中職物理高教版（2021）電工電子類第七節(jié) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用一等獎(jiǎng)備課課件ppt

這是一份中職物理高教版（2021）電工電子類第七節(jié) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用一等獎(jiǎng)備課課件ppt，共41頁。PPT課件主要包含了情境與問題，主要內(nèi)容，牛頓第一定律，牛頓第二定律，牛頓第三定律，國際單位制，思考與討論等內(nèi)容，歡迎下載使用。
2020年12月1日，嫦娥五號(hào)在月球正面預(yù)選著陸區(qū)著陸，如圖1-7-1所示。12月17日凌晨，嫦娥五號(hào)返回器攜帶月球樣品著陸地球。 嫦娥五號(hào)是如何實(shí)現(xiàn)從地面飛向月球的？在月球完成鉆取采樣及封裝后，又是如何在月球?qū)崿F(xiàn)地外天體起飛，并最終回到地面的？
圖1-7-1 “嫦娥五號(hào)”探測(cè)器在月球表面完成鉆取采樣及封裝
公元前4世紀(jì)，古希臘的哲學(xué)家亞里士多德在觀察和直覺的基礎(chǔ)上得出結(jié)論：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)；沒有力的作用，物體就保持靜止。由于與人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中觀察到的情景基本相符，因此這個(gè)觀念一直流傳了近兩千年，沒有被人質(zhì)疑過。
現(xiàn)實(shí)生活中，我們推動(dòng)物體，物體才前進(jìn)，停止推動(dòng)物體，物體就停下來；馬拉車，車前進(jìn)，停止拉車，車就停下了。
馬車為什么能向前運(yùn)動(dòng)，又為什么停下來了？力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是怎樣的？
亞里士多德得出結(jié)論：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)；沒有力的作用，物體就保持靜止。
力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因
伽利略對(duì)亞里士多德的論斷表示了懷疑。
提出：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因
設(shè)計(jì)的斜面實(shí)驗(yàn)，指出錯(cuò)誤。
伽利略理想實(shí)驗(yàn)：讓小球沿一個(gè)光滑斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開始滾下，小球?qū)L上另一個(gè)斜面，由于沒有摩擦，小球?qū)⑸仙匠跏几叨?。減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上滾動(dòng)仍會(huì)達(dá)到初始高度。繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，小球仍會(huì)為達(dá)到同一高度而滾得更遠(yuǎn)。如果第二個(gè)斜面改成水平面，小球?qū)⒀刂矫嬉院愣ǖ乃俣瘸掷m(xù)運(yùn)動(dòng)下去。
伽利略在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)球在水平面上滾動(dòng)時(shí)，球的速度越來越慢，最后停下來。伽利略認(rèn)為，這是由于阻力的緣故，因?yàn)樗€觀察到，水平表面越光滑，球便會(huì)滾得越遠(yuǎn)。于是，他推斷：若沒有阻力，球?qū)⒀厮矫嬗肋h(yuǎn)滾下去。
英國的物理學(xué)家牛頓在伽利略等人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的研究，系統(tǒng)地總結(jié)了力學(xué)規(guī)律，得出如下結(jié)論：
定義： 一切物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。這就是牛頓第一定律。
由于物體總保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)稱為慣性，因此，牛頓第一定律又稱為慣性定律。慣性是物體的一種固有屬性。
牛頓第一定律揭示了運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而且改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。
我們?cè)诟淖兾矬w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，會(huì)感受到物體慣性大小的不同。例如，推動(dòng)一個(gè)靜止的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量大的物體比質(zhì)量小的物體所需要的力會(huì)不同，推動(dòng)質(zhì)量大的物體需要的力大。
大量的事實(shí)證明，質(zhì)量是慣性大小的量度。質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性小。
