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牛顿运动定律知识点.doc
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1、第三章 牛顿运动定律专题一:牛顿定律内容一、牛顿第一定律1、定律内容 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。2、理解要点: (1)第一定律是牛顿以伽俐略的理想斜面实验为基础,通过分析、概括、推理得出的,不可能用实验直接来验证。 (2)对任何物体都适用,不论固体、液体、气体。 (3)它定性地揭示了运动与力的关系:力是改变物体运动状态的原因, ,是使物体产生加速度的原因。力不是维持物体运动状态的原因. (4)牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础,不能认为它是牛顿第二定律合外力为零时的特例,第一定律定性地给出了力与运动的关系,第二定律定量地给出力与运动的关系。 (5
2、)运动的物体不受力时做匀速直线运动(保持它的运动状态) (6)静止的物体不受力时保持静止状态(保持它的静止状态) (7)说明:、“一切”说明该定律对于所有物体都是普遍适用的,不是特殊现象。、“没有受到外力作用”是定律成立的条件,实际中不受外力是指受合力为0。、“总”指的是总是这样,没有例外。、“或”指两种状态必居其一,不能同时存在,也就是说如果物体如果不受外力作用,原来静止的物体仍保持静止,而原来处于运动状态的物体会保持原来速度的大小和方向做匀速直线运动。二、惯性:1、定义:物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性。2、惯性的理解: (1)一切物体任何时候都具有惯性.(静止的物体
3、具有惯性,运动的物体也具有惯性)牛顿第一定律表明,一切物体都具有保持静止状态或匀速直线状态的性质,因此牛顿第一定律也叫惯性定律。(2)惯性是物体的固有属性,与物体的受力情况及运动状态无关。(3)质量是物体惯性大小的唯一量度。.质量越大,惯性越大。质量越大的物体其运动状态越难改变。惯性的大小与物体的形状、运动状态、位置及受力情况毫无关系。 (4)惯性是一种属性,它不是力。惯性只有大小,没有方向。 3、 防止惯性的现象:汽车安装安全气襄, 汽车安装安全带利用惯性的现象:跳远助跑可提高成绩, 拍打衣服可除尘4、 解释现象:例:汽车突然刹车时,乘客为何向汽车行驶的方向倾倒?答:汽车刹车前,乘客与汽车一
4、起处于运动状态,当刹车时,乘客的脚由于受摩擦力作用,随汽车突然停止,而乘客的上身由于惯性要保持原来的运动状态,继续向汽车行驶的方向运动,所以.二、牛顿第三定律 1. 内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一直线上。 2. 理解作用力与反作用力的关系时,要注意以下几点: (1)作用力与反作用力同时产生,同时消失,同时变化,无先后之分。 (2)作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一直线上(与物体的大小,形状,运动状态均无关系。) (3)作用力和反作用力是不可叠加的,作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上,各产生其效果,不可求它们的合力,两个力的作用效果
5、不能相互抵消,这应注意同二力平衡加以区别。 (4)作用力与反作用力一定是同种性质的力。(平衡力的性质呢?) 作用力与反作用力的二力平衡的区别内容作用力和反作用力二力平衡受力物体作用在两个相互作用的物体上作用在同一物体上依赖关系同时产生,同时消失相互依存,不可单独存在无依赖关系,撤除一个、另一个可依然存在,只是不再平衡叠加性两力作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力两力运动效果可相互抵消,可叠加,可求合力,合力为零;形变效果不能抵消力的性质一定是同性质的力可以是同性质的力也可以不是同性质的力三、牛顿第二定律1、内容:物体的加速度与物体所受合外力成正比,跟物体质量成反比,加速度方向跟合外力的方向相
6、同。2、数学表达式:F合ma3、牛顿第二定律的理解(1)瞬时性:牛顿第二定律揭示的是力的瞬时效果,即作用在物体上的力与它的效果是瞬时对应关系,力变加速度就变,力撤除加速度就为零,注意力的瞬时效果是加速度而不是速度;(2)、矢量性:加速度的方向总是和合外力的方向相同的,可以用分量式表示,Fx=max,Fy=may,Fz=maz;(3)、同体性:F =m a是对同一物体而言的(4)独立性:每个力的作用是独立的,物体的加速度是各力独立作用共同的结果(5)、牛顿第二定律F=ma定义了力的基本单位牛顿(定义使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的作用力为1N,即1N=1kg.m/s2.4、应用牛顿第
