第四章 牛顿运动定律
在本章中我们将：
1．认识和理解位移、速度、加速度等物理量。
2．经历质点模型的建构过程，初步学会测量物体的瞬时速度。
3．学习用文字、关系式、图像描述简单的实际运动。
第一节
牛顿第一定律
第一节
牛顿第一定律
如无外部推力，地球上所有的物体都会停下来静止不动。
运动的物体若要继续运动必须有力的作用。
论断
亚里士多德
力是维持物体运动的原因。
第一节
牛顿第一定律
论断：力是维持物体运动的原因。
论断：物体的运动不需要任何力来维持，力不是维持物体运动的原因
亚里士多德
伽利略
第一节
牛顿第一定律
将小球从斜面AB上的某处由静止释放，小球将滚上右侧斜面CD。
1
如果没有摩擦损耗，小球将上升到原来高度
2
如果减小斜面倾角，小球仍能到达原来的高度，但需要通过更长的路程
3
当斜面最终成为水平面时，尽管小球在水平方向上并没有受到力的作用，小球再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定的速度一直运动下去。
4
斜面理想实验——伽利略
第一节
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。
物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性。
切勿说成“在惯性的作用下”
质量是物体惯性大小的量度。
自然哲学的数学原理
第一节
牛顿第一定律
实例分析
用“物体具有惯性”说明以下现象
第一节
牛顿第一定律
实例分析
用“物体具有惯性”说明以下现象
第一节
牛顿第一定律
实例分析
在一列匀速行驶的列车上，一乘客竖直向上抛出一个橙子，橙子落回该乘客手中。
请你根据这一现象简述一下橙子的运动情况。
第二节
牛顿第二定律
第二节
牛顿第二定律
踢球的力使球由静止开始运动，\(v\) 增大
守门员对球力改变了球的 \(v\) 大小和 \(v\) 方向
力是改变物体运动状态（即 \(v\)）的原因，即产生加速度的原因
第二节
牛顿第二定律
万吨货轮起航时
\(a = 0.02 \rm{m/s^2}\)
蜻蜓起飞时
\(a = 10 \rm{m/s^2}\)
刘翔起跑时
\(a = 50 \rm{m/s^2}\)
加速度 \(a\) 与物体受力 \(F\) 和物体质量 \(m\) 都有关
受力 \(F\) 大，加速度 \(a\) 大
质量 \(m\) 大，加速度 \(a\) 小
第二节
牛顿第二定律
钩码
小车
位移传感器
(发射器)
位移传感器
(接收器)
轨道
一、探究加速度 \(a\) 与 物体受力 \(F\) 、物体质量 \(m\) 的关系
F
m = 0.16 \rm{kg}
a
G
配重片
50 克
塑料桶 6 克
砝码 5 克
第二节
牛顿第二定律
控制 \(m\) 不变，探究 \(a\) 与 \(F\) 的关系
m = 0.16 \rm{kg}
实验序号
拉力 \(F / \rm{N}\)
加速度 \(a / \rm{m·s^{-2}}\)
1
3
2
0.0588
4
5
6
0.1078
0.1568
0.2058
0.2548
0.3038
0.28
0.56
0.78
1.01
1.22
1.41
结论
当质量 \(m\) 一定时，加速度 \(a\) 与外力 \(F\) 成正比。即：\(\frac{a_1}{a_2} = \frac{F_1}{F_2}\) 或 \(a \propto F\)
第二节
牛顿第二定律
控制 \(F\) 不变，探究 \(a\) 与 \(m\) 的关系
F = 0.1078 \rm{N}
实验序号
质量 \(m / \rm{kg}\)
加速度 \(a / \rm{m·s^{-2}}\)
1
3
2
0.16
4
5
6
0.21
0.26
0.31
0.36
0.41
0.53
0.42
0.31
0.24
0.21
0.18
第二节
牛顿第二定律
控制 \(F\) 不变，探究 \(a\) 与 \(m\) 的关系
结论
当外力 \(F\) 一定时，加速度 \(a\) 与质量 \(m\) 成反比。即：\(\frac{a_1}{a_2} = \frac{m_2}{m_1}\) 或 \(a \propto \frac{1}{m}\)
化曲为直
第二节
牛顿第二定律
二、牛顿第二定律
将两个实验结论总括起来，即
a \propto F
a \propto \frac{1}{m}
a \propto \frac{F}{m}
或
F \propto ma
F =kma
如果规定质量为 \(1 \rm kg\) 的物体产生 \(1 \rm m/s^2\) 加速度时所需的力为 \(1 \rm N\)，则 \(k=1\)。
F = ma
第二节
牛顿第二定律
