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中职物理高教版（2021）电工电子类第七节 牛顿运动定律及其应用一等奖备课课件ppt
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这是一份中职物理高教版（2021）电工电子类第七节 牛顿运动定律及其应用一等奖备课课件ppt，共41页。PPT课件主要包含了情境与问题，主要内容，牛顿第一定律，牛顿第二定律，牛顿第三定律，国际单位制，思考与讨论等内容，欢迎下载使用。
2020年12月1日，嫦娥五号在月球正面预选着陆区着陆，如图1-7-1所示。12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月球样品着陆地球。 嫦娥五号是如何实现从地面飞向月球的？在月球完成钻取采样及封装后，又是如何在月球实现地外天体起飞，并最终回到地面的？
图1-7-1 “嫦娥五号”探测器在月球表面完成钻取采样及封装
公元前4世纪，古希腊的哲学家亚里士多德在观察和直觉的基础上得出结论：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。由于与人们在生产实践中观察到的情景基本相符，因此这个观念一直流传了近两千年，没有被人质疑过。
现实生活中，我们推动物体，物体才前进，停止推动物体，物体就停下来；马拉车，车前进，停止拉车，车就停下了。
马车为什么能向前运动，又为什么停下来了？力和运动的关系是怎样的？
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。
力是维持物体运动的原因
伽利略对亚里士多德的论断表示了怀疑。
提出：力不是维持物体运动的原因
设计的斜面实验，指出错误。
伽利略理想实验：让小球沿一个光滑斜面从静止状态开始滚下，小球将滚上另一个斜面，由于没有摩擦，小球将上升到初始高度。减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上滚动仍会达到初始高度。继续减小第二个斜面的倾角，小球仍会为达到同一高度而滚得更远。如果第二个斜面改成水平面，小球将沿着水平面以恒定的速度持续运动下去。
伽利略在实验时发现，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：若没有阻力，球将沿水平面永远滚下去。
英国的物理学家牛顿在伽利略等人研究的基础上，根据自己的研究，系统地总结了力学规律，得出如下结论：
定义： 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。
由于物体总保持原来运动状态的性质称为惯性，因此，牛顿第一定律又称为惯性定律。惯性是物体的一种固有属性。
牛顿第一定律揭示了运动与力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而且改变物体运动状态的原因。
我们在改变物体的运动状态时，会感受到物体惯性大小的不同。例如，推动一个静止的物体运动时，质量大的物体比质量小的物体所需要的力会不同，推动质量大的物体需要的力大。
大量的事实证明，质量是惯性大小的量度。质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。
【应用与拓展】惯性分离器惯性分离器（图1-7-3）是利用夹带于气流中的颗粒或液滴的惯性而实现分离的。在气体流动的路径上设置障碍物，气流绕过障碍物时发生突然的转折，直径较大的颗粒或液滴在惯性力的作用下被分离出来。
图1-7-3 惯性分离器
正在高速行驶的汽车紧急制动时，车上的乘员由于惯性会继续向前运动，撞到汽车前部的硬物造成伤害。因此，汽车的座位上通常都要配置安全带、安全气囊等设施以保证乘员的安全。
高速动车组列车质量大、速度高，要改变它的运动状态难度比较大。列车速度高达250 km/h，紧急刹车后还要滑行三千多米才能停得下来，如高速铁路中因出现行人或障碍物等各种原因，引起列车紧急停车将会导致巨大危险。
【行为与责任】高速铁路防护栅栏
为保护铁路安全运营，高速铁路全线采用防护栅栏封闭。我们要严格遵守铁路行车安全的有关规定，抵制一切破坏、攀爬、钻越栅栏等不良行为，路过高速公路立交桥以及隧道两端的平台时，不能向下倒水或乱扔杂物等。维护铁路安全，建设文明交通环境，需要人人参与。
