【高中物理课件】牛顿运动定律复习课课件

牛顿运动定律复习欢迎来到高中物理必修课程的重点内容复习课本节课我们将系统梳理牛顿三大运动定律的核心概念、深入理解力学中的重要物理量，并通过丰富的实例和练习来提升解决实际物理问题的能力牛顿运动定律是经典力学的基石，不仅在高考中占据重要地位，更是理解自然界运动规律的关键理论通过本次复习，我们将建立完整的力学知识体系，为后续物理学习奠定坚实基础课程目标掌握基本概念深入理解牛顿三大运动定律的基本概念，准确把握惯性、力、加速度、质量等核心物理量的含义及其相互关系理解物理原理全面掌握力学中的重要概念和定律，建立完整的力学知识框架，理解物体运动状态改变的根本原因解决实际问题能够熟练运用牛顿运动定律分析和解决各种力学问题，提高物理建模和数学运算能力提升分析能力培养科学的思维方法，增强分析复杂物理现象的能力，为高考和进一步学习做好充分准备学习内容概览牛顿第一运动定律惯性定律的深入理解，包括惯性概念、参考系理论和实际应用牛顿第二运动定律加速度定律的数学表达式、物理意义和解题方法牛顿第三运动定律作用力与反作用力定律的特点、应用和常见误区综合应用三大定律的综合运用、典型例题分析和解题技巧总结第一部分牛顿第一运动定律历史背景理论意义牛顿第一运动定律建立在伽利略理想实验的基础上，是对第一定律不仅描述了物体的运动规律，更重要的是定义了亚里士多德错误观点的重要修正伽利略通过斜面实验发惯性参考系的概念，为整个经典力学理论体系提供了坚实现了惯性现象，为牛顿定律的建立奠定了基础的理论基础牛顿第一运动定律的表述定律表述别名含义一切物体都具有保持匀速直该定律也称为惯性定律，线运动状态或静止状态的性强调了惯性是物体的固有属质，直到有外力迫使它改变性惯性定律的命名突出了这种状态为止这一定律揭物体保持原有运动状态的倾示了物体运动的本质特征向性发展历程最早由伽利略通过理想实验发现，后来牛顿在《自然哲学的数学原理》中加以完善和系统化，成为经典力学的第一定律惯性的概念本质属性惯性是物体的固有属性质量关系质量越大惯性越大保持状态保持运动状态不变的性质惯性是物体保持原有运动状态不变的性质，这种性质完全由物体本身决定，与外界因素无关质量是惯性大小的唯一量度，质量越大的物体，其惯性越大，改变运动状态就越困难在日常生活中，我们经常能观察到惯性现象，比如重型卡车比小轿车更难改变运动状态参考系与惯性参考系参考系定义用来描述物体运动的参照物体系，是研究运动必须首先确定的基础概念惯性参考系牛顿第一定律成立的参考系，在这类参考系中物体遵循惯性定律地面参考系地面在大多数情况下可以近似看作惯性参考系，满足日常物理分析需要生活中的惯性现象

（一）急刹车现象公交启动跳水助跑当汽车突然刹车公交车启动时，乘跳水运动员在起跳时，乘客由于惯性客身体向后仰，这前需要助跑，利用会继续保持原来的是因为身体由于惯惯性使身体在离开运动状态，因此身性要保持原来的静跳板后仍保持向前体会向前倾斜这止状态，而车辆已的运动状态，增加是惯性定律在交通经开始向前运动跳跃距离工具中最常见的体现抽纸实验快速抽取桌上的纸张而不带动上面的物体，是利用了物体的惯性，使其保持原来的静止状态生活中的惯性现象

（二）甩干衣服锤头固定洗衣机甩干原理是利用衣服中水滴的惯敲击锤柄使锤头固定是利用锤头的惯性，当筒壁突然停止时，水滴由于惯性性，当锤柄突然停止时，锤头继续向下继续运动而被甩出运动而套紧电梯感觉足球运动乘坐电梯时的超重和失重感觉，是由于足球在草地上的滚动和停止体现了惯性身体惯性与电梯加速度之间的相互作用原理，球员利用惯性进行各种技术动产生的作牛顿第一定律的实验验证斜面实验设计伽利略设计了著名的斜面实验，让小球从不同角度的斜面上滚下，观察摩擦力对运动的影响通过改变斜面的倾角和表面粗糙程度，研究阻力与运动状态的关系摩擦力影响观察实验发现，当水平面越光滑（摩擦力越小）时，小球运动的距离越远，速度减小得越慢这个现象引导人们思考如果完全没有摩擦力会发生什么？