第五节 牛顿运动定律

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。
物理 （通用类）
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由货物的受力分析，可知
三、牛顿第三定律
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，通常叫做作用力和反作用 力。我们把其中的一个力叫做作用力，另一个力就叫做反作用力。 演示实验（点击以下画面可播放）
1 s = v0 t + at 2 及 v0 = 0 ，得 解 由匀变速直线运动的位移公式 2
a= 2s 2 × 10 m／s 2 = 0.20m／s 2 = 2 2 t 10
F合＝F－G = ma F＝G + ma = mg + ma = (2.0×103×9.8 + 2.0×103×0.20) N = 2.0×104 N
F合 = ma
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，要将高速火 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。
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二、牛顿第二定律
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。 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 用，力是物体运动状态改变的原因。 物体运动状态发生改变时，物体具有加速度，所以，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？
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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做惯性。因此，牛顿第一 定律又叫做惯性定律。 正在行驶的汽车急刹车时，车上乘客 的下半身由于受到力的作用随车停止，而上 半身由于惯性还要以原来的速度前进，于是 乘客就会向前面倾倒。如果汽车在高速运行 时突然停止，汽车里的人就会由于惯性继续 向前冲，直至撞到方向盘或挡风玻璃上，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，高级汽车中还有安全气 囊以保证乘车者的安全。
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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。
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[例题1] 吊车要在10 sFra Baidu bibliotek将地面上的货物吊到10 m高处，货物的质量是 2.0×103 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 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。
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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5.92×106 N，火箭起飞质量为4.6×105 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3×105 kg，启动牵引力为2×105 N，受到的空 气阻力为8×104 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。 4. 2008年9月25日晚9时10分许，中国自行研制的第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？ 答：1.0 ×103 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
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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。
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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。 作用力与反作用力总是同种性质的力。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。 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，不能抵消。 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。
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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。受力图如下所示。
当m一定时，
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当F一定时，
演示实验
加速度与物体受力、物体质量的关系
二 、加速度和质量的关系
一、加速度和力的关系
a∝F
质量相同的物体，物体的加 速度与其所受的力成正比。
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1 a∝ m
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
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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，如下图所示。
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练习1-5 练习
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。 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。