中等职业教育中职中专物理通用类(第三版)完整版演示PPT大全课件.ppt

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1、,绪论,四、编者的愿望,一、什么是物理,二、为什么要学物理,三、怎样学好物理,一、什么是物理,物理者，万物之理也。,“物理”一词最早出现于唐代诗人杜甫的诗句：“细推物理须行乐，何用浮名绊此身。”,17世纪末英国物理学家牛顿在其巨著自然哲学的数学原理中给物理学下了一个比较准确的定义：“用数学工具解决自然哲学问题，即用数学了解整个自然界的运动规律”。,现代物理学的定义为：“物理学是研究物质运动最一般规律及物质基本结构的学科”。,“物理”两字最早出现在礼记大学中的词句“盖人心之灵，莫不有知，而天下之物，莫不有理”中。,二、为什么要学物理,今天，物理学的发展已经对社会生活的各个方面带来了巨大的影响，无

2、论从事何种职业，都离不开与物理学相关的技术和产品。飞机、汽车、电视、空调、电脑、手机、磁卡无不与物理学的研究成果有关。,“我们的时代是科学和技术的时代。科学技术以极高的速度发展，又推动社会飞速发展，影响着社会生活的方方面面。它们不仅是经济建设和国防建设的强大的手段，又是探索宇宙和微观世界及人类自身的前沿研究、改善我们日常生活质量的工具，而且它们已成为人类文化的一部分。正确的世界观和价值观、正确的思想方法、各种观念和思潮，都必须以科学为依据。一个民族只有普及科学知识，受到科学精神的熏陶，崇尚科学，才能告别愚昧，自立于今日世界的民族之林。”（引用自赵凯华教授为物理学的概念与文化素养作的序）,三、怎

3、样学好物理,具体有三个方面的要求：,一是重视观察和实验。物理知识来源于实践，特别是来源于观察和实验。要认真观察物理现象，分析现象产生的条件和原因。要认真做好学生实验，学会使用仪器和处理数据，了解用实验研究问题的基本方法。通过观察和实验，提高自己的观察能力、实验能力和分析能力。,二是加强理解。物理课不是要求你死记硬背物理定律和公式，而是要求你了解一些重要概念和规律的科学实质和探索过程，体会物理学的思维方式和研究方法，有意识地提高自己的科学思维能力。,三是做好练习。做练习就是运用知识解决实际问题。要善于将所学知识运用到实际中去。包括解释现象、讨论问题、设计实验等。要在不断的运用中，掌握、扩展和加深

4、自己的知识，提高分析问题和解决问题的能力。,第一节 运动的描述,四、速度和速率,一、质点,二、时刻和时间,三、位移和路程,一、质点,实际物体（如自行车、汽车、火车等）的运动都是非常复杂的，要详尽地描述这些运动，并非易事。例如，一列正在行驶的火车，既有火车整体相对于地面的平动，又有车轮的转动，还有车体的振动，等等，因此要全面描述火车的运动是相当困难的。,为了便于研究，就需要对物体进行简化，突出影响问题的主要因素，忽略次要因素。例如：,在研究一列从北京开往上海的列车的运动问题时，由于列车的总长度约为150 m，而从北京开往上海的总里程约为1 500 km，火车的长度是总里程的万分之一，因此火车的大

5、小、形状等因素对研究问题的影响很小，可以不考虑，只突出火车的质量及其占据空间的某一位置这两个主要因素。,在上面这种情况下，我们可以把火车简单地看作一个有质量的点质点，它是一种理想化的物理模型。,在下面这种情况下，如在研究这列火车经过一座桥的运动时，由于火车的长度可以跟大桥的长度相比拟，它就成了解决问题的主要因素，这时就不能把火车简化为质点。,二、时刻和时间,时刻指的是一个瞬间，时间指的是两个时刻之间的间隔。例如，我们常说上午第一节课在8时上课，8时45分下课。,如果用一个数轴来表示时刻和时间，则时刻应该用点来表示，时间用线段来表示，如下图所示。,这里的“8:00”和“8:45”是这节课开始和结

6、束的两个时刻，而这两个时刻之间的间隔45 min，则是两个时刻之间的时间。,在SI（国际单位制）中，时间的单位是 s（秒），如下图所示的时间轴上标出了零时刻、第2 s初、第3 s末等时刻和第1 s内、1 s 内、3 s 内等时间。,三、位移和路程,一个人从北京去上海，可以选择不同的交通工具，既可以乘火车，也可以乘飞机，还可以坐汽车到天津再换乘轮船。使用不同的交通工具，运动轨迹是不一样的，但是，就位置的变动来说，他都是由北京到达了东南方向直线距离约 1 080 km 的上海，如下图所示。,在物理学中，用位移来表示质点的位置变化。当质点从A点运动到B点时，我们从初位置A到末位置B作一条有向线段AB