理想状态推导通过逻辑推理得出结论在完全没有阻力的理想情况下，水平运动的物体将永远保持匀速直线运动状态这个理想实验为牛顿第一定律提供了重要的实验基础思考题太空中的惯性惯性与重量宇航员在太空中能够长时惯性只与质量有关，与重间保持同一运动状态，是量无关在不同的重力环因为太空环境接近真空，境中，物体的重量会改几乎没有阻力作用，符合变，但惯性（质量）保持牛顿第一定律的理想条不变件赛车设计F1F1赛车追求轻量化是为了减小惯性，使赛车能够更快地改变运动状态，提高加速性能和操控性能牛顿第一定律的应用举例安全带设计原理飞机起飞加速汽车安全带的设计基于惯性定律当车辆突然停止时，乘飞机在跑道上加速起飞时，乘客会感到身体被推向座椅客由于惯性会继续向前运动，安全带能够提供必要的约束后方，这实际上是乘客的惯性作用身体倾向于保持原来力，防止乘客因惯性而受伤现代安全带还配备了预紧装的静止状态，而飞机已经开始加速前进，产生了相对运动置和限力装置，更好地保护乘客安全的感觉冰球运动滑行人造卫星运行冰球在光滑的冰面上能够滑行很远的距离，这是因为冰面人造卫星在太空中的持续运行是惯性定律的完美体现在摩擦力很小，接近理想的无阻力状态冰球的长距离滑行几乎没有阻力的太空环境中，卫星一旦获得合适的速度，很好地验证了牛顿第一定律就能够长期保持轨道运动第一定律练习题多选题判断题分析题下列现象中属于惯性现象的有A.急刹物体的惯性与其质量无关（×）分析高速行驶的汽车突然转弯的物理过车时人向前倾B.投出的铅球继续前进C.程解析惯性的大小完全由物体的质量决拍打衣服除尘D.离心机分离物质定，质量是惯性大小的唯一量度质量车辆转弯时改变运动方向，但乘客由于正确答案A、B、C、D所有选项都越大，惯性越大，改变运动状态越困惯性倾向于保持原来的直线运动状态，体现了物体保持原有运动状态的惯性特难因此会感受到向外的离心力作用征第二部分牛顿第二运动定律理论背景牛顿第二定律建立在大量实验观察的基础上，是对力与运动关系的定量描述数学表达F=ma这个简洁的公式包含了丰富的物理内容，是力学计算的核心工具实际应用从日常生活到航天工程，第二定律都有着广泛而重要的应用价值牛顿第二运动定律的表述定律表述数学表达式适用条件物体加速度的大小与所受合外F=ma，其中F表示合外力，该定律适用于惯性参考系中质力成正比，与物体质量成反m表示物体质量，a表示加速量不变的宏观物体对于高速比，加速度方向与合外力方向度这个公式简洁而深刻，是运动（接近光速）或微观粒相同这个定律建立了力、质解决力学问题的基本工具子，需要使用相对论力学或量量和加速度之间的定量关系子力学牛顿第二定律的物理意义同时性关系力与加速度总是同时出现，同时消失没有力就没有加速度，有力必然产生加速度这种同时性关系体现了力的瞬时效应变化对应性力不变则加速度不变，力随时间改变，加速度也随时间改变这种对应关系使我们能够通过控制力来精确控制物体的运动状态实践指导意义该定律为获取较大加速度提供了理论依据增大推力或减小质量这个原理广泛应用于交通工具设计和运动训练中牛顿第二定律的数学表达式标准形式F=ma（国际单位制）比例关系F=kma（k为比例系数）基本关系3力、质量、加速度的定量关系在国际单位制中，当力的单位为牛顿N，质量单位为千克kg，加速度单位为米每二次方秒m/s²时，比例系数k等于1，因此得到简洁的表达式F=ma这个表达式不仅数学形式简单，而且物理意义明确，是解决力学问题的核心公式力的单位牛顿1N1kg标准定义质量基准使质量为1kg的物体获得1m/s²加速度所国际千克原器定义的标准质量单位需的力1m/s²加速度标准每秒速度增加1米每秒的加速度牛顿N是国