第四章运动和力.pptx

第四章第四章 认识力和运动之间的关系认识力和运动之间的关系4.1牛顿第一定律4.2牛顿第二定律4.3超重和失重4.1 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2.没有力，物体能一直运动下去。伽利略理想斜面实验：伽伽 利利 略略 理理 想想 实实 验验二、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。2.惯性和质量 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。惯性只跟物体的质量有关，与物体的运动状态无关。惯性只跟物体的质量有关，与物体的运动状态无关。开开始始开开始始惯性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。v匀速直线，静止匀速直线，静止v质量，惯性，力质量，惯性，力v惯性惯性v因为惯性，身体继续向前运动，而脚因为碰因为惯性，身体继续向前运动，而脚因为碰到障碍物停下来，所以会摔倒。到障碍物停下来，所以会摔倒。4.2 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 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。v物体的物体的运动状态运动状态发生变化，即产生加速度发生变化，即产生加速度。v加速度的大小可能与哪些因素有关呢？加速度的大小可能与哪些因素有关呢？v“力力”是促使物体运动状态改变的原因，力是促使物体运动状态改变的原因，力似乎似乎“促使促使”加速度的产生；加速度的产生；v质量是物体惯性的量度，而惯性是保持运动质量是物体惯性的量度，而惯性是保持运动状态不变的性质，所以质量似乎状态不变的性质，所以质量似乎“阻碍阻碍”加加速度的产生。速度的产生。知识回顾知识回顾a a可能与可能与F F、m m有关系。有关系。猜想：猜想：比较小汽车和火车比较小汽车和火车:小汽车：小汽车：质量小、惯性小质量小、惯性小起动时运动状态相对易改起动时运动状态相对易改变变火车：火车：质量大，惯性大，动力大、质量大，惯性大，动力大、起动时运动状态相对难改起动时运动状态相对难改变变a a、F F、m m三者的关系！？三者的关系！？（1）研究方法：）研究方法：控制变量法控制变量法“a”与与“F”、“m”二个物理量均有关系，应该从何处入手呢二个物理量均有关系，应该从何处入手呢？所以本次的探究思路自然而然地确定为两个方面：所以本次的探究思路自然而然地确定为两个方面：一是探究质量一定时，加速度与受力的关系；一是探究质量一定时，加速度与受力的关系；二是探究受力一定时，加速度与质量的关系。二是探究受力一定时，加速度与质量的关系。最后综合得出三者的关系。最后综合得出三者的关系。控制变量法控制变量法在初中阶段我们研究在初中阶段我们研究“欧姆定律欧姆定律”、“导体电阻的影响因素导体电阻的影响因素”时都接触到一种方法时都接触到一种方法a a、F F、m m三者的关系！？三者的关系！？一、加速度与力的关系二、加速度与质量的关系例如，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。1.牛顿第二定律 物体的加速度跟物体所受的力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与力的方向相同。数学表达式为 F=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、牛顿第二定律说明说明（1）加速度的方向与力的方向恒相同。加速度的方向与力的方向恒相同。例例如如，物物体体斜斜向向抛抛出出后后，重重力力加加速速度度方方向向还还总总是是竖竖直向下的。直向下的。（2）加速度和力瞬时对应。）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，加速度仍为为零，但重力依然存在，加速度仍为g。其实物体往往不止受到一个力的作用，物其实物体往往不止受到一个力的作用，物体受几个力作用时，牛顿第二定律公式体受几个力作用时，牛顿第二定律公式 F=ma 中的中的 F 表示合力，这样我们可以把牛顿表示合力，这样我们可以把牛顿第二定律内容表述为：第二定律内容表述为：物体的加速度跟物体所受的合力成正比，跟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，加速度的方向跟合力的方向物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。即相同。即 F合合=ma关于牛顿第二定律的说明关于牛顿第二定律的说明:1.