7、，用这条有向线段表示物体在这次运动中发生的位移，如右图所示。,有向线段的长度表示位移的大小，有向线段的方向表示位移的方向。在物理学中，像位移这样既有大小，又有方向的物理量，叫作矢量。位移通常用字母s表示，它的SI单位是m（米）。,路程是质点运动轨迹的长度。在上图中，质点的路程分别是曲线ACB、ADB、AEB的长度。像路程这样只有大小，没有方向的物理量，叫作标量。,四、速度和速率,不同物体的运动，其快慢程度往往不同。例如，运动员甲在8 s内跑过了64 m；运动员乙在6 s内跑过了54 m。他俩谁跑得快呢？,比较物体运动的快慢有两种方法：一种是在位移相同的情况下，比较所用时间的长短：时间短的，运动

8、得快；另一种是在时间相同的情况下，比较位移的大小：位移大的，运动得快。,由于第二种方法更接近人们的生活习惯，因此，人们把位移s与发生这个位移所用时间 t 的比值叫作物体的速度，通常用v表示，即,速度不但有大小，而且有方向，是矢量。速度的大小在数值上等于单位时间内位移的大小，速度的方向跟运动的方向相同。,速度的SI单位是 m/s（米/秒），常用的单位还有km/h（千米/时）。,1 m/s=3.6 km/h,我们可计算出前例中运动员甲、乙的速度分别为：,用上面的公式计算出的速度，表示物体在某段时间（或位移）内运动的平均快慢程度，叫作平均速度。平均速度只能粗略地描述运动的快慢。,2006年7月11日

9、，刘翔在瑞士洛桑国际田径大奖赛男子110米栏比赛中，以12秒88的成绩夺得冠军，并打破世界纪录。,他在比赛中的平均速度是,为了使描述更加精确，就需要选择物体在较短时间内的位移与时间的比值。如果这段时间取得足够小，就可以认为是物体在某一时刻（或某一位置）的速度，这个速度叫作瞬时速度。瞬时速度可以精确地描述物体运动的快慢。,因为，所以说运动员乙跑得比甲快。,演示实验,把打点计时器固定在桌子上，连接好电路，如下图所示。,用打点计时器测量瞬时速度,安装好纸带。启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出了一列小点，如下图所示。关闭电源。,由于每两个点之间的时间都是0.02 s，因此，选择某一点A，测量出

10、该点左右两点B、C间的位移大小，除以时间0.04 s，即可视为纸带经过A点时的瞬时速度。,DIS实验室 用光电门测量瞬时速度,随着信息技术的发展，中职物理的实验手段趋于多样化。DIS（即数字信息系统，由传感器数据采集器实验软件计算机构成）应用于物理实验，大幅度提高了实验精度和实验效率。,将实验用长木板的一端在桌面上支撑起来，形成一个斜面。将光电门连接到DIS实验系统的数据采集器上，放置在长木板的边上。调节光电门的高度，尝试着让小车从斜面上滑过，使小车上的挡光片可以顺利地通过光电门，实验装置如下图所示。,打开DIS实验系统中的速度测量功能，从一定高度释放小车，即可在显示屏上显示出小车经过光电门时

11、的速度值。更换不同宽度的挡光片，再将小车从原处释放，可以得到近似但不同的速度值。挡光片的宽度越小，得到的结果越接近小车经过光电门时瞬时速度的真实值。,速度的大小叫作速率，是标量。汽车上的速度计只能显示汽车速度的大小，不能显示汽车运动的方向，所以它显示实际上是汽车的瞬时速率。,表1-1 一些运动物体的速率或平均速率(单位：m/s),练习1-1,1地球的直径约为12 800 km，与太阳相距1.5108 km。当我们研究地球的公转时，能不能把它看成质点？研究地球上各处季节变化时，能不能把它看成质点？,答案：能；不能。,2一位运动员在学校里周长为400 m的标准跑道上跑了三圈，他跑过的路程是多少？他

12、的位移是多少？,答案：路程是1 200 m，位移是0。,32006年7月1日，世界上海拔最高、线路最长的高原铁路青藏铁路全线通车。下面是从北京开往拉萨的T 27次列车的时刻表，请说出火车到达西宁的时刻、停车时间、开出时刻，估算从北京到格尔木以及从格尔木到拉萨的平均速度。,答案：火车到达西宁的时刻是15:50；停车时间为20 min；开出时刻是16:10；从北京到格尔木的平均速度是88.2 km/h；从格尔木到拉萨的平均速度是81.7 km/h。,第二节 匀变速直线运动,四、位移公式,一、匀变速直线运动,二、加速度,三、速度公式,五、自由落体运动,一、匀变速直线运动,我们日常观察到的运动，其速度