际单位制中力的导出单位，其定义建立在质量、长度和时间三个基本单位的基础上1牛顿的力相当于一个中等大小苹果对手的压力，这样的类比有助于建立对力的大小的直观认识在实际应用中，还有其他力的单位如达因、磅力等，但牛顿是最标准和常用的单位牛顿第二定律的实验验证力与加速度关系质量与加速度关系保持质量不变，改变作用力大小，保持作用力不变，改变物体质量，测量对应的加速度值，验证两者成测量对应的加速度值，验证两者成正比关系反比关系数据分析处理结论验证确认通过图像法处理实验数据，得出F-a实验结果与理论预期高度吻合，证和m-a的线性关系，验证F=ma的明牛顿第二定律的普遍正确性正确性牛顿第二定律的向量表示矢量性质力和加速度都是矢量，既有大小又有方向在分析问题时必须同时考虑大小和方向两个要素，这是正确应用第二定律的关键方向一致性合外力与加速度方向始终一致，这是第二定律的重要特征无论力如何变化，加速度都会跟随力的方向变化分解应用在实际问题中，常常需要将力和加速度分解到不同方向上分别分析，利用分解法可以简化复杂问题的求解过程牛顿第二定律公式的变形与应用求力的形式求加速度形式F=ma a=F/m当已知物体的质量和加速度时，可以直接计算物体所受的合当已知作用力和物体质量时，可以计算物体的加速度这种外力这种形式在分析物体受力情况时最为常用，特别适用形式常用于预测物体的运动状态变化，在运动学计算中应用于动力学分析问题广泛求质量形式综合应用m=F/a三种形式的灵活运用当已知力和加速度时，可以计算物体的质量这种形式在实在实际问题中，需要根据已知条件和求解目标选择合适的公验中测量未知物体质量时非常有用，也用于验证理论计算的式形式，有时还需要结合运动学公式联立求解正确性生活中的牛顿第二定律应用火箭发射原理火箭通过喷射高速气体产生巨大的推力，根据F=ma，推力越大，火箭获得的加速度越大现代火箭采用多级设计，通过减轻质量来增大加速度运动员起跑短跑运动员起跑时用力蹬地，地面给予运动员反作用力，这个力产生向前的加速度运动员的爆发力越强，获得的加速度越大高铁加速分析高铁的牵引电机提供强大的牵引力，克服阻力后的净力使列车加速高铁设计时要平衡动力、重量和速度的关系电梯运行电梯加速上升时，乘客感受到的支持力大于重力，净力向上产生向上的加速度，这就是超重现象的物理本质常见误区纠正加速度与速度方向运动方向与受力错误观点加速度方向一定与速错误观点物体一定沿着受力方度方向一致向运动正确理解加速度方向由合外力正确理解物体运动方向由初始决定，与速度方向无关减速运速度和后续的合外力共同决定动中加速度与速度方向相反，曲力只能改变速度，不能决定运动线运动中两者夹角可以是任意角方向度力与速度关系错误观点力的大小决定速度的大小正确理解力决定加速度而非速度相同的力作用在不同质量的物体上产生不同的加速度，最终速度还取决于作用时间匀变速直线运动中的受力分析加速运动合外力方向与运动方向一致，物体速度不断增大加速度保持恒定，速度呈线性增长减速运动合外力方向与运动方向相反，物体速度不断减小加速度为负值，速度线性递减直至为零瞬时静止速度为零的瞬间，如果合外力不为零，物体仍有加速度，将继续改变运动状态基本例题讲解水平面恒力问题分析水平面上物体受恒定外力作用的运动首先分析受力情况，画出受力图，然后根据F=ma计算加速度，最后结合运动学公式求解位移和速度竖直方向运动分析竖直方向运动物体的受力重力始终向下，其他力可能向上或向下注意区分重力、支持力、拉力等不同性质的力，正确建立坐标系连接体系分析对于用绳连接的多个物体可采用整体法求系统加速度，再用隔离法求内力关键是正确分析各物体的受力和运动状态难点分析共点力系的合成平行四边形法则两个力的合成遵循平行四边形法则，对角线表示合力的大小和方向三角形法则将两个力首尾相接，从起点到终点的矢量就是合力，等效于平行四边形法则分解与合成复杂受力情况下，先将各力分解到坐标轴上，再在各轴上合成实际应用工程设计中广泛应用力的合成与分解，如桥梁受力分析、建筑结构设计等第二定律练习题选择题练习计算题练习质量为2kg的物体受到4N的水平推力，其加速度为多少？已知物体质量3kg，加速度

