牛頓第一定律和牛頓第二定律

1、第10講 牛頓第一定律和牛頓第二定律內(nèi)容要求說明16.牛頓第一定律.慣性.17.牛頓第二定律.質(zhì)量.圓周運(yùn)動中的向心力.18.牛頓第三定律.19.牛頓力學(xué)的適用范圍20.牛頓定律的應(yīng)用21.萬有引力定律應(yīng)用. 人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動（限于圓軌道）22.宇宙速度.23.超重和失重.感悟情景 整合知識1牛頓第一定律 理想實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)重要的研究方法之一。如圖10-1所示，是伽俐略設(shè)計(jì)的理想斜面實(shí)驗(yàn)。圖10-1讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面； 減小第二個斜面的傾角，小球仍然達(dá)到原來的高度；繼續(xù)減小斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球?qū)⒀厮矫嬉院愣ǖ乃俣瘸掷m(xù)運(yùn)動下去。（1）是經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，其

2、他是推論，請按照邏輯推理的順序，在 填寫出合理的推論。（2）上述理想實(shí)驗(yàn)證明了 （3）牛頓在伽俐略等物理學(xué)家的研究基礎(chǔ)上總結(jié)出牛頓第一定律。具體內(nèi)容是： 。（4） 叫做慣性，慣性是 的物體具有的 。慣性的大小與哪些因素有關(guān)？（5）物體的速度的大小或方向發(fā)生變化，就說運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了改變。運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度與什么有關(guān)？力和運(yùn)動狀態(tài)的關(guān)系是什么？ 2牛頓第二定律 如圖10-2所示，輕質(zhì)彈簧固定在水平地面上，有一個小從彈簧的正上方自由下落后，與彈簧接觸。（1）小球在空中運(yùn)動時的加速度為 。（2）接觸彈簧之后，加速度表達(dá)式為 ，所依據(jù)的牛頓第二定律的表達(dá)式為 。這里的F合的含義是 。（3）物體運(yùn)動的

3、加速度的方向由哪個物理量來決定？小球在下降到最低點(diǎn)的過程中，加速度的方向和大小如何變化？圖10-2（4）力的獨(dú)立性原理就是：一個物體同時受幾個力的作用，每一個力都使物體產(chǎn)生一個效果，就如同其他力不存在一樣。請思考求解加速度的兩種方法各是什么？對于上述模型的具體應(yīng)用如何？（5）力的單位牛頓是如何定義的？提醒疑難 警示誤區(qū)（1）理解慣性定律時要注意適用條件一切宏觀低速的物體都具有慣性，但是微觀高速的粒子卻不具有慣性。如電子的衍射實(shí)驗(yàn)即說明了這一點(diǎn)。（2）慣性大小決定因素的理解。物體的質(zhì)量是慣性大小的量度?？梢詮囊韵聝煞矫胬斫猓阂环矫媸窃谙嗤饬ψ饔孟碌膬蓚€物體，加速度大的物體慣性??；加速度小的物體

4、慣性大。另一方面是物體運(yùn)動狀態(tài)容易改變則物體的慣性??；物體運(yùn)動狀態(tài)難改變則物體的慣性大。有的同學(xué)認(rèn)為：“速度大的物體慣性大，速度小的物體慣性小”，這是不對的。事實(shí)上，在受到了相同阻力的情況下，速度（大小）不同而質(zhì)量相同的物體，在相同的時間內(nèi)速度減小量是相同的。這就說明兩質(zhì)量相同的物體，改變運(yùn)動狀態(tài)的難易程度慣性是相同的，而與速度無關(guān)。（3）在理解第二定律時要注意“四同一相對”。F合=ma中的F合必須是物體所受的合外力，例如第3題。對于公式中的合外力F和加速度a的關(guān)系，要從以下幾個方面理解：同方向。方向始終是一致的?？梢愿鶕?jù)合外力的方向判定加速度的方向，也可以根據(jù)加速度的方向判定合外力的方向。特

