基礎(chǔ)物理(一)全 課本電子教案_第3章 物體的運動_3-2

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3-2牛頓運動定律

1一、慣性及運動方程式3-2牛頓運動定律

2牛頓繼伽利略之後，徹底探討力對物體運動的影響，歸納出三條規(guī)律，即牛頓三大運動定律。3-2牛頓運動定律

3牛頓第一運動定律3-2牛頓運動定律

4在乘車時，車子啟動起步時，身體為什麼會後仰？因為身體具有保持原來狀態(tài)的慣性作用3-2牛頓運動定律

5車子加速起步時，身體會後仰；開始時車子與人都在靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)車子開動了，因為人體具有慣性，照理應(yīng)該維持靜止不動，可是由於人的腳與車子地板間的摩擦力要把人的腳向前拉，但是上身要不動，所以身體會後仰。3-2牛頓運動定律

6在乘車時，車子突然煞車時，身體為什麼會前傾？因為身體具有保持原來狀態(tài)的慣性作用3-2牛頓運動定律

7車子煞車減速時，身體會前傾；前進中車子與人都在一起運動，當(dāng)車子煞車時，因為人體具有慣性，照理應(yīng)該繼續(xù)前進，可是由於人的腳與車子地板間的摩擦力要把人的腳拉住，但是上身要繼續(xù)前進，所以身體會前傾。3-2牛頓運動定律

8牛頓第一運動定律牛頓第一運動定律就是在說明：物體若不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)會怎麼樣？牛頓第一運動定律：指出物體不受外力作用或所受的合力為零時，靜者恆靜，動者恆做等速度運動。所以說：物體具有『慣性』－維持原來運動狀態(tài)的特性；因此，牛頓第一運動定律又稱為慣性定律。3-2牛頓運動定律

9牛頓第二運動定律3-2牛頓運動定律

10當(dāng)F=0時，a=0，此時物體靜止。3-2牛頓運動定律

11對一物體作用一力F時，顯然物體會產(chǎn)生加速度a。3-2牛頓運動定律

12對同一物體作用一較大力F時，顯然物體會產(chǎn)生較大的加速度a。3-2牛頓運動定律

13對一較大質(zhì)量的物體作用同樣大小的力F時，顯然物體會產(chǎn)生較小的加速度a。3-2牛頓運動定律

14牛頓第二運動定律牛頓第二運動定律就是在說明：物體若受到外力作用時，物體必會產(chǎn)生加速度。牛頓第二運動定律：指出物體受到外力作用時，所產(chǎn)生的加速度大小與外力成正比，與質(zhì)量成反比。所以說：若F表外力，m表質(zhì)量，a表加速度，則：F=ma。3-2牛頓運動定律

15如何應(yīng)用牛頓第二運動定律解說圖片中的情況？大客車的質(zhì)量（m）很大，如果要使客車產(chǎn)生小小的加速度（a），根據(jù)牛頓第二運動定律可見：所需的外力（F）還是要很大，因此而顯出大力士的力大！3-2牛頓運動定律

16如何應(yīng)用牛頓第二運動定律解說圖片中的情況？例如：大客車的質(zhì)量為30公噸，若要使大客車產(chǎn)生的加速度為0.05m/s2，根據(jù)牛頓第二運動定律可見：所需的外力為F，則F=30×1000×0.05=1500（nt）=150（kgw）。0.05m/s2的加速度是由靜止起動1秒後的速率為0.05m/s，這個速率相當(dāng)於螞蟻爬行的平均速率。3-2牛頓運動定律

17牛頓第三運動定律3-2牛頓運動定律

18預(yù)測一下可能的現(xiàn)象為何？當(dāng)我們坐在底部附加輪子的辦公椅上，面對實驗桌緣，同時兩手放在桌緣上，當(dāng)兩手用力推向?qū)嶒炞罆r，請問會產(chǎn)生什麼現(xiàn)象？3-2牛頓運動定律

19現(xiàn)場演示or點選圖片觀看影片當(dāng)人的兩手用力推向?qū)嶒炞罆r，用力推實驗桌的人會往後滑動。可見：當(dāng)人用力推向?qū)嶒炞罆r，實驗桌也有用力把人往後推動。3-2牛頓運動定律

20牛頓第三運動定律牛頓第三運動定律就是在說明：若甲對乙作力一個力時，乙對甲同時必也作用一個反作用力。牛頓第三運動定律：指出作用力與反作用力，二者大小相等，方向相反，且作用在同一直線上。但，不作用在同一物體上，故作用力與反作用力不可以互相抵消。3-2牛頓運動定律