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。由此可知，如果物体受到外力作用，物体的运动状态必将改变。
人们在实践中发现，物体的加速度不仅与其所受外力有关，还与其质量有关。质量越大的物体，运动状态似乎越难以改变。那么，物体的加速度与外力、质量到底有什么定量关系？
图1-7-4所示是探究影响加速度大小的因素的实验装置。将两个一端带定滑轮的滑道并排放在水平桌面上，让带定滑轮的一端伸出桌外。取两辆质量相同的小车，对齐摆放在水平滑道上，小车的前端各系上一根细绳，绳的另一端跨过定滑轮用来挂钩码（钩码的质量远小于小车的质量）。小车的后端也分别系上细绳，两辆小车的后端也分别系上夹子，以便同时控制两辆小车的运动。
【观察与体验】探究影响加速度大小的因素
图1-7-4 研究加速度与外力的关系的实验装置
加速度与外力的关系。 在两辆小车的绳端分别挂不同数量的钩码，再打开夹子，让两辆小车同时从静止开始运动。经过一小段时间后，合上夹子，让它们同时停下。测量发现：小车的位移与其所受拉力成 比。
加速度与质量的关系。 让两辆小车的绳端挂相同数量的钩码，在其中一辆小车上加放砝码，使其质量增大为原来的2倍。重复上面的实验，小车的位移与其质量成 比。由于位移与加速度成正比，因此还可以得出小车的加速度与质量成 比。
控制变量法就是在有多个因素（变量）同时对结果起作用的过程中，通过控制实验条件（控制其他因素不变），逐个研究某一因素对结果的影响，然后加以综合的研究方法。
【思维与方法】控制变量法
示例 吊车要在10 s内将地面上的货物吊到10 m高的楼顶，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？
图1-7-5 匀加速吊起的货物
解 货物在运动过程中受到两个力的作用：竖直向上的拉力F和竖直向下的重力G，如图所示。
选竖直向上为正方向，根据对货物的受力分析，利用牛顿第二定律：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，在吊车向上加速吊起货物时，缆绳对货物的拉力超过货物的重力，这种现象称为超重。与此相反，当吊车向下加速放下货物时，缆绳对货物的拉力将小于货物的重力，这种现象称为失重。
在火箭发明之前，有人曾设想用一门巨型大炮将载有宇航员的宇宙飞船发射到月亮上去。这种想法很有创意，但实际上却是不可能的。因为飞船中的乘客在被发射出去时将经历一个超强的加速过程，从而产生强烈的超重现象，会让他们瞬间失去生命。现代火箭延长了发射过程，减弱了超重现象，但仍会使宇航员承受3~4倍于自身体重的压力，这是宇航员们经过训练可以承受的。
汽车防抱死装置是指汽车在制动过程中，能自动控制车轮转动时滑移的装置。 高速行驶的汽车在紧急制动时，车轮被突然制动，使前轮失去转向功能，而汽车由于惯性仍继续向前运动，可能会发生侧滑，甚至侧翻。为防止这种情况发生，人们发明了防抱死装置（Antilck Braking System，ABS）。 这个装置可以自动检测车轮是否在正常滚动，并在车轮滑动的时候释放制动器，即制动器对汽车制动一次立即放开，再制动再放开……每分钟制动可达数千次，使汽车轮子处于滚动和滑动的交替状态。这样就可以帮助司机在紧急制动时更好地掌控汽车的运动状态，防止出现侧滑等失控情况。
【应用与拓展】汽车防抱死装置
初中物理中学过，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，另一个物体同时对这个物体也一定有力的作用。物体间相互作用的这一对力，称为作用力和反作用力。
将两个力传感器、数据采集器和计算机连接好，打开数字信息系统通用软件。先用手逐一推、拉两个力传感器的测量端，检查并调节两个力传感器，使其测量端受力时，力随时间变化的图线都能实时、准确地显示在计算机屏幕上。实验时，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，如图1-7-6所示。当两只手同时用力互拉时，两力传感器各自受力的情况都实时地显示在屏幕上。图中纵坐标表示力的大小。
【观察与体验】用力传感器研究作用力与反作用力
观察发现：两个力传感器的受力图线在任何时刻都是 。
图1-7-9 两个力传感器相互作用时的受力图线
定义：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。牛顿第三定律用公式可表示为