13、经常是不断变化的。例如，汽车开动时，速度越来越大；行驶的汽车制动后，速度越来越小。人们把速度不断变化的直线运动，叫作变速直线运动。,一辆汽车沿一条直线从静止开始加速，1 s末的速度为 2 m/s，2 s末的速度为4 m/s，3 s末的速度为6 m/s那么，每经过1 s它的速度就增加2 m/s。做变速直线运动的物体，如果在任意相等的时间内，速度的变化量都相等，这种运动叫作匀变速直线运动。匀变速直线运动可分为匀加速直线运动和匀减速直线运动两种。,演示实验 用打点计时器测量加速度,将长木板的一端垫高，把打点计时器固定在长木板上较高处，连接好电路，把纸带穿过打点计时器连接到小车后部，如右图所示。接通电

14、源，让小车滑下，打点计时器在纸带上打下一列点，如下图所示。断开电源。,小车从光滑斜面滑下的运动可视为匀加速直线运动。可选择相距0.1 s的两个点A、B，分别测量并计算出两点的瞬时速度vA、vB，再根据加速度的定义，计算出该过程的加速度。,DIS实验室 用运动传感器测量加速度,用数据传输线将DIS的数据采集器与计算机连接起来，并接通电源。将实验用长木板的一端垫高，放置在桌面上。将运动传感器的接收端调整好高度，并固定在长木板较高处，用传输线连接在数据采集器上。将运动传感器的发射端固定在小车上，打开开关，放到接收端附近的木板上，同时打开系统的数据采集功能，释放小车，让其沿木板滑下。实验装置如图所示。

15、,当小车滑到底端后，系统在很短的时间内即可将小车位移随时间变化的图像显示在屏幕上，根据屏幕提示还可以显示v-t图像，根据图像可以选择测量适当时间内的加速度。,在前面的例子中，世界级的短跑运动员可以在2 s内将自身的速度从0提高到10 m/s，他的加速度大小为：,迫击炮可以在0.005 s内将炮弹的速度从 0 提高到250 m/s，炮弹的加速度大小为：,由计算结果可知，炮弹的加速度远远大于运动员的加速度。,加速度是矢量。在直线运动中，如果速度增加，即，则加速度是正值，表示其方向与运动方向相同；如果速度减少，即，则加速度是负值，表示其方向与运动方向相反。,例题1 汽车紧急制动前的速度是10 m/s

16、，制动后经过2 s车停下来，求汽车的加速度。,分析 汽车从制动到停止的过程可被看成是匀减速直线运动。题目中“停下来”的含义是末速度等于 0，因此，我们已经知道了初速度v0、速度变化所用的时间 t 和末速度vt，可直接用加速度公式来求解。,解 由加速度公式得,a为负值，表示加速度方向跟汽车运动方向相反，汽车做匀减速直线运动。,三、速度公式,如果我们已知一个匀变速直线运动的初速度 v0、加速度 a 和时间 t，则可以用速度公式求解末速度 vt：,例题2 一辆汽车原来的速度是36 km/h，后来以0.25 m/s2的加速度匀加速行驶。求加速40 s时汽车速度的大小。,解 v0 36 km/h 10

17、m/s，由速度公式得,（100.2540）m/s20 m/s,四、位移公式,如果我们已知一个匀变速直线运动的初速度 v0、加速度 a 和时间 t，则可以用位移公式求解位移 s：,例题3 一列火车在斜坡上匀加速下行，在坡顶端的速度是 8 m/s，加速度是 0.2 m/s2，火车通过斜坡的时间是 30 s，求这段斜坡的长度。,解 由匀变速直线运动的位移公式，得,还有一个常用的位移公式：,与内燃机车“赛跑”时，如果是百米比赛，由于我们可以在2 s内将速度提高到7 m/s左右，大约15 s就可以冲到终点；而内燃机车启动加速过程的加速度大约为0.1 m/s2，在15 s内能将速度提高到1.5 m/s左右

18、，大约前进11 m。因此，我们可以稳操胜券。,如果是1 000 m比赛，并假设我们都是世界级中长跑选手，能以7 m/s的速度跑完全程，那么，我们的成绩约为143 s；而火车仍然做匀加速直线运动，它跑完全程约需141 s。我们与火车是旗鼓相当，难分伯仲。,如果是2 000 m比赛，并假设我们仍能以7 m/s的速度跑完全程，那么我们的成绩约为286 s；而火车仍然做匀加速直线运动，它跑完全程只需约200 s。我们只有甘拜下风了。,五、自由落体运动,早在17世纪，意大利著名的物理学家伽利略就指出，我们平时之所以看到轻重不同的物体不能同时落地，是由于空气阻力的缘故。他的学生选择了形状相同、材料不同的两

19、个重球，重球的重力远大于空气阻力，让这两个球从比萨斜塔上同时落下，结果同时着地。,毛钱管演示实验：,物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫作自由落体运动。这种运动只有在真空中才能发生。在有空气的空间里，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略不计，物体的下落也可以看作是自由落体运动。,通过实验发现，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，而且在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫作重力加速度，通常用 g 来表示。,重力加速度的方向竖直向下，大小随地理位置的改变而略有不同。通常计算中，可以把 g 取作 9.8 m/s2；在粗略计算时，可把 g 取作 10 m/s2。,由于在自由