5、別要注意在畫受力分析圖時，一定要畫出加速度的方向。例如第3題。同物體。公式中的F合、m、a必須是對應(yīng)同一物體的物理量，例如第2題。同單位。公式中的各物理量必須使用國際基本單位。否則F合=kma中的比例系數(shù)k1。同時刻。力作用在物體上的同時即產(chǎn)生了個與之相對的加速度，例如第1題。 一相對。合外力F和加速度a是相對于慣性參考系的，高中階段一般以地面為參考系。ABF圖10-3例如：在不光滑的水平面上，在水平外力F的作用下，A、B兩物體的質(zhì)量分別為mA、mB，一起共同加速運(yùn)動。A、B之間及B與地面之間的動摩擦因數(shù)都為，如圖10-3所示。如果以B參照物，A的加速度為0。如果以地面為參照物A與B都有加速度

6、a=+g。我們也可以討論F和a 的同物性。同學(xué)們可以試用隔離法寫出A、B兩物體各自的加速度。1（2005上海模擬）設(shè)想如能創(chuàng)造一理想的沒有摩擦的環(huán)境，用一個人的力量去拖一艘萬噸巨輪，則從理論上可以說A巨輪慣性太大，所以完全無法拖動。B一旦施力于巨輪，巨輪立即產(chǎn)生一個加速度。C由于巨輪慣性很大，施力于巨輪后，要經(jīng)過一段很長時間后才會產(chǎn)生一個明顯的加速度。D由于巨輪慣性很大，施力于巨輪后，要經(jīng)過足夠長的時間才會產(chǎn)生一個明顯的速度。2一個小孩從滑梯上滑下的運(yùn)動可看作勻加速直線運(yùn)動，第一次小孩單獨(dú)從滑梯上滑下，加速度為a1，第二次小孩抱上一只小狗后再從滑梯上滑下(小狗不與滑梯接觸)，加速度為a2，則

7、( ) Aa1=a2 Bal<a2 Cal>a2 D無法判斷al與a2的大小圖10-43（2001年全國物理）慣性制導(dǎo)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中。這個系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)。加速度計(jì)的構(gòu)造原理的示意圖如圖10-4所示：沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別于勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 A.方向向左，大小為kx/m B.方向向右，大小為kx/m

8、 C.方向向左，大小為2kx/m D.方向向右，大小為2kx/m點(diǎn)撥方法 啟迪思維（）應(yīng)用慣性知識解釋現(xiàn)象的思路。對慣性問題可采用三步法來解釋：所研究的物體原來是什么狀態(tài)；后來發(fā)生了哪些變化；由于慣性產(chǎn)生了什么結(jié)果?！九e例】從加速豎直上升的氣球上落下一個物體，在物體剛離開氣球的瞬間，下列說法正確的是： A體立即向下作自由落體運(yùn)動B物體具有豎直向上的加速度C物體的速度為零，但具有向下的加速度D物體具有向上的速度和向下的加速度【嘗試】在谷物的收割和脫粒過程中，小石子、草屑等雜物很容易和谷物混在一起，另外谷粒中也有癟粒，為了將它們分離，可用揚(yáng)場機(jī)分選，如圖10-5所示，它的分選原理是A 谷物和草屑質(zhì)

9、量最小，在空氣阻力作用下，反向加速度最大，飛得最遠(yuǎn)B 空氣阻力對質(zhì)量不同的物體影響不同圖10-5C 石子質(zhì)量最大，空氣阻力最小，飛得最遠(yuǎn)D 空氣阻力使它們的速度變化不同【自測】兩木塊A、B由同種材料制成，mA>mB，并隨木板一起以相同速度向右勻速運(yùn)動，如圖10-6所示，設(shè)木板足夠長，當(dāng)木板突然停止運(yùn)動后，則( )（A）若木板光滑，由于A的慣性大，故A、B間距離將增大（B）若木板粗糙，由于A受的阻力大，故B可能與A相碰圖10-6（C）無論木板是否光滑，A、B間距離將保持不變（D）無論木板是否光滑，A、B二物體一定能相碰（）討論動力學(xué)問題重要是弄清楚是分解力還是分解加速度討論動力學(xué)問題時一般