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。
人用力地蹬踏板，使后轮转动，后轮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。
人在游泳时，主要是利用四肢向后推水，来获得水对人向前的推力。
1960年10月，第11届国际计量大会确定了国际通用的国际单位制（简称SI）。1971年第14届国际计量大会，建立了以7个基本量为基础的国际单位制，规定了7个基本单位。
表1-7-1 国际单位制中的基本单位
由基本单位导出的单位称为导出单位。例如，根据速度公式 ，可推导出速度的单位是m/s；根据加速度公式 ，可推导出加速度的单位是m/s2；根据牛顿第二定律F = ma，可推导出力的单位N，即1 N＝1 kg·m/s2。
【技术·中国】长征系列火箭 2020年12月22日12时37分，我国自主研制的新一代中型运载火箭长征八号首次飞行试验，在中国文昌航天发射场顺利实施，此次任务是长征系列运载火箭第356次发射。 我国自1956年开始展开现代火箭的研制工作。从1970年到2007年，长征系列运载火箭的第一个“100次发射”用了37年，第二个“100次发射”用了不到8年，第三个“100次发射”仅用了4年多。 改革开放40年来，中国长征系列火箭已形成系列型谱，具备了发射低、中、高不同轨道不同类型卫星、飞船和探测器的能力。现在，长征系列火箭已经走向世界，享誉全球，在国际发射市场占有重要一席。
2020年12月1日，嫦娥五号在月球正面预选着陆区着陆，如图1-7-1所示。12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月球样品着陆地球。 嫦娥五号是如何实现从地面飞向月球的？在月球完成钻取采样及封装后，又是如何在月球实现地外天体起飞，并最终回到地面的？
图1-7-1 “嫦娥五号”探测器在月球表面完成钻取采样及封装
公元前4世纪，古希腊的哲学家亚里士多德在观察和直觉的基础上得出结论：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。由于与人们在生产实践中观察到的情景基本相符，因此这个观念一直流传了近两千年，没有被人质疑过。
现实生活中，我们推动物体，物体才前进，停止推动物体，物体就停下来；马拉车，车前进，停止拉车，车就停下了。
马车为什么能向前运动，又为什么停下来了？力和运动的关系是怎样的？
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。
力是维持物体运动的原因
伽利略对亚里士多德的论断表示了怀疑。
提出：力不是维持物体运动的原因
设计的斜面实验，指出错误。
伽利略理想实验：让小球沿一个光滑斜面从静止状态开始滚下，小球将滚上另一个斜面，由于没有摩擦，小球将上升到初始高度。减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上滚动仍会达到初始高度。继续减小第二个斜面的倾角，小球仍会为达到同一高度而滚得更远。如果第二个斜面改成水平面，小球将沿着水平面以恒定的速度持续运动下去。
伽利略在实验时发现，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：若没有阻力，球将沿水平面永远滚下去。
英国的物理学家牛顿在伽利略等人研究的基础上，根据自己的研究，系统地总结了力学规律，得出如下结论：
定义： 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。
由于物体总保持原来运动状态的性质称为惯性，因此，牛顿第一定律又称为惯性定律。惯性是物体的一种固有属性。
牛顿第一定律揭示了运动与力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而且改变物体运动状态的原因。
我们在改变物体的运动状态时，会感受到物体惯性大小的不同。例如，推动一个静止的物体运动时，质量大的物体比质量小的物体所需要的力会不同，推动质量大的物体需要的力大。
大量的事实证明，质量是惯性大小的量度。质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。
【应用与拓展】惯性分离器惯性分离器（图1-7-3）是利用夹带于气流中的颗粒或液滴的惯性而实现分离的。在气体流动的路径上设置障碍物，气流绕过障碍物时发生突然的转折，直径较大的颗粒或液滴在惯性力的作用下被分离出来。