20、落体运动中，初速度 v0=0，加速度 a=g，因此，自由落体运动的规律可表示为：,练习1-2,1.一列做匀变速直线运动的火车，在50 s内速度由10 m/s增加到15 m/s，求火车加速度的大小是多少？,答：0.1 m/s2。,2.汽车紧急制动时速度是18 m/s，经过3 s车停下来，求汽车的加速度是多少？,3.一辆汽车原来的速度是20 m/s，后来以0.5 m/s2的加速度匀加速行驶。求加速20 s时汽车速度的大小是多少？,答：6 m/s2。,答：30 m/s。,5.用“投石计时”的方法可粗略测算水井的深度。在井口从静止开始释放一石块，经过2 s听到落水声，若忽略声音传播的时间，求井口到水面

21、的深度是多少？,答：19.6 m。,6.跳水运动员由静止开始从10 m跳台跳下，求运动员入水时的速度是多少？,答：14 m/s。,4.一列火车在进站时做匀减速直线运动，制动前的速率是72 km/h，加速度的大小为0.1 m/s2，求火车从制动到停下来，经过的距离是多少？,答：2 000 m。,五、摩擦力,第三节 重力 弹力 摩擦力,四、弹力,一、力,二、力的图示,三、重力,一、力,通过长期实践，人们认识到：物体运动状态的改变或物体形状的改变，都是由于物体间相互作用的结果。于是人们归纳出，力是物体间的相互作用。,写字时，手要对笔施力，才能抓牢笔杆书写；同时，笔杆对我们的手也施加了力，三个手指都被

22、笔杆挤变了形。,踢足球时，足球受到脚对它施加的力，向前滚去；同时，脚也会受到足球对它施加的力，脚趾可能会感到疼痛。,如果一个物体的运动状态或形状发生了改变，我们就可以推断，该物体受到了力的作用。,力的大小可以用弹簧秤测量。力的SI单位是N（牛）。,力是矢量，既有大小，又有方向。力的作用效果不仅与力的大小、方向有关，还跟力作用在物体上的作用点有关。因此，要把一个力准确地表达出来，就要表明力的这三个要素。,人们常用有向线段表示力。线段是按一定标度画出的，它的长短表示力的大小，它的箭头指向表示力的方向，箭尾表示力的作用点。这种表示力的方法，叫作力的图示。,例如，一个大小为 100 N，与水平方向的夹

23、角为30的拉力的图示，如左图所示。,二、力的图示,有时只需画出力的示意图，即只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力，如右图 所示。,重力的方向总是竖直向下的，并可认为是作用在物体的重心上，如右图所示。,人们通常把处于地面附近的物体受到的地球引力叫作重力，用 G 表示。物体所受重力 G 与物体质量 m 的关系是,三、重力,英国物理学家牛顿发现，宇宙中所有的物体之间都具有相互吸引的力的作用，这种力叫作万有引力。万有引力的大小跟两个物体的质量成正比，跟两个物体的距离的平方成反比。,G=mg,式中g是重力加速度。,四、弹力,发生形变后的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这

24、种力叫作弹力。例如，弹簧受力后会缩短或伸长，于是会对与它接触的物体产生弹力的作用，如右图所示。,英国物理学家胡克发现，在弹性范围内，弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比，即F=kx,式中的k被称为弹簧的劲度系数，单位是N/m（牛/米），不同弹簧的劲度系数一般是不同的，这个规律叫作胡克定律。,如果物体的形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体就不能恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。,有时物体的形变很小，不易观察。例如，一本放在水平桌面上的书与桌面间相互挤压，书和桌面都发生微小的形变。由于书的形变，它对桌面产生向下的弹力，这就是书对桌面的压力F1；由于桌面的形

25、变，它对书产生向上的弹力，这就是桌面对书的支持力F2。压力和支持力都是弹力，方向都垂直于物体的接触面，如左图所示。,力也是一种弹力。如右图所示的水桶受到的绳的拉力沿着绳，指向绳收缩的方向。,五、摩擦力,例如，用一个较小的力推箱子，箱子没有被推动。根据物体平衡条件可知，此时一定有一个力与推力大小相等，方向相反，从而抵消了推力的作用。这个力就是地面对箱子的静摩擦力，常用 Ff 来表示。静摩擦力有一个最大限度，这个限度叫作最大静摩擦力。当推力大于最大静摩擦力时，箱子就不能再保持静止，而要滑动了。,摩擦是一种常见的现象。两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会产生阻碍相对运动

