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第三章力和运动第一模块牛顿三大运动定律『夯实根底学问」、历史上对力和运动关系的生疏过程1
①亚里士多德的观点两千多年前,古希腊哲学家亚里士多德凭直觉观看的阅历事实得出结论,力是维持物体运动的缘由,直到伽利略才用抱负试验否认了这一观点
②伽利略的想试验否认了亚里士多德的观点,他指出假设没有摩擦,一旦物体具有某一速度,物体将保持这个速度连续运动下去
③笛卡儿的结论假设没有加速或减速的缘由,运动物体将保持原来的速度始终运动下去
④牛顿的总结牛顿第肯定律、伽利略的抱负试验2()程序内容1
①(事实)两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面
②(推论)假设没有摩擦,小球将上升到释放的高度
③(推论)减小其次个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍旧要到达原来的高度
④(推论)连续减小其次个斜面的倾角,最终使它成水平,小球沿水平面做持续的匀速直线运动
⑤(推断)物体在水平面上做匀速运动时并不需要外力来维持()此试验提醒了力与运动的关系:2米是维持物体运动的缘由,而是转变物体运动状态的缘由,物体的运动并不需要力来维持()抱负试验以牢靠的事实为根底,经过抽象思维,抓住主要因素,略去次要因素,从而更3深刻地提醒了自然规律,它是科学争辩中的一种重要方法,期望同学们认真理解、牛顿第肯定律3()内容一切物体都将保持静止状态或匀速直线运动状态,直到有外力迫使其转变运动状1态为止()意义牛顿第肯定律是建立在伽利略抱负斜面试验的根底上,经过科学推理而抽象出来2的规律,其意义在于
①提醒了一切物体都具有的一个重要属性一一惯性;
②指出了物体在不受力或合外力为零时的运动状态一一静止或匀速直线运动状态;
③澄清了力的含义一一是转变物体运动状态的缘由,而不是维持物体运动的缘由,换言之,力是产生加速度的缘由()理解3
①牛顿第肯定律分别从物体的本质特征和相应的外部作用两个侧面对运动作出了深刻的剖析就物体的本质特征而言,一切物体都具有〃不愿转变其运动状态〃的特性;就物体所受到的外力与其运动的关系而言,外力是迫使物体转变运动状态的缘由也就是说,牛顿第肯定律一方面提醒出一切物体共同具备的本质特性一一惯性,另一方面又指出了外力的作用效果之一一一转变物体的运动状态
②牛顿第肯定律描述的是一种抱负化的状态,由于不受力的物体是不存在的,牛顿第肯定律不能用试验直接验证,但是建立在大量试验现象的根底之上,通过思维的规律推理而觉察的它告知了人们争辩物理问题的另一种方法,即通过大量的试验现象,利用人的规律思维,从大量现象中查找事物的规律;
②物体运动状态指的是速度,速度肯定,我们就说物体处于肯定的运动状态,物体的速度发生变化,我们就说物体的状态发生了变化、惯性及其理解4()定义一切物体具都有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质,叫惯性1()理解2
①惯性是物体的固有属性,与物体受力、运动状态、地理位置、温度等因素均无关,即任何物体,无论处于什么状态,不管任何时候,任何状况下都具有惯性当物体不受外力时,惯性表现在保持原有的运动状态上;当物体受外力时,惯性表现在运动状态的转变的难易程度上
②惯性不是力,惯性是物体的一属性(即保持原来运动不变的属性)不能说〃受到惯性〃和〃惯性作用〃力是物体对物体的作用,惯性和力是两个绝然不同的概念
③物体惯性的大小仅由质量打算,质量大的物体,运动状态难转变,其惯性大;质量小的物体,运动状态简洁转变,其惯性小