7、二定律的解题方法(1)合成法若物体只受两个力作用产生加速度时,根据平行四边形定则求合力.运用三角形的有关知识,列出分力、合力及加速度之间的关系求解.例:如图所示,小车上固定着光滑的斜面,斜面的倾角为,小车以恒定的加速度向左运动,有一物体放于斜面上,相对斜面静止,此时这个物体相对地面的加速度是。解:1、分析受力2、加速度的方向 3、合力的方向,合力的大小4、列方程a=gtanmgF合(2)正交分解法步骤:1、明确加速度方向 2、分析受力3、建坐标系4、建立方程常把力正交分解在加速度方向和垂直加速度方向上,有Fx=ma(沿加速度方向)Fy=0(垂直于加速度方向) 有时也把加速度分解在相互垂直的两个
8、方向上,有Fx=maxFy=may专题二 牛顿第二定律的平衡问题一:共点力作用下物体的平衡(一). 平衡状态 指的是静止或匀速直线运动状态。运动学特点:。 (二). 平衡条件1、平衡条件: 共点力作用下物体的平衡条件是所受合外力为零,动力学特点。即F合=0 其正交分解式为Fx合=0 ;Fy合=02、平衡条件的理解:某力与余下其它力的合力平衡(即等值、反向)。(1)二力平衡:这两个力大小相等,方向相反,作用在同一直线上,并作用于同一物体(2)三力平衡:三个力的作用线(或者反向延长线)必交于一个点,且三个力共面.称为汇交共面性。其力大小符合组成三解形规律 三个力平移后构成一个首尾相接、封闭的矢量形
9、;任意两个力的合力与第三个力等大、反向(即是相互平衡)三力汇交原理:当物体受到三个非平行的共点力作用而平衡时,这三个力必交于一点;(3)几个共点力作用于物体而平衡,其中任意几个力的合力与剩余几个力(一个力)的合力一定等值反向说明:物体受到N个共点力作用而处于平衡状态时,取出其中的一个力,则这个力必与剩下的(N-1)个力的合力等大反向。若采用正交分解法求平衡问题,则其平衡条件为:FX合=0,FY合=0;(三)、解决共点力作用下物体的平衡问题思路 (1)确定研究对象:若是相连接的几个物体处于平衡状态,要注意“整体法”和“隔离法”的综合运用; (2)对研究对象受力分析,画好受力图; (3)选择相应的
10、方法求相应的力 ( 四). 求解共点力作用下物体的平衡问题常用的方法1、三力以上平衡问题:一般从平衡的观点用正交分解法。将各个力分别分解到X轴上和y轴上,运用两坐标轴上的合力等于零的条件,多用于三个以上共点力作用下的物体的平衡值得注意的是,对x、y方向选择时,尽可能使落在x、y轴上的力多;被分解的力尽可能是已知力,不宜分解待求力2、三个力的平衡可用(1)正交分解、(2)合成法、物体受三个力作用而平衡时,其中任意两个力的合力必跟第三个力等大反向,可利用力的平行四边形定则,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解(3)分解法,(4)三角形法则:物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时,这
11、三个力的矢量箭头首尾相接,构成一个矢量三角形;反之,若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形,则这三个力的合力必为零利用三角形法,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力(5)相似三角形法:通过力三角形与几何三角形相似求未知力。(一般对对斜三角形)。(6)力三角形图解法(一般用于动态平衡)说明:力的三角形法与正交分解法是解决共点力平衡问题的最常见的两种解法前者适于三力平衡问题,简捷、直观后者适于多力平衡问题,是基本的解法,但有时有冗长的演算过程,因此要灵活地选择解题方法(五)、动态平衡问题:画矢量三角形解决动态平衡问题1、两种平衡状态: 静态平衡v=0;a=0 瞬时速度为0时,不
12、一定处于平衡状态. 如:竖直上抛最高点.只有能保持静止状态而加速度也为零才能认为平衡状态. 动态平衡v0;a=0在有关物体平衡问题中,存在着大量的动态平衡问题,所谓动态平衡问题是指通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢的变化,而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态 即:物体受的几个共点力是变化的,但物体总保持平衡即满足合力为零的条件。物理学中的“缓慢移动”一般可理解为动态平衡。2、动态平衡的分析方法解动态问题的关键是抓住不变量,依据不变的量来确定其他量的变化规律,常用的分析方法有解析法和图解法(1)解析法的基本程序是:对研究对象的任一状态进行受力分析,建立平衡方程,求出应变物理量与自变
13、物理量的一般函数关系式,然后根据自变量的变化情况及变化区间确定应变物理量的变化情况(2) 图解法的基本程序是:当物体所受的力变化时,通过对几个特殊状态画出力图(在同一图上)对比分析,使动态问题静态化,抽象问题形象化,问题将变得易于分析处理。解决这类平衡问题的方法是画出一系列为的矢量三角形,从三角形的边长变化就可定性确定力的变化。对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析,依据某一参量的变化(一般为某一角度),在同一图中作出物体在若干状态下的平衡力图(力的平行四边形或力的三角形),再由动态的力的平行四边形或三角形的边的长度变及角度变化确某些力的大小及方向的变化情况(六)、平衡的临界问题由某