26、的力，这种力叫作摩擦力。,当一个物体在另一物体表面滑动时，总会受到另一物体对它产生的阻碍它运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动方向相反，如下图所示。,实验表明：滑动摩擦力Ff的大小跟外力无关，只跟接触面间的正压力FN的大小成正比，可用下式来表示：,式中的是比例常数，称为动摩擦因数。它的数值与接触面的材料及粗糙程度等因素有关。,Ff=FN,几种材料间的动摩擦因数,还有一种摩擦力叫作滚动摩擦力。滚动摩擦力是一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦力。当压力相同时，滚动摩擦力比滑动摩擦力小很多。如右图所示的是生产中常见的滚动轴承。,摩擦力有时会给生产

27、、生活带来不便。例如：自行车上的各个轴承间如果长时间不添加润滑油，人在蹬骑时会感到非常费力；各种机器运行时传动部件间都有摩擦力，会多消耗能量、降低效率，甚至会损坏零件、缩短机器寿命。因此，人们常常给机器添加润滑油来减小摩擦力，保护机器，提高工作效率。,摩擦力真的没有用处吗？不是的，其实在生活中人们是离不开摩擦力的。例如：汽车在公路上启动，依靠的就是橡胶轮胎和路面间的摩擦力；火车在铁路上开动和制动，依靠的也是钢铁车轮与钢轨间的摩擦力。如果没有摩擦力，我们会寸步难行。走路、拿钢笔、用橡皮、戴帽子都需要摩擦力。可以说离开了摩擦力，我们就无法生活。,人在行走时，主要受重力、支持力和摩擦力三个力的作用。

28、人在地面上行走时，由于脚与地面间的摩擦力较大，因此人可以自如地控制自己的重心，在跨步行走时，使重心保持在两脚之间而不滑到；若到了冰面上，人的脚与冰面之间的摩擦力很小，人在跨大步时很难控制自身重心的移动，所以只能小步前进，因此就显得步履蹒跚。,练习1-3,1.画出下图中所示的几个力的图示：（1）马对车的拉力1000 N；（2）铁锤对钉子的打击力300 N；（3）电线对电灯的拉力8 N。,答：受力图如下所示：,2.用两根绳子把一个物体挂起来，如左图所示，物体受几个力的作用？请画出物体受力的示意图。,答：物体受力的示意图如右图所示。,3.一个物体在斜面上保持静止，如右图所示，物体受几个力的作用？请画

29、出物体受力的示意图。,4.一辆马拉雪撬的货物总质量是5.0103 kg，雪撬与水平冰面间的动摩擦因数是0.03，马要在水平方向上用多大的力才能拉着雪撬匀速前进？,答：1.5103 N。,5.科学探究：围绕鞋与地面的摩擦力这个话题，研究人们常穿的各种鞋，如皮鞋、运动鞋、旅游鞋、休闲鞋、布鞋、拖鞋等，在相同压力下，哪一种鞋与水泥地面的静摩擦力最大？向前、向后、侧向的摩擦力如何？运动鞋的底纹对摩擦力有怎样的影响?等等。请同学们分组，选择课题，讨论计划，准备用具，进行实验，记录数据，分析数据，得出结论，写出报告，与同学交流，请老师评价。,答：物体受力的示意图如右图所示。,第四节 力的合成与分解,一、合

30、力与分力,二、力的合成,三、力的分解,一、合力与分力,在物理学中，如果有一个力的作用效果与几个力的作用效果相同，我们就把这一个力叫作那几个力的合力，那几个力都叫作分力。,生活中我们常见这样的情境：一桶水，需要两个小孩才能提得动，而一个大人就可以把它提起来。此时我们可以说，两个小孩的力的作用效果与一个大人的力的作用效果相同。,演示实验,二、力的合成,求几个力的合力，叫作力的合成。,通过大量实验发现，两个互成角度的力合成时，遵守这样的法则：以表示这两个力的线段为邻边，作平行四边形，它的对角线就表示合力的大小和方向。这就是力的平行四边形定则。,两个分力的夹角可以在0180之间变化，当两个分力的大小固

31、定不变，只有夹角改变时，合力随夹角的变化情况如下图所示：,F1F2 F F1F2,例如，一个人斜拉着木块匀速前进，如左图所示。斜向的拉力对木块有两个作用，一个使木块向前进，另一个将木块向上提，减小了对地面的压力。,三、力的分解,已知合力，求分力的过程，叫作力的分解。,拉力在这两个方向上产生的作用力如右图所示。,若已知合力F及其与水平方向的夹角，则两个分力的大小分别为：,斜面上的物体都会受到竖直向下的重力，重力产生两个效果：平行于斜面使物体向下滑的分力，垂直于斜面使物体向下压的分力，如左图所示。,平行于斜面使物体向下滑的分力F1 和垂直于斜面使物体向下压的分力F2 的大小分别如右图所示。,如果已