④惯性与惯性定律的区分惯性是保持原来运动状态不变的属性惯性定律(牛顿第肯定律)反映物体在肯定条件下(即不受外力或合外力为零)的运动规律,牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出了三条运动定律(称为牛顿三大定律)奠定了力学根底、运动状态的转变及其缘由5()运动状态的转变物体的速度发生了转变,我们就说物体的运动状态发生了转变,由于速1度是矢量,即有大小又有方向,所以运动状态的转变有三种可能的状况速度大小的变化;速度方向的变化;速度的大小和方向同时转变运动状态不变的运动形式只有两种,即物体保持静止或匀速直线运动()运动状态转变的缘由力可以转变物体的运动状态,物体运动状态的变化意味着物体速2度的变化,速度变化说明物体具有加速度,可见,力是物体产生加速度的缘由,力不是产生速度的缘由对牛顿其次定律、对牛顿其次定律内容牛顿通过大量定量试验争辩总结出物体的加速度跟物体所受的合外1力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向和合外力的方向一样这就是牛顿其次定律、其数学表达式为:2FCL—__m F=ma牛顿其次定律重量式/工F=ma【yI y用动量表述=竺合F t、提醒了3
①力与白叫果夫系,力是产生的缘由和转变物体运动状态的缘由;a a
②力与白淀量关系••••a、牛顿其次定律是描述力的作用效果的,在使用过程中,建议关注如下“七性”4
①瞬时性对于一个质量肯定的物体来说,它在某一时刻加速度的大小和方向,只由它在这一时刻所受到的合外力的大小和方始终打算.当它受到的合外力发生变化时,它的加速度随即也要发生变化,这便是牛顿其次定律的瞬时性的含义,例如,物体在力和力的F F12共同作用下保持静止,这说明物体受到的合外力为零.假设突然撤去力下而力保持不变,则物体2,F]将沿力的方向加速运动.这说明,在撤去力下后的瞬时,物体获得了沿力方向的加速度撤F12F]0].去力尸的作用是使物体所受的合外力由零变为而同时发生的是物体的加速度由零变为所以,物2Fj体运动的加速度和合外力是瞬时对应的.
②矢量性(加速度的方向与合外力方向一样);合外力是使物体产生加速度的缘由,反之,F a是产生的结果,故物体加速度方向总是与其受到的合外力方向全都,反之亦然应用牛顿其次a F定律列方程前务必选取正方向
③独立性(物体受到的每个力都要各自产生一个加速度,物体的实际加速度是每个力产生的加速度的矢量和);假设为物体受的合外力,那么表示物体的实际加速度;F假设F为物体受的某一个方向上的全部力的合力,那么表示物体在该方向上的分加速度;假设为物体受的假设干力中的某一个力,那么仅表示该力产生的加速度,不是F物体的实际加速度
④因果性(合外力为〃因〃,加速度为〃果〃);
⑤同一性(、和属同一争辩对象的三个不同的物理量)F m0
⑥单位统一性只有选用质量的单位为千克、加速度的单位为米/秒、力的单位为牛顿(使21千克的物体产生米/秒的加速度的力规定为牛顿)时,上式中的比例系数才是故使用二121k1,F时,单位肯定要统一在制中ma SI
⑦局限性适用于惯性参考系(即所选参照物必需是静止或匀速直线运动的,一般取地面为参考系);只适用于宏观、低速运动状况,不适用于微观、高速状况对系统应用牛顿其次定律牛顿其次定律不仅对单个质点适用,对质点组或几个质点的组合体也适用,并且有时对质点组运用牛顿其次定律要比逐个对单个质点运用牛顿其次定律解题要简便很多,可以省去一些中间环节,大大提高解题速度和削减错误的发生对质点组运用牛顿其次定律的表达式为F-ma+m a+m a+KK+m a合112233n n即质点组受到的合外力(质点组以外的物体对质点组内的物体的作用力的合力)等于质点组内各物体的质量与其加速度乘积的矢量和证明设系统内有两个物体,质量分别加为和机,受到系统以外的作用力分别尸为尸,1212m对加与m对加的作用力分别为方和尸,两物体的加速度分别为,由牛顿其次1221122112定律得两物体受到的合外力为F+F-ma112111F+F-ma221222由牛顿第三定律得F=—F32112由以上三式得F+F-ma+m a121122其中式中厂+尸为系统所受的合外力,同理可证,上述结论对多个物体组成的系统也是12成立的,即为F—ma+m aa+•••+m合1122n n如按正交分解则得F=m a+m a+.....+m ax合1lx22x nnxF-ma+m a+.....