1.5m/s²，求合外力解F=ma=3kg×

1.5m/s²=

4.5N解根据F=ma，a=F/m=4N/2kg=2m/s²注意这里求得的是合外力，实际作用在物体上的各个力答案物体的加速度为2m/s²，方向与推力方向相同的矢量和分析题分析自由落体运动中的加速度与重力关系在自由落体运动中，物体只受重力作用，根据F=ma，有mg=ma，所以a=g这说明自由落体加速度只与重力场强度有关，与物体质量无关第三部分牛顿第三运动定律相互作用大小相等力的作用总是相互的，孤立的力在作用力与反作用力在数值上完全相自然界中不存在，任何力都是成对等，这种等值关系是绝对的，不受出现的任何条件影响不同物体同时存在两个力分别作用在不同的物体上，作用力与反作用力同时产生、同时因此不能相互抵消，各自产生各自消失，不存在时间上的先后顺序的效果牛顿第三运动定律的表述基本表述相互性原理两个物体之间的作用力和力的作用是相互的，不存反作用力总是大小相等，在只施力不受力的物体，方向相反，作用在同一直也不存在只受力不施力的线上这个定律揭示了力物体任何相互作用都涉的相互性本质及至少两个物体不可抵消性作用力与反作用力不能相互抵消，因为它们分别作用在不同的物体上每个力都会在各自的作用对象上产生相应的效果作用力与反作用力同时产生消失严格的时间同步性大小相等方向相反2数值相等但方向相反相互作用力对物体间一对相互作用的力作用力与反作用力是物理学中描述物体间相互作用的一对力这对力具有严格的对称性它们不仅在大小上完全相等，在方向上完全相反，而且在时间上完全同步无论是接触力还是非接触力，都遵循这个基本规律例如，当你用手推墙时，手对墙的推力和墙对手的反推力就构成一对作用力与反作用力作用力与反作用力的特点不同物体大小相等方向相反性质相同作用力与反作用力必须无论物体大小、质量如两个力的方向沿同一直作用力与反作用力的性分别作用在相互作用的何不同，作用力与反作线但指向相反，这种相质完全相同，都是弹性两个不同物体上，这是用力的大小都严格相反性是绝对的，不受物力、都是摩擦力或都是第三定律的基本特征等蚂蚁爬在大象身上体运动状态的影响万有引力等，不会出现正因为如此，这两个力时，它们之间的相互作性质不同的一对力不会相互抵消用力大小完全相同作用力与反作用力的实例人站在地面磁铁相互作用当人站在地面上时，人对地面施加向下的压力，同时地面两块磁铁之间无论是相互吸引还是相互排斥，作用在它们对人施加向上的支持力这两个力大小相等、方向相反，身上的磁力大小都完全相等即使一块磁铁比另一块大得分别作用在地面和人身上多，这个规律依然成立•人对地的压力向下•磁力作用相互•地对人的支持力向上•大小始终相等•两力大小相等•与磁铁大小无关作用力与反作用力与平衡力的区别比较项目作用力与反作用力平衡力作用对象作用在不同物体上作用在同一物体上产生效果各自产生效果，不能效果相互抵消，物体抵消平衡存在条件只要有相互作用就存物体处于平衡状态才在存在性质要求性质必须相同性质可以不同理解这两种力的区别对于正确分析物理问题至关重要在解题时，要特别注意分析力的作用对象，这是判断是否为作用力与反作用力的关键标准牛顿第三定律的应用走路的物理原理人走路时，脚向后蹬地，地面给脚一个向前的反作用力，这个反作用力推动人体向前运动走路的本质是利用地面的反作用力来获得前进的动力划船前进机制划桨时，桨向后推水，水对桨产生向前的反作用力，船在这个反作用力的推动下前进桨推水的力越大，水的反作用力越大，船前进得越快游泳运动原理游泳者用手和脚向后推水，水对人体产生向前的反作用力不同的游泳姿势实际上是不同的推水方式，目的都是为了获得更大的向前推力鸟类飞行机理鸟类拍打翅膀向下推压空气，空气对翅膀产生向上的反作用力，当这个力大于鸟的重量时，鸟就能够飞起来并在空中飞行第三定律练习题判断题选择题作用力和反作用力一定作用在同下列哪一对力是作用力与反作用一物体上（×）力？