21『物體吸引地球』之力所以『地球吸引物體』之重力的反作用力為何？重力地心反作用力3-2牛頓運動定律

223-5例題????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????馬來西亞的大鋼牙拉瑟克利什南，用牙齒把總質(zhì)量約300噸的火車車廂拉2.8公尺刷新了世界紀(jì)錄，若持續(xù)施力30秒之後速率約為0.06公尺／秒，且排除地面傾斜及車輪與軌道間的摩擦力的影響，拉瑟克利什南的拉力為多少？人拉火車與火車?yán)藶樽饔昧εc反作用力，則兩作用力ㄧ樣大，如何拉得動？解3-2牛頓運動定律

23二、摩擦力3-2牛頓運動定律

24在斜面上的物體為什麼不會下滑？腳踏車的剎車器為什麼能夠剎車？它們都與什麼力有關(guān)？摩擦力3-2牛頓運動定律

25為什麼會有摩擦力？摩擦力存在的原因：是物體表面不可能完全平滑，它們永遠(yuǎn)會有一些凹凸不平的地方；當(dāng)它們接觸滑行時，在接觸面上凹凸不平的地方會互相阻礙、牽扯對方，因而產(chǎn)生摩擦力。3-2牛頓運動定律

26當(dāng)施力於物體，物體卻靜止不動，表示物體與接觸面有摩擦力，且二者大小相等，方向相反合力為零。此摩擦力稱為靜摩擦力fs。如下圖所示的情況，F(xiàn)為外力，fs為摩擦力，物體靜止不動；從此，我們可以了解到什麼？fsF3-2牛頓運動定律

27運動中的物體，速率逐漸減少。表示接觸面存在摩擦力使物體運動變慢，我們稱為動摩擦力fk。如下圖所示的情況，v為物體的速率，fk為摩擦力；從此，我們可以了解到什麼？fk3-2牛頓運動定律

28左圖是作用於物體上的水平推力與摩擦力的關(guān)係圖，它是實驗的結(jié)果；現(xiàn)在，能夠從關(guān)係圖了解到什麼嗎？摩擦力f推力Ffs(max)fk靜止運動物體恰要運動3-2牛頓運動定律

29動摩擦力則略小於最大靜摩擦力且不隨外力大小而改變，為一定值。靜摩擦力會隨外力增大而增大，當(dāng)達到最大靜摩擦力之後物體即開始運動，而轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ亮Α?-2牛頓運動定律

30最大靜摩擦力和正向力（N）成正比，正向力是接觸面施予物體垂直方向的力。關(guān)係可寫為：最大靜摩擦力fs(max)=μsN動摩擦力也有相同的情形，即動摩擦力與正向力也是成正比的。關(guān)係可寫為：動摩擦力fk=μkN但是動摩擦係數(shù)μk＜靜摩擦係數(shù)μs3-2牛頓運動定律

31靜置於地面重W的木塊受地面給的正向力N的支撐，N=W。正向力WN3-2牛頓運動定律

32當(dāng)垂直下壓外力F作用於靜置地面重W的木塊時，木塊受地面給的正向力N的支撐，N=W+F。正向力WNF3-2牛頓運動定律

33當(dāng)垂直上提外力F作用於靜置地面重W的木塊時，木塊受地面給的正向力N的支撐，N=W－F。正向力WNF3-2牛頓運動定律

34一般而言，靜摩擦係數(shù)大於動摩擦係數(shù)。摩擦係數(shù)的大小與接觸面的材質(zhì)及粗糙程度有關(guān)，下表列出生活中一些常見材料的靜摩擦係數(shù)。生活中一些常見材料的靜摩擦係數(shù)表材　料μs材　料μs汽車的煞車片在煞車鼓上1.2溼輪胎在溼的瀝青路面上0.2乾輪胎在乾的瀝青路面上1.0木塊在冰面上0.05鋼塊在鋼板上0.8鐵氟龍在鋼板上0.043-2牛頓運動定律

35摩擦力對生活的影響人車無法在光滑的冰面上行進，因為人類在地面上行走，是靠人給地面之力的反作用力，而此力需靠地面給人的摩擦力阻止後滑才能前進。3-2牛頓運動定律

