高中物理競賽 牛頓運(yùn)動定律 資料.doc

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1、牛頓運(yùn)動定律導(dǎo)學(xué)資料一、競賽要求1、牛頓運(yùn)動定律2、慣性力3、運(yùn)動和力的關(guān)系4、天體運(yùn)動二、重點(diǎn)知識牛頓運(yùn)動定律、天體運(yùn)動三、難點(diǎn)突破慣性力§3.1牛頓定律3．1．1、牛頓第一定律（1）牛頓第一定律：任何物體都保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，直到其他物體所作用的力迫使它改變這種狀態(tài)為止。物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)稱為慣性。牛頓第一定律又稱為慣性定律，慣性定律是物體的固有屬性，可用質(zhì)量來量度。牛頓第一定律指出了力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。（2）慣性系：牛頓第一定律只在一類特殊的參照系中成立，此參照系稱為慣性參照系。相對某一慣性系作勻速運(yùn)動的參照系必定也是慣

2、性系，（3）非慣性系：牛頓第一定律不成立的參照系稱為非慣性參照系，非慣性系相對慣性系必作變速運(yùn)動，地球是較好的慣性系，太陽是精度更高的慣性系。3．1．2．牛頓第二定律(1)定律內(nèi)容：物體的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同(2)數(shù)學(xué)表達(dá)式：(3)理解要點(diǎn)①牛頓第二定律不僅揭示了物體的加速度跟它所受的合外力之間的數(shù)量關(guān)系，而且揭示了加速度方向總與合外力的方向一致的矢量關(guān)系。在應(yīng)用該定律處理物體在二維平面或三維空間中運(yùn)動的問題，往往需要選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，把它寫成分量形式②牛頓第二定律反映了力的瞬時作用規(guī)律。物體的加速度與它

3、所受的合外力是時刻對應(yīng)的，即物體所受合外力不論在大小還是方向上一旦發(fā)生變化，其加速度也一定同時發(fā)生相應(yīng)的變化。F1F2圖3-1-1③當(dāng)物體受到幾個力的作用時，每個力各自獨(dú)立地使物體產(chǎn)生一個加速度，就如同其他力不存在—樣；物體受幾個力共同作用時，產(chǎn)生的加速度等于每個力單獨(dú)作用時產(chǎn)生的加速度的矢量和，如圖3-1-1示。這個結(jié)論稱為力的獨(dú)立作用原理。④牛頓第二定律闡述了物體的質(zhì)量是慣性大小的量度，公式反映了對同—物體，其所受合外跟它的加速度之比值是個常數(shù)，而對不同物體其比值不同，這個比值的大小就是物體的質(zhì)量，它是物體慣性大小量度，當(dāng)合外力不變時，物體加速度跟其質(zhì)量成反比

4、，即質(zhì)量越大，物體加速度越小，運(yùn)動狀態(tài)越難改變，慣性也就越大。⑤牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式定義了力的基本單位；牛頓（N）。因為，，故，當(dāng)定義使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生加速度的作用力為1N時，即1N=時，k=1。由于力的單位1N的規(guī)定使牛頓第二定律公式中的k=1，由此所產(chǎn)生的單位制即我們最常用的國際單位制。⑥在慣性參考系中，公式中的ma不是一個單獨(dú)的力，更不能稱它是什么“加速力”，它是一個效果力，只是在數(shù)值上等于物體所受的合外力。F圖3-2-1⑦對一個質(zhì)點(diǎn)系而言，同樣可以應(yīng)用牛頓第二定律。如果這個質(zhì)量系在任意的x方向上受的合外力為，質(zhì)點(diǎn)系中的n個物體（質(zhì)量分別為）在x方

5、向上的加速度分別為，那么有這就是質(zhì)點(diǎn)系的牛頓第二定律。3．1．3、牛頓第三定律（1）定律內(nèi)容：兩個物體之間的作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上。（2）數(shù)學(xué)表達(dá)式：（3）理解要點(diǎn)①牛頓第三定律揭示了物體相互作用的規(guī)律，自然界中的力的作用都是相互的，任何一個物體既為受力體，則它一定就是施力體。②相互作用力必定是同一性質(zhì)的力，即如果其中一個力是摩擦力，則它的反作用力也一定是摩擦力。③兩個相互作用力要與一對平衡力區(qū)分清楚。④這個相互作用力是指的性質(zhì)力。對于效果力不一定能找到“整體”的反作用力，如有人說向心力的反作用力就是離心力。這是錯誤的，因為向心力

6、往往是由多個力作用是共同效果，其中每個力都有其各自的反作用力，故向心力這個合力就不一定有一個所謂反作用力。3．1．4、關(guān)于參照系的問題（1）慣性參照系：牛頓第一定律實際上又定義了一種參照系，在這個參照系中觀察，一個不受力作用的物體將保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，這樣的參照系就叫做慣性參照系，簡稱慣性系。由于地球在自轉(zhuǎn)的同時又繞太陽公轉(zhuǎn)，所以嚴(yán)格地講，地面不是一個慣性系。在一般情況下，我們可不考慮地球的轉(zhuǎn)動，且在研究較短時間內(nèi)物體的運(yùn)動，我們可以把地面參照系看作一個足夠精確的慣性系。（2）非慣性參照系：凡牛頓第一定律不成立的參照系統(tǒng)稱為非慣性參性系，一切相對于慣性參照

7、系做加速運(yùn)動的參照系都是非慣性參照系。在考慮地球轉(zhuǎn)動時，地球就是非慣性系。在非慣性系中，物體運(yùn)動不遵循牛頓第二定律，但在引入“慣性力”的概念以后，就可以利用牛頓第二定律的形式來解決動力學(xué)問題了。（關(guān)于慣性力的應(yīng)用在后邊將到）?！?.2牛頓定律在曲線運(yùn)動中的應(yīng)用3．2．1、物體做曲線運(yùn)動的條件物體做曲線運(yùn)動的條件是，物體的初速度不為零，受到的合外力與初速度不共線，指向曲線的“凹側(cè)”，如圖3-2-1，該時刻物體受到的合外力F與速度的夾角滿足的條件是0o<<180o。3．2．2、圓周運(yùn)動物體做勻速圓周運(yùn)動的條件是，物體受到始終與速度方向垂直，沿半徑指向圓心，大小恒定的力

8、的作用。由