绳的张力为零,例：如图所示，动力小车上有一竖杆，杆端用细绳拴一质量为m的小球，当小车沿倾角为45的斜面匀加速向上运动时，绳与杆的夹角为60 ，求小车的加速度和绳中的拉力大小.,解题步
23、骤,45,60,解题步骤,45,60,研究对象:小球 受力分析:重力、绳的拉力,mg,T,建立坐标：平行于斜面向上为x轴，垂直斜面向上为y轴。（一般以加速度方向为x方向）,x,y,标出角度：T与x为30， mg与y成45.,30,45,45,60,mg,T,x,y,30,45,列出方程：,解方程：,用牛顿第二定律解决问题,如图所示，物体与水平传送带之间的动摩擦因数=0.20，皮带轮之间的距离为12.0m，当皮带静止不动，物体以V0=8.0m/s的初速度从A向B运动，求离开皮带的速度与在皮带上的滑行时间。（g=10m/s2),A,B,在水平面上运动的物体,如图所示，物体与水平传送带之间的动摩擦因
24、数=0.20，皮带轮之间的距离为12.0m，当皮带轮逆时针转动，皮带的线速度为2m/s，物体以V0=8.0m/s的初速度从A向B运动，求离开皮带的速度与在皮带上的滑行时间。（g=10m/s2),A,B,在水平面上运动的物体,如图所示，物体与水平传送带之间的动摩擦因数=0.20，皮带轮之间的距离为12.0m，当皮带轮顺时针转动，皮带的线速度为2m/s，物体以V0=8.0m/s的初速度从A向B运动，求离开皮带的速度与在皮带上的滑行时间。（g=10m/s2),A,B,在水平面上运动的物体,如图所示，物体与水平传送带之间的动摩擦因数=0.20，皮带轮之间的距离为12.0m，当皮带轮顺时针转动，皮带的线
25、速度为6m/s，物体以V0=8.0m/s的初速度从A向B运动，求离开皮带的速度与在皮带上的滑行时间。（g=10m/s2),A,B,在水平面上运动的物体,如图所示，物体与水平传送带之间的动摩擦因数=0.20，皮带轮之间的距离为12.0m，当皮带轮顺时针转动，皮带的线速度为9m/s，物体以V0=8.0m/s的初速度从A向B运动，求离开皮带的速度与在皮带上的滑行时间。（g=10m/s2),A,B,在水平面上运动的物体,如图所示，物体与水平传送带之间的动摩擦因数=0.20，皮带轮之间的距离为12.0m，当皮带轮顺时针转动，皮带的线速度为12m/s，物体以V0=8.0m/s的初速度从A向B运动，求离开皮
26、带的速度与在皮带上的滑行时间。（g=10m/s2),A,B,在水平面上运动的物体,如图所示，物体以一定的初速度滑入粗糙的传送带，若传送带静止不动，物体滑出传送带并下落在P点。试讨论： 传送带逆时针转动与顺时针转动物体的落地点与P点的关系。,A,B,在水平面上运动的物体,P,如图所示，传送带与水平面夹角=37,并以V=10m/s的速度运行，在传送带的A端轻轻地放一小物体，若已知传送带与物体之间的动摩擦因数=0.50，传送带A到B端的距离S=16m，则小物体从A端运动到B端所需的时间可能是： （g=10m/s2) A.1.8s B.2.0s C.2.1s D.4.0s,A,B,37,如图所示，质量
27、分别为mA=2.0Kg、mB=8.0Kg 的两个物体A和B，它们之间的动摩擦因数=0.10，B与地面之间完全光滑，要使A、B一起运动，水平作用在B物体的力就满足什么条件？（g=10m/s2),在水平面上运动的物体,F,A,B,如图所示，质量分别为mA=2.0Kg、mB=8.0Kg 的两个物体A和B，它们之间的动摩擦因数=0.10，B与地面之间完全光滑，要使A、B一起运动，水平作用在A物体的力就满足什么条件？（g=10m/s2),在水平面上运动的物体,F,A,B,如图所示，倾角为30质量为M的光滑斜面静止在粗糙水平面上， 在光滑斜面上有一质量为m物体沿斜面自由下滑，在自由下滑过程中，斜面仍保持静
28、止状态。则在下滑过程中，地面对斜面的支持力与摩擦力分别为多少？,30,m,a,超重与失重,知识回顾,重力：由于地球对物体的吸引，而使物体受到的力.,用测力计对重力的测定：系统处于静止.,物体对竖直悬挂物的拉力或者对水平支持物的压力等于物体所受的重力-视为物体的重力(视重),F,F,超重与失重,如果物体对竖直悬挂物体的拉力或对水平支持物体的压力大于物体的重力。,如果物体对竖直悬挂物体的拉力或对水平支持物体的压力小于物体的重力。,注意：不管是超重还是失重，物体的重力并没有变化。,超重,失重,实验探究,力的传感器,力传感器,200g,100g,200g,运动学特征分析,实验现象,加速度方向向上，物体
29、处于超重状态；加速度方向向下，物体处于失重状态。超失重与物体运动方向无关。,归纳总结,加速上升,减速上升,加速下降,减速下降,向上,向上,向下,向下,向上,向下,向下,向上,超重,失重,失重,超重,如右图所示，人的质量为m ,当电梯以加速度大小为a加速上升，人对地板的压力F多大？如果以同样的加速度减速上升，人对地板的压力F又多大？,理论探究,动力学特征分析,牛顿运动定律,问题1：假如你站在体重计上乘电梯，发现体重计的读数是60kg，请分析电梯的运动情况，并估算电梯的加速度大小。,讨论思考,问题2：假如你站在体重计上乘电梯，发现体重计的读数是零，请分析电梯可能出现了什么情况。,讨论思考,如果系统
30、的加速度方向竖直向下，大小为g，此时物体的视重为零，这种情况称之为完全失重。,归纳总结,生活中的失重现象,蹦 极,完全失重,科学技术,飞船中的完全失重现象,国际太空站俄罗斯温室，一滴内有空气的水静静地停留在一片植物的绿叶上，仍然是圆圆的，气泡处于正中心，只有在完全失重的情况下才有这种现象。,在微重力下的液滴,应 用,利用完全失重条件的科学技术,液体呈绝对球形,制造理想的滚珠,制造泡沫金属,在微重力下的火焰,在地面正常的火焰,在太空没有重力下的蜡烛火焰,太空植物,载人航天飞船发射、运行、返回过程中的超失重,自主性学习课题,空间科学研究,空间的高真空、低温、辐射、微重力、高洁净资源是人类开发的重点。,-空间材料科学研究 -空间生命科学和生物技术研究 -微重力流体物理研究 -空间天文及空间环境预报研究,