10、采用正交分解法，依具體情況建立直角坐標(biāo)系，將各力或加速度往兩坐標(biāo)軸上分解，建立牛頓第二定律的分量式，即Fx =max和Fy =may，然后求解。分解力的方法：以加速度方向?yàn)閤軸的正方向，y軸與加速度方向垂直，沿坐標(biāo)軸方向分解力。牛頓第二定律的表達(dá)式為Fx =ma，F(xiàn)y =0。這種方法我們經(jīng)常使用。分解加速度的方法：物體所受的幾個力分別在互相垂直的兩個方向上，且與加速度方向不同，此時以力所在的兩個方向建立直角坐標(biāo)系。分解加速度，建立牛頓第二定律表達(dá)式Fx =max和Fy =may?！九e例】（2002全國春）如圖10-7質(zhì)量為m的三角形木楔A置于傾角為的固定斜面上，它與斜面間的動摩擦因數(shù)為，一水平

11、力F作用在木楔A的豎直平面上，在力F的推動下，木楔A沿斜面以恒定的加速度a向上滑動，則F的大小為：A B 圖10-7C D 圖10-8【嘗試】如圖10-8所示，傾斜索道與水平方向夾角為=370，當(dāng)載人車廂勻加速向上運(yùn)動時，人對廂底的壓力為體重的1.25倍，這時人與車廂相對靜止，那么車廂對人的摩擦力是體重的 AV圖10-9【自測】（2005北京模擬）物塊A放在斜面體的斜面上，和斜面體一起向右做加速運(yùn)動，如圖10-9所示。若物塊與斜面體保持相對靜止，物塊A受到斜面對它的支持力和摩擦力的合力的方向可能是（ ）A. 向右斜上方 B. 水平向右 C. 向右斜下方 D. 上述三種方向都不可能 （3）物體在

12、某一時刻的瞬時加速度的計(jì)算思路計(jì)算物體的瞬時加速度必須根據(jù)牛頓第二定律求出合外力，而合外力的確定方法是：變化之前的受力情況和運(yùn)動狀態(tài)；發(fā)生了什么樣的變化；分析變化之后的受力情況及運(yùn)動狀態(tài)，物體在某一時刻的合外力，再由牛頓第二定律求出瞬時加速度。此類問題還應(yīng)注意三種基本模型。A鋼性繩（或接觸面）：認(rèn)為是一種不發(fā)生明顯形變就可產(chǎn)生彈力的物體，若剪斷（或脫離）后，其彈力立即消失，不需要形變恢復(fù)時間，一般題目中所給的細(xì)線和接觸面在不加特殊說明時，均可按此模型處理。B彈簧（或橡皮繩）：此種物體的特點(diǎn)是形變量大，形變恢復(fù)需要較長時間，在瞬時問題中，其彈力的大小往往可以看成不變。C運(yùn)動過程中的物體：此物體的

13、加速度和速度都發(fā)生變化，速度是不能發(fā)生突變的，而加速度要隨合外力的變化而瞬時發(fā)生變化?！九e例】（2003全國春）勻速上升的升降機(jī)頂部懸有一輕質(zhì)彈簧，彈簧下端掛有一小球，若升降機(jī)突然停止，在地面上觀察者看來，小球在繼續(xù)上升的過程中A. 速度逐漸減小B. 速度先增大后減小C. 加速度逐漸增大D. 加速度逐漸減小圖10-10【嘗試】（2001年上海）如圖10-10中A、B所示，一質(zhì)量為m的物體系于長度分別為l1、l2的兩根細(xì)線上，l1的一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為，l2水平拉直，物體處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)將l2線剪斷，求剪斷瞬時物體的加速度。【自測】如圖所示，木塊A和B用一輕彈簧相連，豎直放在木塊

14、C上，三者靜止于地面，它們的質(zhì)量之比為1:2:3設(shè)所有接觸都光滑，當(dāng)沿水平方向迅速抽出木塊C的瞬間，A和B的加速度分別為aA ，aB= 。圖10-11體驗(yàn)高考 檢驗(yàn)規(guī)范1一個小球正在作曲線運(yùn)動，某時刻突然撤去所有外力，則小球?qū)ⅲ篈 立即停止下來圖10-12B 仍作曲線運(yùn)動C 做減速運(yùn)動D 作勻速直線運(yùn)動2在平直軌道上，勻加速向右行駛的封閉車廂中，懸掛著一個帶有滴管的盛油容器，如圖10-12所示。當(dāng)?shù)喂芤来蔚蜗氯斡蜁r，（設(shè)這三滴油都落在車廂底板上），下列說法中正確的是 A、 這三滴油依次落在OA之間，且后一滴比前一滴離O點(diǎn)遠(yuǎn)B、這三滴油依次落在OA之間，且后一滴比前一滴離O點(diǎn)近FPC、這三滴油