【應(yīng)用與拓展】慣性分離器慣性分離器（圖1-7-3）是利用夾帶于氣流中的顆?；蛞旱蔚膽T性而實(shí)現(xiàn)分離的。在氣體流動(dòng)的路徑上設(shè)置障礙物，氣流繞過障礙物時(shí)發(fā)生突然的轉(zhuǎn)折，直徑較大的顆?；蛞旱卧趹T性力的作用下被分離出來。
圖1-7-3 慣性分離器
正在高速行駛的汽車緊急制動(dòng)時(shí)，車上的乘員由于慣性會(huì)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，撞到汽車前部的硬物造成傷害。因此，汽車的座位上通常都要配置安全帶、安全氣囊等設(shè)施以保證乘員的安全。
高速動(dòng)車組列車質(zhì)量大、速度高，要改變它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難度比較大。列車速度高達(dá)250 km/h，緊急剎車后還要滑行三千多米才能停得下來，如高速鐵路中因出現(xiàn)行人或障礙物等各種原因，引起列車緊急停車將會(huì)導(dǎo)致巨大危險(xiǎn)。
【行為與責(zé)任】高速鐵路防護(hù)柵欄
為保護(hù)鐵路安全運(yùn)營，高速鐵路全線采用防護(hù)柵欄封閉。我們要嚴(yán)格遵守鐵路行車安全的有關(guān)規(guī)定，抵制一切破壞、攀爬、鉆越柵欄等不良行為，路過高速公路立交橋以及隧道兩端的平臺(tái)時(shí)，不能向下倒水或亂扔雜物等。維護(hù)鐵路安全，建設(shè)文明交通環(huán)境，需要人人參與。
牛頓第一定律告訴我們，物體如果不受外力，它將保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由此可知，如果物體受到外力作用，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)必將改變。
人們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，物體的加速度不僅與其所受外力有關(guān)，還與其質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量越大的物體，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)似乎越難以改變。那么，物體的加速度與外力、質(zhì)量到底有什么定量關(guān)系？
圖1-7-4所示是探究影響加速度大小的因素的實(shí)驗(yàn)裝置。將兩個(gè)一端帶定滑輪的滑道并排放在水平桌面上，讓帶定滑輪的一端伸出桌外。取兩輛質(zhì)量相同的小車，對(duì)齊擺放在水平滑道上，小車的前端各系上一根細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪用來掛鉤碼（鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量）。小車的后端也分別系上細(xì)繩，兩輛小車的后端也分別系上夾子，以便同時(shí)控制兩輛小車的運(yùn)動(dòng)。
【觀察與體驗(yàn)】探究影響加速度大小的因素
圖1-7-4 研究加速度與外力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置
加速度與外力的關(guān)系。 在兩輛小車的繩端分別掛不同數(shù)量的鉤碼，再打開夾子，讓兩輛小車同時(shí)從靜止開始運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過一小段時(shí)間后，合上夾子，讓它們同時(shí)停下。測(cè)量發(fā)現(xiàn)：小車的位移與其所受拉力成 比。
加速度與質(zhì)量的關(guān)系。 讓兩輛小車的繩端掛相同數(shù)量的鉤碼，在其中一輛小車上加放砝碼，使其質(zhì)量增大為原來的2倍。重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，小車的位移與其質(zhì)量成 比。由于位移與加速度成正比，因此還可以得出小車的加速度與質(zhì)量成 比。
控制變量法就是在有多個(gè)因素（變量）同時(shí)對(duì)結(jié)果起作用的過程中，通過控制實(shí)驗(yàn)條件（控制其他因素不變），逐個(gè)研究某一因素對(duì)結(jié)果的影響，然后加以綜合的研究方法。
【思維與方法】控制變量法
示例 吊車要在10 s內(nèi)將地面上的貨物吊到10 m高的樓頂，貨物的質(zhì)量是2.0×103 kg，假設(shè)貨物被勻加速吊起，問吊車?yán)|繩對(duì)貨物的拉力是多少？
圖1-7-5 勻加速吊起的貨物
解 貨物在運(yùn)動(dòng)過程中受到兩個(gè)力的作用：豎直向上的拉力F和豎直向下的重力G，如圖所示。
選豎直向上為正方向，根據(jù)對(duì)貨物的受力分析，利用牛頓第二定律：F合 = F－G = ma 可得F = G + ma = mg + ma =（2.0×103×9.8 + 2.0×103×0.20）N = 2.0×104 N
示例1中，在吊車向上加速吊起貨物時(shí)，纜繩對(duì)貨物的拉力超過貨物的重力，這種現(xiàn)象稱為超重。與此相反，當(dāng)?shù)踯囅蛳录铀俜畔仑浳飼r(shí)，纜繩對(duì)貨物的拉力將小于貨物的重力，這種現(xiàn)象稱為失重。