+m ay合1ly22y nny牛顿其次定律的应用我们知道物体的运动本不需要力来维持,但物体做什么样的运动却与力亲热相关,牛顿其次定律就是联系力与运动的桥深刻理解这一点就明确了牛顿其次定律所能解决的两大问题(运动求力和力求运动)的解题思路、运动求力1分析物体的受力状况,通常承受隔离法,依据重力、弹力、摩擦力产生的缘由,先分析重力,再逐个分析每一个与它接触的物体是否对它施加了弹力、摩擦力;并将全部对它施加••♦•♦•♦的力一一画在受力图上但由于通常状况下物体的弹性形变和物体间的相对滑动趋势是看不见的,这些力就需要“待定”应用牛顿其次定律,从运动与力的关系去分析可简便地确定这些“待定”力牛顿其次定律的根本应用步骤()明确争辩对象可以以某一个物体为对象,也可以以几个物体组成的质点组为对象1分析受力状况与运动状况;(同时还应当分析争辩对象的运动状况〔包括速度、加速度),0并把速度、加速度的方向在受力图旁边画出来假设争辩对象在不共线的两个力作用下做加速运动,一般用平行四边形定则(或三角形定则)0解题;假设争辩对象在不共线的三个以上的力作用下做加速运动,一般用正交分解法解题(留意机敏选取坐标轴的方向,既可以分解力,也可以分解加速度);
④沿各坐标轴方向列出动力学方程,进而求解牛顿第三定律、内容两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同始终线1±o、对牛顿第三定律的理解要点2()同时性作用力和反作用力的同时性,它们是同时产生、同时消逝,同时变化,不是先1有作用力后有反作用力;()同性质作用力和反作用力是同一性质的力;2()相互性,即作用力和反作用力总是相互的,成对消灭,且相互依存3()异体性,即作用力和反作用力是分别作用在彼此相互作用的两个不同的物体上;各产生4其效果,作用力和反作用力是不行叠加的,,不行求它们的合力,两个力的作用效果不能相互抵消()做功问题可不做功;一个做正功,一个做负功;一个做功,另一个不做功5这应留意同二力平衡加以区分作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上二力平衡的关系也是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,因此作用力与反作用力和二力平衡往往简洁混淆,它们的区分如下表所示内容作用力与反作用力受力物体作用在两个相互作用的物体上1依赖关系相互依存,不可单独存在两力作用效果不可抵涓,不可空加,不叠加性可求合力力的性质一定是同一性质的力牛顿定律的适用范围
5.()只适用于争辩惯性系中运动与力的关系,不能用于非惯性系;1()只适用于解决宏观物体的低速运动问题,不能用来处理微观粒子高速运动问题;2其次模块超重与失重『夯实根底学问」、真重与视重1如下图,在某一系统中如升降机中)用弹簧秤测某一物体的重力,悬于弹簧秤挂钩下的物体静1止时受到两个力的作用地球给物体的竖直向下的重力和弹簧秤挂钩给物体的竖直向上的弹力mg F,这里,是物体实际受到的重力,称力物体的真重;是弹簧秤给物体的弹力,其大小将表现在弹mg F簧秤的示数上,称为物体的视重、超重与失重2()超重物体有向上的加速度称物体处于超重处于失重的物体的物体对支持面的压力1F〔或对悬挂物的拉力)大于物体的重力,即;F=mg+ma
(2)失重物体有向下的加速度称物体处于失重处于失重的物体对支持面的压力F(或对N悬挂物的拉力)小于物体的重力即mg,F=mg—ma,N()当时,『即物体处于完全失重3a=g F0,留意
①在地球外表四周,无论物体处于什么状态,其本身的重力始终不变超重时,物体所G=mg受的拉力(或支持力)与重力的合力方向向上,测力计的示数大于物体的重力;失重时,物体所受的拉力(或支持力)与重力的合力方向向下,测力计的示数小于物体的重力可见,在失重、超重现象中,物体所受的重力始终不变,只是测力计的示数〔通视重)发生了变化,好似物体的重量有所增大或减小
②发生超重和失重现象,只打算于物体在竖直方向上的加速度物体具有向上的加速度时,处于超重状态;物体具有向下的加速度时,处于失重状态;当物体竖直向下的加速度为重力加速度时,处于完全失重状态,超重、失重与物体速度无关,与物体的运动方向无关;
③在完全失重状态,寻常一切由重力产生的物理现象完全消逝如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不受浮力、液体柱不再产生向下的压强等。