15、依次落在OA間同一位置上D、這三滴油依次落在O點(diǎn)上圖10-133（2005全國理綜）如圖10-13所示，位于光滑固定斜面上的小物塊P受到一水平向右的推力F的。已知物塊P沿斜面加速下滑?，F(xiàn)保持F的方向不變，使其減小，由加速度：A一定變小 B一定變大 C一定不變 D可能變小、可能變大、也可能不變4（2005湖南模擬）如圖10-14所示，物塊P靜止在水平放置的固定木板上。若分別對P施加相互垂直的兩個水平拉力F1和F2時(F1>F2)，P將分別沿F1和F2的方向勻加速滑動，其受到的滑動摩擦力大小分別為f1和f2，其加速度大小分別為a1和a2；若從靜止開始同時對P施加上述二力，其受到的滑動摩擦力大

16、小為f3，其加速度大小為a3。關(guān)于以上各物理量之間的關(guān)系，判斷正確的是A. f3f1f2，a3a1a2 B.f3f1f2，a3a1a2C. f3f1f2，a3a1a2 D.f3f1f2，a3a1a2圖10-145（2004全國春）如圖10-15所示，a、b是兩個位于固定斜面上的正方形物塊，它們的質(zhì)量相等。F是沿水平方向作用于a上的外力，已知a、b的接觸面，a、b與斜面的接觸面都是光滑的。正確的說法是Aa、b一定沿斜面向上運(yùn)動圖10-15Ba對b的作用力沿水平方向Ca、b對斜面的正壓力相等Da受到的合力沿水平方向的分力等于b受到的合力沿水平方向的分力6（2001年上海物理）如圖10-16所示，一

17、升降機(jī)在箱底裝有若干個彈簧，設(shè)在某次事故中，升降機(jī)吊索在空中斷裂，忽略摩擦力，則升降機(jī)在從彈簧下端觸地后直到最低點(diǎn)的一段運(yùn)動過程中，A升降機(jī)的速度不斷減小B升降機(jī)的加速度不斷變大C先是彈力做的負(fù)功小于重力做的正功，然后是彈力做的負(fù)功大于重力做的正功D到最低點(diǎn)時，升降機(jī)加速度的值一定大于重力加速度的值。圖10-16規(guī)范7（2000年上海物理）（12分）如圖10-17所示，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中可以產(chǎn)生水平方向的、大小可調(diào)節(jié)的風(fēng)力，現(xiàn)將一套有小球的細(xì)直桿放入風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，小球孔徑略大于細(xì)桿直徑。（1）當(dāng)桿在水平方向上固定時，調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小，使小球在桿上作勻速運(yùn)動，這時小班干部所受的風(fēng)力為小球所受重力的0.5倍

18、，求小球與桿間的滑動摩擦因數(shù)。圖10-17（2）保持小球所受風(fēng)力不變，使桿與水平方向間夾角為37°并固定，則小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離S所需時間為多少？（sin37°=0.6，cos37°=0.8）第10講 牛頓第一定律和牛頓第二定律感悟情景 整合知識1 （1）如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨?；?）物體運(yùn)動不需要力來維持；（3）一切物體總保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止；（4）物體保持原來的勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)；一切宏觀低速物體；固有性質(zhì)；質(zhì)量，質(zhì)量越大，慣性越大；（5）物體質(zhì)量，質(zhì)量越大，運(yùn)動狀態(tài)越難改變；力是物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變的原因。2 （1）g；(2)g-F彈/m，F(xiàn)合=ma，物體所受合力。（3）F合的方向來決定，a的方向先向下且減小，當(dāng)重力等彈力之后，a的方向向上且增大。（4）一種是先求合力，利用F合=ma求加速度a；另一種是先求各個力產(chǎn)生的加速度，再求各個加速度的矢量和。（5）使1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的外力大小就是1N提醒疑難 警示誤區(qū) 1BD 2A 3D點(diǎn)撥方法 啟迪思維（1）【舉例】D 【嘗試】D 【自測】C