36摩擦力對生活的影響汽車行進或煞車，皆是靠地面給予輪胎向前或向後的摩擦力所造成。摩擦?xí)拇蟛糠值臋C械能量，故機械軸承間常套以鋼珠以減少摩擦。3-2牛頓運動定律

373-2牛頓運動定律影片－動動手：最大靜摩擦係數(shù)

383-6例題????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????講桌的重量為800牛頓，兩位學(xué)生合作共施600牛頓的水平推力方可移動，則講桌與地面的摩擦係數(shù)為多少？此為靜摩擦係數(shù)或動摩擦係數(shù)？解3-2牛頓運動定律

39三、彈簧力3-2牛頓運動定律

40看到了什麼現(xiàn)象嗎？力除了可以改變物體的運動狀態(tài)，也可以使物體產(chǎn)生形變。3-2牛頓運動定律

41彈簧左端固定在架子上，右端連結(jié)一物體，然後靜置於平臺上。此時，彈簧處於自然平衡狀態(tài)，彈簧內(nèi)部沒有任何力的作用現(xiàn)象。3-2牛頓運動定律

42用力F將彈簧拉長時，可明顯感受到彈簧所產(chǎn)生欲恢復(fù)原長的向內(nèi)拉力FS。FFS3-2牛頓運動定律

43用力F將彈簧壓縮時，可明顯感受到彈簧所產(chǎn)生欲恢復(fù)原長的向外推力FS。FFS3-2牛頓運動定律

44將彈簧拉長時，彈簧欲恢復(fù)原長產(chǎn)生向內(nèi)的拉力。將彈簧壓縮時，彈簧欲恢復(fù)原長產(chǎn)生向外的推力。這種因形變而產(chǎn)生，如同彈簧欲恢復(fù)原來狀態(tài)的作用力，就稱為彈簧力。在平衡狀態(tài)下，彈簧力與外力量值相等、方向相反。3-2牛頓運動定律

45外力量值和彈簧形變大小的關(guān)係圖如下彈簧是一個形變實驗的簡單例子，如果不容易取得彈簧，也可用隨手可得的橡皮筋試試看。3-2牛頓運動定律

46外力彈性形變Fx0比例限度3-2牛頓運動定律

47虎克定律在一定的限度內(nèi)，彈簧受外力後，其伸長量（x）和所受的外力（F）成正比，此關(guān)係稱為虎克定律?？捎脭?shù)學(xué)式表示為：F=kx。比例常數(shù)k，稱為力常數(shù)，SI單位為牛頓/公尺（N/m）。彈力常數(shù)與彈簧的材質(zhì)及粗細(xì)有關(guān)，與所施外力大小無關(guān)。k值較大的彈簧表示伸長一定長度的條件下，需要較大的外力。3-2牛頓運動定律

48圖片來源：http://www.bungyjapan.com/en/index.php/gallery/image_full/141高空彈跳即是利用此彈力的休閒活動3-2牛頓運動定律

493-7例題????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????將ㄧ輕質(zhì)理想彈簧製成的彈簧秤，當(dāng)掛6牛頓之砝碼時，伸長量為4.0公分且未超過彈性限度，求彈力常數(shù)為何？改掛另ㄧ物體時，伸長量為3.0公分，則該物體的重量為多少牛頓？解3-2牛頓運動定律

50THEEND3-2牛頓運動定律

51??????????????????????????????????????????????????????????????解???????????????????????????????????????????????????????????v=aΔt，0.06=30×a，可得加速度a＝0.002m/s2拉力F=ma=300000×0.002=600N2.火車車廂是否運動，要考慮的是人對火車的拉力，其反作用力（火車車廂拉人）作用在人的身上，兩者不會抵消，只要人對火車的拉力夠大，即能移動，而施力的人要有適當(dāng)?shù)牧⒆泓c以便施力，圖中施力者以雙腳支撐於鐵軌枕木上以方便施力。3-2牛頓運動定律

52??????????????????????????????????????????????????????????????解???????????????????????????????????????????????????????????講桌原靜止，由最大靜摩擦力fs(max)=μsN，600=μs×800，得μs==0.75（此為靜摩擦係數(shù)）。3-2牛頓運動定律

53??????????????????????????????????????????????????????????????解???????????????????????????????????????????????????????????由F=kx，6=k×4.0，得k=1.5（N/cm）。（若欲使用SI單位表示，k=1.5N/cm=150N/m）另ㄧ物體的重量即為彈簧伸長3.0公分時，彈簧所受的拉力F=1.5×3.0=4.5（N）。3-2牛頓運動定律