解析这是一个常见的错误理A.物体的重力和支持力B.拉力和解作用力与反作用力必须分别摩擦力C.书对桌子的压力和桌子作用在相互作用的两个不同物体对书的支持力D.两个分力和它们上，这是第三定律的基本特征的合力正确答案C分析题分析人在地面上行走的全过程人走路时脚向后蹬地（作用力），地面对脚向前推（反作用力）正是这个向前的反作用力使人能够前进第四部分牛顿运动定律的综合应用综合分析实际物理问题往往需要综合运用三大定律，建立完整的分析框架，从多个角度理解物体的运动规律系统方法掌握系统化的解题思路和方法，能够有条理地分析复杂的力学问题，提高解题效率和准确性实际应用将理论知识与实际问题相结合，培养运用物理原理解决工程和生活问题的能力解题思路与方法明确研究对象首先要确定研究的是哪个物体或哪个物体系统，这是解题的第一步也是最关键的一步选择参考系选择合适的参考系，通常选择地面参考系，但在某些问题中可能需要选择其他参考系3分析受力情况仔细分析研究对象受到的所有力，画出受力示意图，注意力的性质、大小和方向应用定律列方程根据具体情况应用相应的牛顿定律，建立数学方程，注意矢量性和坐标系的选择求解并检验解方程求出未知量，并检验结果的合理性，包括数值大小、单位和物理意义常见力的分析重力分析重力G=mg，方向总是竖直向下，指向地心重力是由于地球对物体的万有引力产生的，在地面附近可以认为重力不变弹力特征弹力垂直于接触面，方向由形变方向决定压力、支持力、拉力都属于弹力，大小由物体的形变程度和弹性系数决定摩擦力规律摩擦力平行于接触面，方向与相对运动或相对运动趋势方向相反静摩擦力大小由外力决定，滑动摩擦力等于μN张力传递绳子的张力沿绳子方向，在轻绳中张力处处相等张力是绳子传递力的方式，可以改变力的方向但不改变力的大小动力学问题的解决步骤绘制受力图建立坐标系准确画出研究对象受到的所有力，选择合适的坐标系，通常以加速度包括重力、弹力、摩擦力等，标明方向为坐标轴方向，或者以水平和每个力的方向和作用点竖直方向为坐标轴力的分解合成列方程求解将各个力分解到坐标轴上，或者将在各个坐标轴方向上应用牛顿第二同一直线上的力进行合成，简化受定律，列出方程组，求解未知量力分析连接体系的分析方法整体法应用隔离法分析将整个连接体系看作一个整体，分析系统受到的外力，根将系统中的各个物体分别隔离出来，单独分析每个物体的据F=ma求出系统的整体加速度这种方法适用于求解系受力情况，包括外力和内力这种方法可以求出系统中任统的公共加速度意两部分之间的相互作用力整体法的优点是避免了分析内力，使问题简化但无法直隔离法更加详细和全面，但需要分析的力较多，计算相对接求出系统内部各部分之间的相互作用力复杂在求解内力时必须使用隔离法在实际解题中，通常先用整体法求出系统加速度，再用隔离法求出内力两种方法的有机结合能够高效地解决复杂的连接体问题典型例题斜面上的物体运动光滑斜面运动只受重力和支持力，沿斜面加速下滑粗糙斜面运动还需考虑摩擦力的影响，可能匀速或减速斜面连接体系多个物体通过绳子连接在斜面上的复杂运动斜面问题是高中物理的经典问题类型解决斜面问题的关键是正确建立坐标系，通常以沿斜面向下为x轴正方向，垂直斜面向上为y轴正方向在光滑斜面上，物体的加速度为gsinθ；在粗糙斜面上，还要考虑摩擦力的影响，加速度为gsinθ-μcosθ对于连接体系问题，要注意绳子张力的分析和约束条件的应用。