32、知重力G和斜面的倾角，则,练习1-4,1.画出下图中分力F1和F2的合力。,答：合力如下图所示：,2.有两个分力，一个的大小是10 N，另一个的大小是2 N，它们的合力的大小能等于5 N、10 N、15 N吗？,答：合力可能等于10 N，不可能等于5 N、15 N。,3.有两个分力，其中F1的大小为15 N，方向水平向右；F2的大小为20 N，方向竖直向上。求它们的合力的大小是多少？方向如何？,答：合力的大小为25 N，方向向上偏右37，如右图所示。,4.画出下图中合力F 的分力。,答：合力F 的分力如下图所示。,5.在如右图所示的斜面上，有一重力G为100 N的小球。问：使小球沿斜面向下滑的

33、力和垂直于斜面向下压的力各是多少？,答：使小球沿斜面向下滑的力是50 N，垂直于斜面向下压的力是87 N。,第五节 牛顿运动定律,一、牛顿第一定律,二、牛顿第二定律,三、牛顿第三定律,一、牛顿第一定律,长期以来，人们在研究物体运动的原因时，根据直觉认为，要使一个物体运动，必须推或拉它。当不再推或拉时，运动的物体便会停下。,根据这类经验，在公元前4世纪，古希腊的哲学家亚里士多德得出结论：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就保持静止。由于这一论断符合人们的常识，以至在其后的两千年里，大家都奉为经典。,直到16世纪末，意大利的伽利略对亚里士多德的论断表示了怀疑。他注意到，当一个球

34、沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而向上滚动时，它的速度减小。他由此猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。,实际上伽利略发现，当球在水平面上滚动时，球的速度越来越慢，最后停下来。伽利略认为，这是由于摩擦阻力的缘故，因为他还观察到，水平表面越光滑，球便会滚得越远。于是，他推断：若没有摩擦阻力，球将永远滚下去。,英国的物理学家牛顿在伽利略等人研究的基础上，并根据自己的研究，系统地总结了力学的知识，提出了三条运动定律，其中第一条定律的内容是：一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。这就是牛顿第一定律。,由于我们把物体总保持原来运动状态的性质叫作惯性。因此，牛顿

35、第一定律又叫作惯性定律。,正在高速行驶的汽车紧急制动时，车上乘客会由于惯性继续向前冲，有时会造成严重的伤害。因此，汽车的前排座位上通常都要配置安全带，高级汽车中还配有安全气囊以保证乘车者的安全。,牛顿第一定律告诉我们，物体如果不受外力，它将保持原来的运动状态。由此可以知道，如果物体受到外力作用，物体的运动状态必将改变。,二、牛顿第二定律,列车出站时，在机车牵引力的作用下，由静止开始运动，并且速度不断增大；列车进站时，由于受到阻力的作用，速度不断减小，最后停止下来；抛出的铅球、射出的炮弹，由于受到重力的作用，速度的大小和方向都不断发生改变，做曲线运动。可见，物体运动状态的改变，是由于受到了力的作

36、用，力是物体运动状态改变的原因。,在匀变速直线运动中，加速度的大小与哪些因素有关呢？,物体运动状态发生改变时，会产生加速度，因此可以说力是使物体产生加速度的原因。,在匀变速直线运动中，加速度的大小与哪些因素有关呢？,当物体质量一定时,当合外力一定时,演示实验 加速度与物体受力、物体质量的关系,1.加速度和外力的关系,2.加速度和质量的关系,质量相同的物体，物体的加速度与其所受的外力成正比。,在相同外力作用下，物体的加速度与其质量成反比。,通过上述实验，我们可以得出如下结论：物体的加速度跟所受的外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟外力的方向相同。这就是牛顿第二定律。,用数学公式表示为,

37、由牛顿第二定律可以看出，质量不同的物体，运动状态改变的难易程度不同，或者说它们的惯性大小不同。在外力相同的情况下，质量大的物体获得的加速度小，它的运动状态难改变，即惯性大；质量小的物体获得的加速度大，它的运动状态容易改变，即惯性小。因此，质量是物体惯性的大小的量度。,由于火车的质量巨大，要使高速火车停下来是很困难的，需要很长的时间和路程来减速，我国的高速列车甚至需要2 km以上的距离来停止，所以，在列车经过的路口采取提前禁行的措施是非常必要的。,例题1 吊车要在10 s内将地面上的货物吊到10 m高处，货物的质量是2.0103 kg，假设货物被匀加速吊起，问吊车缆绳对货物的拉力是多少？,分析

38、以货物为研究对象。货物匀加速向上运动，可判断货物受到的合力向上。由货物的运动状态和匀变速直线运动的规律，我们可以求出它的加速度。再对货物进行受力分析，如右图所示，货物受到两个力的作用：竖直向上的拉力F和竖直向下的重力G，应用牛顿第二定律即可解出拉力的大小。,解 由匀变速直线运动的位移公式 及，得,由货物的受力分析，可知,F合FG=ma,F=G+ma=mg+ma=(2.01039.8+2.01030.20)N=2.0104 N,演示实验（点击以下画面可播放）,三、牛顿第三定律,在初中我们学过，力是物体间的相互作用。两个物体之间的作用总是相互的，一个物体对另一个物体有力的作用，后一个物体一定同时对

