资源简介

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第一章
运动和力
目录
运动的描述
匀变速直线运动
重力　弹力　摩擦力
第三节　
力的合成与分解
第二节　
第一节　
第四节　
牛顿运动定律及其应用
第五节　
测量运动物体的速度和加速度
学生实验　
学习目标
◎了解质点的概念，体会物理模型在探索自然规律中的作用。
◎了解时间与时刻、路程与位移、速度与速率、矢量与标量的概念。
◎ 了解匀变速直线运动、自由落体运动的概念及特点。
◎了解重力、弹力、静摩擦力和滑动摩擦力的概念及特点。
◎了解力的合成与分解。
◎了解运动与力的关系，能分析常见物体的受力情况，并能进行简单计算。
学习目标
力学是一门古老的学科，它是研究运动与力及其相互关系和规律的一门学科。
这门学科虽然古老，但仍然是物理学的基础，也是科学和工程技术的基础。 在本章中，我们要学习运动和力及其规律，了解描述运动的基本概念，重点研究物体做匀变速直线运动的规律以及运动状态变化和力的重要关系，掌握牛顿运动定律在生产和生活中的应用。
第五节
牛顿运动定律及其应用
一、牛顿第一定律
远在2 000 多年前，人们就已经提出了运动和力的关系问题，那时，人们普遍认为力是维持物体运动的原因。用力推车，车才能前进；停止用力，车就会停下来。根据这类经验事实，古希腊哲学家亚里士多德得出一个结论：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来，即力是维持物体运动的原因。亚里士多德的观点一直延续了 2 000 年。直到 17 世纪，意大利著名物理学家伽利略才根据实验揭示了现象的本质，指出了亚里士多德
观点的错误。伽利略发现运动物体之所以会停下来，是因为受到了摩擦阻力。
一、牛顿第一定律
伽利略是怎样得到这个结论的呢 他设想的一个摩擦力为零的理想实验是这样的：小球沿着一个斜面从某一确定的位置滚下来后，将滚上另一面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度［图 1-48（a）］；如果减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的距离［图 1-48（b）］；继续减小第二个斜面的倾角，假如它最终成为水平面，小球要达到原有高度将永远运动下去［图 1-48（c）］。在这种情况下，没有力也可以维持物体的运动。显然，伽利略的理想实验驳斥了亚里士多德的观点。
一、牛顿第一定律
牛顿在伽利略等人研究的基础上，根据自己进一步的研究，得出下述结论：一切物体总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。这就是牛顿第一定律。
牛顿第一定律指出了物体都有保持匀速直线运动或静止状态的性质，称为惯性。因此，牛顿第一定律又称为惯性定律。
一、牛顿第一定律
比较两辆同样静止的卡车，载重的卡车比空载的卡车难以起动； 当它们以同样的速度运动时，载重的卡车又比空载的卡车难以停下来。这些都说明质量大的物体的运动状态难以改变，我们就说它的惯性大；质量小的物体的运动状态容易改变，我们就说它的惯性小。质量是物体惯性大小的量度，而且是唯一量度。
牛顿第一定律还告诉我们，如果物体不受外力的作用，物体将保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，运动状态不会改变。这说明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。
二、牛顿第二定律
我们又用什么方法来探究物体的加速度与物体所受外力及物体的质量之间存在着的具体关系呢？
二、牛顿第二定律
二、牛顿第二定律
由 S= at2 可知，在时间相同的情况下，加速度 a跟位移s成正比。
实验分以下两步进行： 第一步：取两个相同质量的小车，在两个砝码盘中放上不同数量的砝码，同时打开夹子，我们会看到，受力大的小车发生的位移大，受力小的小车发生的位移小。测量表明，小车的位移跟它受到的外力成正比。也就是说，质量相同的物体，其加速度跟它受到的外力成正比，即=或 a ∝ F
二、牛顿第二定律
第二步：在两个砝码盘中放上相同数量的砝码，使两辆小车受到相同的拉力，往一辆小车上加放砝码，增大质量。我们会看到，在相同的时间里，质量小的小车发生的位移大，质量大的小车发生的位移小。测量表明，小车通过的位移跟它们的质量成反比。也就是说，在相同力的作用下，物体的加速度跟它的质量成反比，即 =或 a ∝
二、牛顿第二定律
在一般情况下，物体总是同时受到几个力的作用，这时上面所说的力应当是物体所受外力的合力，那么加速度与力和质量的关系可进一步表述为：物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与外力的方向相同，这就是牛顿第二定律，即 F =ma这个关系不仅适用于直线运动，而且适用于曲线运动。其中，F表示合外力，单位是N；m 表示质量，单位是 kg ；a 表示加速度，单位是 m/s2 。
三、牛顿第三定律
我们知道，力是物体与物体之间的相互作用。当一个物体对另一个物体施加力的作用时，这个物体也会受到另一个物体的作用，即力总是“成对”出现的。如果把其中一个力叫作作用力，那么另一个力就叫作反作用力。作用力和反作用力存在怎样的关系呢？
三、牛顿第三定律
三、牛顿第三定律
三、牛顿第三定律
牛顿在总结这类实验结果的基础上，归纳出以下结论：
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，作用在一条直线上，这就是牛顿第三定律。
牛顿第三定律在生活和生产中的应用很广泛。人走路时用脚蹬地，脚对地面施加一个向后的作用力，地面同时给脚一个向前的反作用力，使人前进。
三、牛顿第三定律
气垫船的螺旋桨在旋转时，用力向后推水，水同时给螺旋桨一个反作用力，推动船体前进，如图 1-52 所示。汽车的发动机驱动主动轮转动，由于轮胎和地面间有摩擦，车轮向后推地面，地面给车轮一个向前的反作用力，使汽车前进。如果把后轮架空，不让它跟地面接触，这时尽管发动机驱动后轮高速转动，但由于车轮不推地面，地面也不产生向前推车的力，因此汽车就不能前进。
课后思考
1. 如图 1-53 所示，光滑的水平面上有一小车以向右的加速度 a 做匀加速运动，车内两物体 A、B 的质量之比为 2 ∶ 1，A、B 间用弹簧相连并放在光滑的桌面上，B 通过质量不计的轻绳与车相连，剪断轻绳的瞬间，A、B 的加速度大小分别为（　　）。
A. a 　、0　 B. a 、a C. a 、2a 　　 D. 0 、2 a
课后思考
2. 在光滑水平地面上有两个叠放在一起的斜面体 A、B，两斜面体的形状和大小完全相同，质量分别为 M 、m 。如图 1-54 所示，对上面或下面的斜面体施加水平方向的恒力F1 、F 2 均可使两斜面体相对静止地做匀加速直线运动，已知两斜面体间的摩擦力为零，则 F1 与 F2 之比为（　　）。
A. M ∶ m　　　 B. m ∶ M
C. m ∶(M ＋ m ) D. M∶(M ＋m )

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