14、种物理现象变化为另一种物理现象或由某种物理状态变化为另一种物理状态时,发生转折的状态叫临界状态,临界状态可以理解为“恰好出现”或“恰好不出现”某种现象的状态。在问题的描述中常用“刚好”、“刚能”、“恰好”等语言叙述。往往利用“恰好出现”或“恰好不出现”的条件。解决这类问题的基本方法是假设推理法,即先假设某种情况成立,然后再根据平衡条件及有关知识进行论证(七)、平衡的极值问题1、极值:是指研究平衡问题中某物理量变化情况时出现的最大值或最小值。中学物理的极值问题可分为简单极值问题和条件,区分的依据就是是否受附加条件限制。若受附加条件阴制,则为条件极值。2、平衡物体的极值:一般指在力的变化过程中的最
15、大值和最小值问题。解决这类问题的方法常用解析法,即根据物体的平衡条件列出方程,在解方程时,采用数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值。另外,图解法也是常用的一种方法,即根据物体的平衡条件作出力的矢量图,画出平行四边形或者矢量三角形进行动态分析,确定最大值或最小值。二、 两种基本类型的计算题加速度是构建力和运动的桥梁解题时我们要明确已知量、未知量,确定解题思路牛顿第二定律定量揭示了力与运动的关系,即知道了力,可根据牛顿第二定律研究其效果,分析出物体的运动规律;反过来,知道了运动,可根据牛顿第二定律研究其受力情况,为设计运动,控制运动提供了理论基础;题型一、已知物体的受力情况,求解物体的运动情况
16、. 由物体的受力情况求解物体的运动情况的一般方法和步骤(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析,并画出物体的受力图(2)根据力的合成与分解或正交分解的方法,求出物体所受的合外力(包括大小和方向)(建立正确的坐标系一般x轴或y轴沿a方向)(3)根据牛顿第二定律列方程,求出物体的加速度(4)结合给定的物体运动的初始条件,选择运动学公式,求出所需的运动参量,并分析讨论结果是否正确合理例题(一维坐标)例题(二维坐标-物体在平面上,外力斜的)例题(二维坐标-物体在斜面上)题型二、已知物体的运动情况,求受力情况1、理解题意,确立研究对象,分析物体受力情况和运动情况2、建立正确的坐标系(一般x轴或y轴沿a
17、方向)3、由运动学公式求有关运动的物理量a4、根据已求出的运动的物理量a,由牛顿第二定律F合=ma求出物体的受力情况例题:(一维坐标)例题(二维-物体在平面上,外力斜的)例题(二维-物体在斜面上)题型三:多个过程的问题例题(平面+平面)例题(平面+斜面)专题三 牛顿第二定律理解的拓展问题牛顿第二定律的理解1、矢量性:牛顿第二定律F=ma是矢量式,加速度的方向与物体所受合外力的方向相同。2、瞬时性:物体运动的加速度a与其所受的合外力F有瞬时对应关系,每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力若合外力的大小或方向改变,加速度的大小或方向也立即(同时)改变;或合外力变为零,加速度也立即变为零(物体运动
18、的加速度可以突变)3、独立性当物体受到几个力的作用时,各力将独立地产生与其对应的加速度(力的独立作用原理),而物体表现出来的实际加速度是物体所受各力产生加速度叠加的结果。那个方向的力就产生那个方向的加速度。Mm图3练习10、如图3所示,一个劈形物体M放在固定的斜面上,上表面水平,在水平面上放有光滑小球m,劈形物体从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是:A沿斜面向下的直线 B抛物线C竖直向下的直线 D.无规则的曲线。分析与解:因小球在水平方向不受外力作用,水平方向的加速度为零,且初速度为零,故小球将沿竖直向下的直线运动,即C选项正确。4、同体性。加速度和合外力(还有质量)是同属一个物体的
19、,所以解题时一定要把研究对象确定好,把研究对象全过程的受力情况都搞清楚。一:分解加速度问题矢量性的理解在解题时,可以利用正交分解法进行求解。例1、如图1所示,电梯与水平面夹角为300,当电梯加速向上运动时,人对梯面压力是其重力的6/5,则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍?300aFNmgFf图1xyxaxayx分析与解:对人受力分析,他受到重力mg、支持力FN和摩擦力Ff作用,如图1所示.取水平向右为x轴正向,竖直向上为y轴正向,此时只需分解加速度,据牛顿第二定律可得:Ff=macos300, FN-mg=masin300因为,解得.2、瞬间加速度问题(弹簧与刚性绳的瞬间问题)瞬时性的理解中
20、学物理中的“绳”和“线”,是理想化模型,具有如下几个特性:1)轻:即绳(或线)的质量和重力均可视为等于零,由此特点可知,同一根绳(或线)的两端及其中间各点的张力大小相等2)软:即绳(或线)只能受拉力,不能承受压力(因绳能变曲),由此特点可知,绳与其物体相互间作用力的方向总是沿着绳子且背离受力物体的方向3)不可伸长:即无论绳所受拉力多大,绳子的长度不变,由此特点可知,绳子中的张力可以突变即:轻绳的形变可瞬时产生或恢复,故绳的弹力可以瞬时突变。4)由于弹簧和橡皮绳受力时,要发生形变需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变,但是,当弹簧或橡皮绳被剪断时,它们所受的弹力立即消失即: 轻弹簧(或橡
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