39、前一个物体有力的作用。物体间相互作用的这一对力，通常叫作作用力和反作用力。我们把其中的一个力叫作作用力，另一个力就叫作反作用力。,DIS实验室 用传感器研究作用力与反作用力,将DIS实验系统的两个力传感器分别与计算机连接好。先用手推、拉每个力传感器的测量端，测量端受力的大小将实时地显示在计算机屏幕上。,用两只手分别握住两个力传感器，将它们的测量端连接在一起。当两只手分别用力互拉时，两测量端受力的情况都实时地显示在屏幕上，如右图所示。,大量实验证明：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，作用在同一条直线上。这就是牛顿第三定律。用公式可表示为：,F=F,上式中，F、F 分别表示作用

40、力和反作用力，负号表示它们的方向相反。,作用力和反作用力总是成对出现，同时产生，同时消失。,作用力与反作用力是同种性质的力。如：作用力是吸引力，反作用力也一定是吸引力；作用力是弹力，反作用力也是弹力；作用力是摩擦力，反作用力也是摩擦力。,人走路时，脚总是不断地向后蹬地，地面受到了向后的摩擦力，同时，脚也受到了向前的摩擦力，从而使人向前运动；骑自行车时，人用力地蹬踏使后轮转动，对地面产生向后的摩擦力，地面对后轮产生向前的摩擦力，推动自行车前进；喷气式飞机的引擎与火箭动力系统的工作原理相似，都是燃烧燃料并高速排放气体。,作用力和反作用力总是分别作用在两个物体上，各自产生各自的作用效果，不能平衡，不

41、能抵消。,练习1-5,1.现代高级轿车中不但有安全带，还有安全气囊，请查阅资料，了解它们的作用。,答：安全带的作用，是在发生碰撞时将人牢牢地固定在座位上，从而有效避免或减轻巨大的惯性和冲力对驾乘者带来的伤害。安全气囊在碰撞前迅速在车与人之间打开一个充满气体的气垫，缓和驾乘者受到的冲击并吸收碰撞能量，进一步减轻对驾乘者的伤害。,安全气囊必须与安全带配合使用。如果碰撞之前没有系好安全带，瞬间充气的安全气囊将与具有巨大向前惯性的驾乘者正面相撞，气囊快速膨胀所发出的巨大冲击力，将重重地撞击驾乘者的头部及胸部，会对驾乘者造成很大的伤害。,2.“长征二号”捆帮式运载火箭是为了适应我国航天事业发展，由我国的

42、航天科学家自主研制成功的。它有4个助推器，起飞时有8台发动机点火工作，推力达到5.92106 N，火箭起飞质量为4.6105 kg，则它的起飞加速度最大是多少？,答：3.1 m/s2。,3.2007年4月18日我国铁路实施第六次大面积提速后，“和谐号”CRH系列国产化动车组列车最高速度可达250 km/h。某动车组列车采用四节动车和四节拖车固定编组形式，总质量3105 kg，启动牵引力为2105 N，受到的阻力为8104 N，假设在启动过程中牵引力、阻力都不变，问它启动时的加速度是多少？,答：0.4 m/s2。,答：1.0 103 N。,4.2008年9月25日晚9时10分许，中国自行研制的第

43、三艘载人飞船“神舟七号”，在酒泉卫星发射中心载人航天发射场由“长征二号F”运载火箭发射升空。点火第12 s时，火箭到达了距地面高度约为216 m处。假设其中一位航天员的质量为80 kg，火箭升空时做匀变速直线运动，那么在此过程中，该航天员受到的支持力为多少？,5.马向前拉车时，车也向后拉马，这两个力大小相等，方向相反，彼此平衡，合力为零，所以马无论如何也拉不动车。这种说法错在哪里？,答：马向前拉车时，车也向后拉马，这两个力大小相等，方向相反。但由于马拉车的力作用在车上，车拉马的力作用在马上，因此不能平衡，不能抵消，而是各自产生各自的效果。马向后蹬地，地向前推马，这就是马前进的动力F1。F1 大

44、于车拉马的力F，因此马能前进；车受到马的拉力F和地面的摩擦力F2，由于F大于F2，因此车也能前进。受力情况如下图所示。,6.分别用左右手的两根手指捏住一张平整的纸片的两端，慢慢用力，你能将它同时撕成三块吗？如果在中间先撕开两个缺口呢？,答：不能；也不能。,第一节 功 功率,一、功,二、功率,一、功,在初中，我们已经学过有关功的初步知识。一个物体受到力的作用，如果在力的方向上发生了一段位移，我们就说这个力对物体做了功。例如，人拉车前进，车在人的拉力作用下发生了一段位移，就说人的拉力对车做了功。,如果物体在恒力F 作用下，沿力F 的方向发生的位移是s，如下图所示，那么，力F 对物体做的功为W=Fs