在火箭發(fā)明之前，有人曾設(shè)想用一門巨型大炮將載有宇航員的宇宙飛船發(fā)射到月亮上去。這種想法很有創(chuàng)意，但實(shí)際上卻是不可能的。因?yàn)轱w船中的乘客在被發(fā)射出去時(shí)將經(jīng)歷一個(gè)超強(qiáng)的加速過程，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的超重現(xiàn)象，會(huì)讓他們瞬間失去生命?，F(xiàn)代火箭延長了發(fā)射過程，減弱了超重現(xiàn)象，但仍會(huì)使宇航員承受3~4倍于自身體重的壓力，這是宇航員們經(jīng)過訓(xùn)練可以承受的。
汽車防抱死裝置是指汽車在制動(dòng)過程中，能自動(dòng)控制車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滑移的裝置。 高速行駛的汽車在緊急制動(dòng)時(shí)，車輪被突然制動(dòng)，使前輪失去轉(zhuǎn)向功能，而汽車由于慣性仍繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生側(cè)滑，甚至側(cè)翻。為防止這種情況發(fā)生，人們發(fā)明了防抱死裝置（Antilck Braking System，ABS）。 這個(gè)裝置可以自動(dòng)檢測(cè)車輪是否在正常滾動(dòng)，并在車輪滑動(dòng)的時(shí)候釋放制動(dòng)器，即制動(dòng)器對(duì)汽車制動(dòng)一次立即放開，再制動(dòng)再放開……每分鐘制動(dòng)可達(dá)數(shù)千次，使汽車輪子處于滾動(dòng)和滑動(dòng)的交替狀態(tài)。這樣就可以幫助司機(jī)在緊急制動(dòng)時(shí)更好地掌控汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，防止出現(xiàn)側(cè)滑等失控情況。
【應(yīng)用與拓展】汽車防抱死裝置
初中物理中學(xué)過，力是物體間的相互作用。兩個(gè)物體之間的作用總是相互的，一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體有力的作用，另一個(gè)物體同時(shí)對(duì)這個(gè)物體也一定有力的作用。物體間相互作用的這一對(duì)力，稱為作用力和反作用力。
將兩個(gè)力傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)連接好，打開數(shù)字信息系統(tǒng)通用軟件。先用手逐一推、拉兩個(gè)力傳感器的測(cè)量端，檢查并調(diào)節(jié)兩個(gè)力傳感器，使其測(cè)量端受力時(shí)，力隨時(shí)間變化的圖線都能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。實(shí)驗(yàn)時(shí)，用兩只手分別握住兩個(gè)力傳感器，將它們的測(cè)量端連接在一起，如圖1-7-6所示。當(dāng)兩只手同時(shí)用力互拉時(shí)，兩力傳感器各自受力的情況都實(shí)時(shí)地顯示在屏幕上。圖中縱坐標(biāo)表示力的大小。
【觀察與體驗(yàn)】用力傳感器研究作用力與反作用力
觀察發(fā)現(xiàn)：兩個(gè)力傳感器的受力圖線在任何時(shí)刻都是 。
圖1-7-9 兩個(gè)力傳感器相互作用時(shí)的受力圖線
定義：兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。這就是牛頓第三定律。牛頓第三定律用公式可表示為
式中，F(xiàn)、F＇分別表示作用力和反作用力，負(fù)號(hào)表示它們的方向相反。
人用力地蹬踏板，使后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，后輪對(duì)地面產(chǎn)生向后的摩擦力，地面對(duì)后輪產(chǎn)生向前的摩擦力，推動(dòng)自行車前進(jìn)。
人在游泳時(shí)，主要是利用四肢向后推水，來獲得水對(duì)人向前的推力。
1960年10月，第11屆國際計(jì)量大會(huì)確定了國際通用的國際單位制（簡稱SI）。1971年第14屆國際計(jì)量大會(huì)，建立了以7個(gè)基本量為基礎(chǔ)的國際單位制，規(guī)定了7個(gè)基本單位。
表1-7-1 國際單位制中的基本單位
由基本單位導(dǎo)出的單位稱為導(dǎo)出單位。例如，根據(jù)速度公式 ，可推導(dǎo)出速度的單位是m/s；根據(jù)加速度公式 ，可推導(dǎo)出加速度的單位是m/s2；根據(jù)牛頓第二定律F = ma，可推導(dǎo)出力的單位N，即1 N＝1 kg·m/s2。
【技術(shù)·中國】長征系列火箭 2020年12月22日12時(shí)37分，我國自主研制的新一代中型運(yùn)載火箭長征八號(hào)首次飛行試驗(yàn)，在中國文昌航天發(fā)射場順利實(shí)施，此次任務(wù)是長征系列運(yùn)載火箭第356次發(fā)射。 我國自1956年開始展開現(xiàn)代火箭的研制工作。從1970年到2007年，長征系列運(yùn)載火箭的第一個(gè)“100次發(fā)射”用了37年，第二個(gè)“100次發(fā)射”用了不到8年，第三個(gè)“100次發(fā)射”僅用了4年多。 改革開放40年來，中國長征系列火箭已形成系列型譜，具備了發(fā)射低、中、高不同軌道不同類型衛(wèi)星、飛船和探測(cè)器的能力?，F(xiàn)在，長征系列火箭已經(jīng)走向世界，享譽(yù)全球，在國際發(fā)射市場占有重要一席。