第四章 - 牛顿运动定律 - 下载本文

长度的单位:m(米), 质量的单位:kg(千克), 时间的单位:s(秒). ②导出单位

速度的单位:m/s(米/秒),

加速度的单位:m/s2(米/秒2,读作“米每二次方秒”), 力的单位:N(kg·m/s2,牛顿)等等。 五、牛顿第三定律 ●作用力与反作用力

1、力的作用是相互的、同时发生的

两个物体间力的作用是相互的。一个物体对另一个物体施加了力的作用,这个物体必定同时也受到另一个物体的力的作用。力总是成对产生的,不存在只对其他物体施加力而不受其他物体作用的施力物体,也不存在只受其他物体的作用而不对其他物体施加作用的受力物体。

2、作用力和反作用力

大量的实验表明,力的作用都是相互的。也就是说,任何物体是施力物体的同时,也是受力物体。两个物体间相互作用的这一对力,叫做作用力与反作用力。

3、平衡力与作用力和反作用力的关系

●牛顿第三定律

1、内容:两个物体间的作用力与反作用力总是大小相等方向相反,作用在一条直线上。 2、表达式:

3、对定律的理解

(1)力的物质性方面:力是物体间的相互作用力,一个力对应两个物体且成对出现 单个物体不能有力产生。相互作用的一对力互为作用力和反作用力,故有甲物体对作用力来说是施力物体,对反作用力来说便是受力物体。

小贴士:牛顿第一定律和牛顿第二定律反映的是一个物体的运动规律,而牛顿第三定律反映的是两个相互作用的物体之间的规律。

(2)力的三要素方面:作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、并作用在一条直线上,作用在两个物体上。

(3)力的性质方面:作用力与反作用力一定是同性质的力,一个弹力和一个摩擦力不可能是作用力和反作用力。

(4)力的作用效果方面:作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上,各自分别产生作用效果,不能相互抵消。因此不能认为作用力和反作用力的合力为零。

(5)时间性方面:作用力和反作用力总是同时产生,同时消失,无先后之分,不能认为先有作用力后有反作用力,即具有瞬时对应关系。

●牛顿第三定律的重要意义 1、意义

①牛顿第三定律独立地反映了力学规律的一个重要侧面,是牛顿第一、第二定律的重要补充,定量地反映出物体间相互作用时彼此施力所遵循的规律,即作用力和反作用力定律。

②全面揭示了作用力和反作用力的关系,可归纳为三个性质和四个特征。 2、三个性质

异体性:作用力和反作用力分别作用在彼此相互作用的两个不同的物体上,各自产生各自的作用效果;

同时性:作用力和反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失,不分先后; 相互性:作用力和反作用力总是相互的,成对出现的。 3、四个特征

等值:大小总是相等的; 反向:方向总是相反的; 共线:总是在同一直线上; 同性:力的性质总是相同的 归纳整理:

本节从生活中常见的物体相互作用的实例入手得出牛顿第三定律。牛顿第三定律反映了两个物体之间相互作用的力的关系,注意区分作用力与反作用力以及相互平衡的两个力的关 系,能够应用牛顿第三定律解释日常生活中的常见现象。

六、用牛顿运动定律解决问题(一) ●动力学的两类基本问题

1、根据物体的受力情况确定物体的运动情况。其解题基本思路是:利用牛顿第二定律F合=ma求出物体的加速度a;再利用运动学的有关公式(vt?v0?at,s?v0t?vt?v0?2as等)求出速度vt和位移s等。

2212at,

22、根据物体的运动情况确定物体的受力情况。其解题基本思路是:分析清楚物体的运动情况,选用运动学公式求出物体的加速度,再利用牛顿第二定律求力。

●应用牛顿运动定律解题的一般步骤:

小贴士:牛顿定律的使用步骤:画简图、定对象、明过程、分析力、选坐标、作投影、取分量、列方程、求结果、验单位、代数据、作答案。

牛顿第二定律F=ma,实际上是揭示了力、加速度和质量三个不同物理量之间的关系,方程左边是物体受到的合力,首先要确定研究对象,对物体进行受力分析,求合力的方法可以利用平行四边形定则或正交分解法。方程的右边是物体的质量与加速度的乘积,要确定物体的加速度就必须对物体的运动状态进行分析。由此可见,应用牛顿运动定律结合运动学公式解决力和运动关系的一般步骤是:

(1)确定研究对象;

(2)分析研究对象的受力情况:必要时画受力示意图; (3)分析研究对象的运动情况,必要时画运动过程简图;

(4)利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度;

(5)利用运动学公式或牛顿第二定律进一步求解要求的物理量; (6)运用牛顿第三定律进一步说明所求的物理量与其他量的关系。 整理归纳:

加速度a是运动学和动力学之间的桥梁 我们通常可以解决两类问题,一是根据物体的受力情况,运用牛顿运动定律求a,从而得出物体的运动情况;二是根据物体的运动情况,进而分析物体的受力情况。受力分析和运动过程分析始终是贯穿于力学问题中的主线。

七、用牛顿运动定律解决问题(二) ●共点力的平衡条件 1、平衡状态

一个物体在共点力作用下保持静止状态或匀速直线运动状态,则这个物体处于平衡状态。例如,沿水平路面匀速行驶的汽车、悬挂在房顶的吊灯、工厂里耸立的大烟囱、宏伟的跨海大桥等等都处于平衡状态。

2、共点力的平衡条件

从牛顿第二定律知道:当物体所受合力为零时,加速度为零,物体将保持静止或者做匀速直线运动状态,即物体处于平衡状态。所以,在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即F合=ma.

3、共点力作用下物体平衡条件的具体表达和推论

(1)若物体在两个力同时作用下处于平衡状态,则这两个力大小相等、方向相反、且作用在同一直线上,其合力为零。这就是初中学过的二力平衡。

(2)若物体在三个非平行力同时作用下处于平衡状态,则这三个力必定共面共点(三力汇交原理),合力为零,称为三个共点力的平衡。其中任意两个力的合力必定与第三个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。

(3)物体在n个非平行力同时作用下处于平衡状态时,n个力必定共面共点,合力为零 称为n个共点力的平衡。其中任意(n-1)个力的合力必定与第n个力等值反向,作用在同一直

线上。

4、运用共点力平衡条件的解题步骤 ①⑤选取研究对象;

②对所选取的研究对象进行受力分析,并画出受力图;

③对研究对象所受的力进行处理,一般情况下需要建立合适的直角坐标系,对各力按坐标轴进行正交分解;

④建立平衡方程.若各力作用在同一直线上,可直接用F合=0的代数式列方程;若几个力不在同一直线上,可用Fx合=0 与Fy合=0联立列出方程组,对方程求解,必要时需对解进行讨论。

注意:建立直角坐标系时 一般尽量使更多的力落在坐标轴上,以减少分解力的个数,从而达到简化计算的目的。

●超重和失重现象

1、超重现象

定义:物体对支持物的压力大于物体所受重力的情况叫超重现象。 产生原因:物体具有竖直向上的加速度。 2、失重现象

定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的情况叫失重现象。 产生原因:物体具有竖直向下的加速度。 3、完全失重现象

定义:物体对支持物的压力等于零的情况即与支持物或悬挂物虽然接触但无相互作用。 产生原因:物体竖直向下的加速度就是重力加速度,即只受重力作用,不会再与支持物或悬挂物发生作用。是否发生完全失重现象与运动方向无关,只要物体竖直向下的加速度等于重力加速度即可。

归纳整理:

共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即物体的加速度为零。注意三力合成与多力合成的方法,产生超重与失重现象并不是物体的重力发生了变化,而是物体具有竖直方向的加速度。这些现象都可以应用牛顿运动定律加以解释。