45、。功是标量。功的SI单位是J（焦）。,力和物体在力的方向上发生的位移，是做功的两个不可缺少的因素。例如，一个物体在光滑的水平面上做匀速直线运动，因为物体在位移方向上没有受力，所以，没有力对物体做功；某人举着一个物体向前匀速运动，虽然用了力，但在力的方向上没有位移，所以，他也没有做功。,在实际生活和生产中，物体的运动方向并不总是跟力的方向相同，当力的方向跟运动方向成某一角度 时，怎样来计算这个力做的功呢?,我们可以把力F分解成与位移方向平行的分力F1和与位移方向垂直的分力F2，如下图所示。,在物体发生位移s的过程中，由于物体在F2的方向上没有发生位移，因此，F2对物体做的功等于零；F对物体做的功

46、W就等于F1s，而F1=Fcos，所以,W=Fscos,这就是说，力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移间夹角的余弦这三者的乘积。,讨论：,当0时，cos1，WFs，力和位移方向相同，力对物体做正功。,当090时，cos0，W为正值，力对物体做正功。,当90时，cos0，W0，力和位移方向垂直，力对物体不做功。,当90180时，cos0，W为负值，力对物体做负功。,当180时，cos1，WFs，力和位移方向相反，力对物体做负功。,一个力对物体做负功，表示这个力阻碍物体的运动。因此，当力对物体做负功时，常说物体克服这个力做功。例如，当摩擦力对物体做负功时，也可以说物体克服摩擦力做功

47、。,如果公式W=Fscos中的F是几个力的合力，那么式中的是合力方向与物体位移方向间的夹角，W就是合力做的功。可以证明，合力做的功等于各个分力做功的代数和。,例题1 一个质量为150 kg的小车，受到与水平方向成37角斜向上方的拉力500 N，在水平地面上移动的距离为5 m。物体与地面间的滑动摩擦力为100 N，求合力对物体做的功。,分析 小车在水平地面上移动时，受到重力G、支持力FN、拉力F和摩擦力Ff四个力的作用，如图所示。由于重力G、支持力FN的方向与小车的位移方向垂直，不做功，因此合力做的功就是拉力F和摩擦力Ff做功的代数和。,解 拉力做的功：,WFFscos5005cos37J2 0

48、00 J,摩擦力做的功：,WfFfs1005 J500 J,合力做的功：,W合WFWf（2 000500）J1 500 J,二、功率,不同物体做相同的功，所用的时间往往不同，也就是说，做功的快慢不相同。一台起重机能在1 min内把1 t货物提到楼顶，另一台起重机只用30 s就可以做相同的功。第二台起重机比第一台做功快一倍。,在物理学中，用功率来表示做功的快慢程度，功W 跟完成这些功所用时间t 的比值，叫作功率。用P 表示功率，则有,功率是标量。功率的SI单位是W（瓦）。,电动机、内燃机等动力机械都标有额定功率，这是在正常条件下可以长时间工作的功率。实际输出功率往往小于这个数值。例如，某汽车内燃

49、机的额定功率是100 kW，但在平直公路上中速行驶时，发动机实际输出的功率只有20 kW左右。在特殊情况下，例如在穿越障碍时，司机通过增大供油量可以使实际输出的功率大于额定功率，但这对发动机有害，只能工作很短的时间，而且要尽量避免。,即功率等于力和物体运动速度的乘积。从公式可以看出，汽车、火车等交通工具，当发动机的功率P 一定时，牵引力F 和速度v 成反比。,把W=Fs代入功率的公式，可得，由于，所以,P=Fv,汽车发动机的转动通过变速箱中的齿轮传递到车轮，转速比可以通过变速杆来改变。发动机的最大输出功率是一定的，所以汽车在上坡时，司机要用“换挡”的方法减小速度，来得到较大的牵引力。在平直公路

50、上，汽车受到的阻力较小，需要的牵引力也较小，这时就可以使用高速挡，使汽车获得较高的速度。,然而，在发动机功率一定时，通过减小速度提高牵引力或通过减小牵引力而提高速度，效果都是有限的。所以，要提高速度和增大牵引力，必须提高发动机的额定功率，这就是高速火车、汽车和大型舰船需要大功率发动机的原因。,例题2 某汽车发动机的额定功率是6.0104 W，在水平路面上行驶时受到的阻力是1.8103 N，求发动机在额定功率时汽车匀速行驶的速度。在同样的阻力下，如果行驶速度只有54 km/h，发动机输出的实际功率是多少？,分析 汽车匀速行驶时，牵引力和阻力相等。由发动机的额定功率和牵引力，利用公式P=Fv即可求