二、牛顿第二定律
物体的加速度 \(a\) 与受到的作用力 \(F\) 成正比，与物体的质量 \(m\) 成反比，加速度方向与作用力方向相同。
物体受几个力作用时，牛顿第二定律公式中的\(F\)即为合力。
F=ma
F_合=ma
\(F\)
\(N\)
\(G\)
F=ma
\(a\)
光滑水平面加速
\(v\)
我们已经在作业中解决了以下几种情境
F-f=ma
\(G\)
\(N\)
\(F\)
\(a\)
\(f\)
粗糙水平面加速
\(v\)
f=ma
\(G\)
\(N\)
\(a\)
\(f\)
粗糙水平面减速
\(v\)
\(a\)
G-f=ma
\(G\)
\(f\)
有阻力的加速下落
\(v\)
\(a\)
G+f=ma
\(G\)
\(f\)
有阻力的减速上升
\(v\)
\(G\)
\(a\)
\(N\)
\(F_合\)
mg {\rm{sin}} \theta = ma
\(v\)
光滑斜面
加速下滑
第三节
力学单位制
“天宫二号“上的空间冷原子钟
第三节
力学单位制
一、国际单位制
国际通用的、包含一切计量领域的单位制——国际单位制（international system of units），简称 SI 。
| 物理量名称 | 物理量符号 | 单位名称 | 单位符号 |
|---|---|---|---|
| 长度 | 米 |
||
| 质量 | 千克 | ||
| 时间 | 秒 | ||
| 电流 | 安[培] | ||
| 热力学温度 | 开[尔文] | ||
| 物质的量 | 摩[尔] | ||
| 发光强度 | 坎[德拉] |
l
t
m
I
T
n
I
\rm{m}
\rm{kg}
\rm{s}
\rm{A}
\rm{K}
\rm{mol}
\rm{cd}
力学
电磁学
光学
热学
\left\{ \begin{array}{l}\\\end{array} \right.
\left\{ \begin{array}{l}\\\end{array} \right.
国际单位制的基本单位
第三节
力学单位制
一、国际单位制
导出单位：用基本物理量的单位根据物理量之间的关系所推导出的其他物理量
基本单位
kg
质量
s
时间
m
长度
\rm{N}
力
\rm{Pa}
压强
\rm{J}
功
\rm{W}
功率
\rm{m/s}
速度
\rm{m/s^2}
加速度
\rm{m^2}
面积
\rm{m^3}
体积
导出单位
第三节
力学单位制
二、国际单位制的应用
有同学在研究变速直线运动时得到了这样的关系式：\( x = vt ＋ \frac{1}{2}at \)，请根据单位制的知识判断该关系式是否合理。？
第三节
力学单位制
二、国际单位制的应用
已知量的单位都用国际单位制表示时，计算的结果也是用国际单位制表示的。
既然如此，在统一已知量的单位后，计算过程中就不必写出各量后面的单位，只在数字计算式后面写出正确的单位就可以了。
v=at=2 \times 3
\textcolor{red}{\rm{m/s}} =6 \rm{m/s}
示例
不要写成
v=at=2 \textcolor{red}{\rm{m/s^2}} \times 3 \textcolor{red}{\rm{s}} =6 \rm{m/s}
第四节
牛顿第三定律
第四节
牛顿第三定律
两位同学通过弹簧测力计互拉
情景
测力计都有示数，且示数相同
现象
作用力总是成对出现的
结论
一、作用力与反作用力
第四节
牛顿第三定律
F
浆对水的力
作用在水上
F^\prime
水对浆的力
作用在浆上
F
空气对螺旋桨的力
作用在螺旋桨上
F^\prime
螺旋桨对空气的力
作用在空气上
第四节
牛顿第三定律
两个物体之间的作用总是相互的，两个力的方向总是相反的。物体间相互作用的一对力，我们称其中任意一个力为作用力，另一个力为反作用力。
力传感器
A
B
实验探究：作用力与反作用力之间的关系
第四节
牛顿第三定律
作用力与反作用力总是大小相等、方向相反
结论
第四节
牛顿第三定律
二、牛顿第三定律
两个物体之间的作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，即
F=-F'
而且：同时产生，同时消失
第四节
牛顿第三定律
二、牛顿第三定律
\(T\) 的反作用力是哪个力？
1
该力的性质是什么力？
2
与 \(T\) 平衡的力是哪个力？
4
重力 \(G\) 的反作用力是哪个力？
6
T
（绳对灯的拉力）
T
（绳对灯的拉力）
\(T\) 与 \(T^\prime\)能相互抵消吗？
3
\(T\) 与 \(G\) 能相互抵消吗？
5
T^\prime
（灯对绳的拉力）
G
第五节
牛顿运动定律的应用
第四章 牛顿运动定律
By fjphysics