同体性同体性:(a与与F合合,m都属于同一物体，即研究对象都属于同一物体，即研究对象统一性）统一性）矢量性：矢量性：a、F合合都是矢量都是矢量注意：注意：a的方向与的方向与F F合合方向方向一定一定相同相同v的方向与的方向与F F合合方向方向不一定不一定相同相同若若v v、F F合合的方向相同，物体做加速运动的方向相同，物体做加速运动若若v v、F F合合的方向相反，物体做减速运动的方向相反，物体做减速运动前面第一章我们已学过：前面第一章我们已学过：a a、v v同向，加速；同向，加速；a a、v v反向，减速反向，减速a a的方向与的方向与F F合合方向方向一定一定相同相同所以，我们可得出这样的结论：所以，我们可得出这样的结论：2.矢量性矢量性:(a与与F合合方向恒方向恒相同相同)3.3.瞬时性：瞬时性：a a与与F合合是瞬时对应关系是瞬时对应关系同时产生同时产生同时消失同时消失同时变化同时变化a、F合合四四.力和运动的关系力和运动的关系 由由牛牛顿顿第第二二定定律律可可知知，物物体体的的受受力力决决定定加加速速度度。只只要要已已知知物物体体的的受受力力，就就可可以以知知道道物物体体将将要要发生的运动。发生的运动。当当合合力力为为零零时时，物物体体加加速速度度就就为为零零，物物体体将将静静止止或或做做匀匀速速直直线线运运动动。例例如如，小小冰冰块块在在很很光光滑滑的的冰冰面面上上运运动动时时，可可认认为为所所受受合合力力为为零零，做做匀匀速速直线滑行。（直线滑行。（）当当合合力力不不为为零零时时，物物体体存存在在加加速速度度，物物体体做做变变速速运运动动。例例如如，汽汽车车起起动动或或刹刹车车时时，合合力力不不为为零，做变速运动。零，做变速运动。牛顿第一定律牛顿第一定律练习：练习：1.下列说法中正确的是：下列说法中正确的是：.物体所受合外力为零，物体的速度必为零物体所受合外力为零，物体的速度必为零.物体所受合外力越大，物体的加速度越大，速度也越大物体所受合外力越大，物体的加速度越大，速度也越大.物体的速度方向一定与物体受到的合外力的方向一致物体的速度方向一定与物体受到的合外力的方向一致.物体的加速度方向一定与物体所受到的合外力方向相同物体的加速度方向一定与物体所受到的合外力方向相同牛顿第二定律牛顿第二定律牛顿第二定律牛顿第二定律2.2.下面说法正确的是（下面说法正确的是（）A A、同一物体所受合外力越大，加速度越大。、同一物体所受合外力越大，加速度越大。B B、同一物体所受合外力越大，速度也越大。、同一物体所受合外力越大，速度也越大。C C、物体在外力作用下做加速直线、物体在外力作用下做加速直线 运动，当合外力逐渐减小时，物体的加速度逐渐运动，当合外力逐渐减小时，物体的加速度逐渐减小，物体的速度也逐渐减小。减小，物体的速度也逐渐减小。D D、物体的加速度大小不变一定受恒力作用。、物体的加速度大小不变一定受恒力作用。五、小结牛顿第二定律实验验证方法：控制变量法m一定时，a正比于FF一定时，a反比于m公式和内容矢量性同一性公式：F=ma内容：物体的加速度跟所受合力成正比，跟物体的质量成反比，方向与合力方向相同瞬时性特性合力，合力，1.2.3.4.质量，质量，牛顿第二定律，牛顿第二定律，相同，相同，零，零，匀速直线运动或静止，匀速直线运动或静止，不为零，不为零，变速运动变速运动1.已知：已知：求：求：解：解：2.已知：已知：求：求：解：解：4.3 超重和失重超重和失重 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。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。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。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=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？解解 由题给条件，v0=30m/s，vt=0，t=20s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。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。（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）。（1）超重，）超重，加速度方向向下处于失重状态。加速度方向向下处于失重状态。加速度方向向上处于超重状态。加速度方向向上处于超重状态。（2）失重，）失重，（3）失重，）失重，（4）超重）超重（1）加速上升，（）加速上升，（2）减速上升，（）减速上升，（3）加速下降，）加速下降，（4）减速下降）减速下降v用测力计测量物体的重力，其读数（称为视视重重）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）。v不会不会1.已知：已知：求：求：解：解：2.已知：已知：求：求：解：解：