2.3牛顿运动定律 课件 -2023-2024学年高一上学期（中职）物理湖南科技版电工电子类

02 力与牛顿运动定律 导入 从建筑奇迹山西悬空寺说起 有“天下奇观”之称的山西悬空寺，建在悬崖上，挂在半空中，真有凌空欲飞之势，惊险奇特，别具一格。远望，只见琼楼仙宫，凌空危挂，仿佛是玲珑的雕刻镶嵌在万仞峭壁间。悬空寺的选址之险，建筑之奇，结构之巧，堪称世界一绝！悬空寺把力学、美学和宗教融为一体，令人叹为观止，这样奇特的建筑不仅 是中华民族灿烂文化的彰显，也是世界文化的珍贵宝藏。 悬空寺蕴含了古代工匠们丰富的想象力、高超的建筑技艺， 它能稳稳地屹立于绝壁，与物理学中的力学密切相关。到底有怎样的关联呢？我们学习了力以及力和运动的关系便能解释了。 第三节 牛顿运动定律 力与运动无处不在，静止的足球受到脚的作用力会运动 起来；飞行的乒乓球受到球拍的击打，运动的方向会发生改 变……力与运动之间究竟有什么关系？这个看似简单的问题， 曾经困扰了人们数千年。伟大的物理学家牛顿创立了以三大 运动定律为基础的经典力学体系，揭示了力与运动之间的关 系。本节我们将学习牛顿的三大运动定律。 第三节 牛顿运动定律 一、牛顿第一定律 如果仅靠直观感觉来看待力与运动之间的关系，我们会觉得古希腊哲学家亚里士多德的观点似乎更符合日常经验。从他的视角看，对于静止的马车，若马不拉车，车就不动；对于运动的马车，马不继续拉车，车会停下来（图 2-19）。这似乎说明有力才有运动，力是维持物体运动的原因。 第三节 牛顿运动定律 一、牛顿第一定律 伽利略设计了一个理想实验（图 2-20），反驳了亚里士多德的观点。他让小球沿光滑斜面从 左侧某一高度滚下，无论右侧斜面坡度如何，它都会沿斜面上升到与出发点几乎等高的地方。斜面倾角越小，小球运动到同一高度所经历的路程 越远。当斜面倾角 θ 逐渐减小到 0，右侧变为水平面时，小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。在这种情况下，小球在水平方向没有受力，却会一直运动下去。 第三节 牛顿运动定律 一、牛顿第一定律 在此基础上，法国哲学家和科学家笛卡儿把伽利略的结论推广到没有重力、摩擦力、空气阻力等更理想的情况，进 一步完善了伽利略的观点。他提出：若没有其他原因，运动 物体将继续以原来的速度沿直线运动。 第三节 牛顿运动定律 一、牛顿第一定律 做中学 观察匀速直线运动 伽利略与笛卡儿的观点皆基于理想情况，在现实中很难实现。我们可以通过气垫导轨来观察在可忽略阻力情况下物体的匀速直线运动。如图 2-22 ，用气泵给气垫导轨充气，气体从气垫导轨的小孔中喷出，在滑块与导轨间形成空气薄层——气垫。这样，滑块在气垫上滑动时受到的阻力很小，可忽略不计。将气垫导轨调至水平，给滑块一个初速度，使其运动起来。利用 光电门和电子计时器测出 滑块在运动过程中的速度， 可得出什么结论？ 第三节 牛顿运动定律 一、牛顿第一定律 牛顿在伽利略、笛卡儿等人研究成果的基础上提出：一 切物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非有外力迫使它改变这种状态。这就是著名的牛顿第一运动定律，简称牛顿第一定律。 第三节 牛顿运动定律 一、牛顿第一定律 完全不受外力作用只是一种理想情况。实际上，当合外 力为零时，物体也能保持匀速直线运动或静止状态。这也意 味着，若物体受外力作用且外力的合力不为零，则其运动状 态（速度大小和方向）将被改变，即力是改变物体运动状态 的原因。任何物体都有保持静止或匀速直线运动状态不变的属性，物理学中将这种属性称为惯性。 惯性大小表示物体运动状态改变的难易程度，它只与物体的质量大小有关：质量大的物体运动状态相对不易改变，惯性大；质量小的物体运动状态相对容易改变，惯性小。可以说，质量是描述物体惯性大小的物理量。 第三节 牛顿运动定律 一、牛顿第一定律 生活中，很多现象可以用惯性来解释。例如，乘坐汽车 时，如遇紧急刹车，我们的身体会前倾；在公路上快速行驶 的大货车，一旦遇到突发事件则不易停下来……这些皆与惯性有关。 第三节 牛顿运动定律 二、牛顿第二定律 通过牛顿第一定律我们知道了力是改变物体运动状态的原因。凭经验我们知道推购物车的力越大，购物车的速度改 变越快；若推力相同，则空车比重车速度改变快（图 2-22）。 可见，物体获得的加速度与其质量和所受外力有关。到底存在怎样的关系呢？ 下面，我们通过实验来探究加速度与力、质量之间的关系。 第三节 牛顿运动定律 二、牛顿第二定律 做中学 探究加速度与力、质量的关系 把两个相同的小车放在长木板上， 前端各系一根细绳，跨过定滑轮各挂一个小桶（图 2-23），后端各系一根细绳，将木板一端垫高并调整其高度， 以使小车能做匀速直线运动。 在一个小桶中加一个砝码，另一个小桶中加质量相同的两个砝码。让两个小车同时开始