图1-7-3 惯性分离器
正在高速行驶的汽车紧急制动时，车上的乘员由于惯性会继续向前运动，撞到汽车前部的硬物造成伤害。因此，汽车的座位上通常都要配置安全带、安全气囊等设施以保证乘员的安全。
高速动车组列车质量大、速度高，要改变它的运动状态难度比较大。列车速度高达250 km/h，紧急刹车后还要滑行三千多米才能停得下来，如高速铁路中因出现行人或障碍物等各种原因，引起列车紧急停车将会导致巨大危险。
【行为与责任】高速铁路防护栅栏
为保护铁路安全运营，高速铁路全线采用防护栅栏封闭。我们要严格遵守铁路行车安全的有关规定，抵制一切破坏、攀爬、钻越栅栏等不良行为，路过高速公路立交桥以及隧道两端的平台时，不能向下倒水或乱扔杂物等。维护铁路安全，建设文明交通环境，需要人人参与。
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。由此可知，如果物体受到外力作用，物体的运动状态必将改变。
人们在实践中发现，物体的加速度不仅与其所受外力有关，还与其质量有关。质量越大的物体，运动状态似乎越难以改变。那么，物体的加速度与外力、质量到底有什么定量关系？
图1-7-4所示是探究影响加速度大小的因素的实验装置。将两个一端带定滑轮的滑道并排放在水平桌面上，让带定滑轮的一端伸出桌外。取两辆质量相同的小车，对齐摆放在水平滑道上，小车的前端各系上一根细绳，绳的另一端跨过定滑轮用来挂钩码（钩码的质量远小于小车的质量）。小车的后端也分别系上细绳，两辆小车的后端也分别系上夹子，以便同时控制两辆小车的运动。
【观察与体验】探究影响加速度大小的因素
图1-7-4 研究加速度与外力的关系的实验装置
加速度与外力的关系。 在两辆小车的绳端分别挂不同数量的钩码，再打开夹子，让两辆小车同时从静止开始运动。经过一小段时间后，合上夹子，让它们同时停下。测量发现：小车的位移与其所受拉力成 比。
加速度与质量的关系。 让两辆小车的绳端挂相同数量的钩码，在其中一辆小车上加放砝码，使其质量增大为原来的2倍。重复上面的实验，小车的位移与其质量成 比。由于位移与加速度成正比，因此还可以得出小车的加速度与质量成 比。
控制变量法就是在有多个因素（变量）同时对结果起作用的过程中，通过控制实验条件（控制其他因素不变），逐个研究某一因素对结果的影响，然后加以综合的研究方法。
【思维与方法】控制变量法
示例 吊车要在10 s内将地面上的货物吊到10 m高的楼顶，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？
图1-7-5 匀加速吊起的货物
解 货物在运动过程中受到两个力的作用：竖直向上的拉力F和竖直向下的重力G，如图所示。
选竖直向上为正方向，根据对货物的受力分析，利用牛顿第二定律：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，在吊车向上加速吊起货物时，缆绳对货物的拉力超过货物的重力，这种现象称为超重。与此相反，当吊车向下加速放下货物时，缆绳对货物的拉力将小于货物的重力，这种现象称为失重。
在火箭发明之前，有人曾设想用一门巨型大炮将载有宇航员的宇宙飞船发射到月亮上去。这种想法很有创意，但实际上却是不可能的。因为飞船中的乘客在被发射出去时将经历一个超强的加速过程，从而产生强烈的超重现象，会让他们瞬间失去生命。现代火箭延长了发射过程，减弱了超重现象，但仍会使宇航员承受3~4倍于自身体重的压力，这是宇航员们经过训练可以承受的。
汽车防抱死装置是指汽车在制动过程中，能自动控制车轮转动时滑移的装置。 高速行驶的汽车在紧急制动时，车轮被突然制动，使前轮失去转向功能，而汽车由于惯性仍继续向前运动，可能会发生侧滑，甚至侧翻。为防止这种情况发生，人们发明了防抱死装置（Antilck Braking System，ABS）。 这个装置可以自动检测车轮是否在正常滚动，并在车轮滑动的时候释放制动器，即制动器对汽车制动一次立即放开，再制动再放开……每分钟制动可达数千次，使汽车轮子处于滚动和滑动的交替状态。这样就可以帮助司机在紧急制动时更好地掌控汽车的运动状态，防止出现侧滑等失控情况。
【应用与拓展】汽车防抱死装置
初中物理中学过，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，另一个物体同时对这个物体也一定有力的作用。物体间相互作用的这一对力，称为作用力和反作用力。
将两个力传感器、数据采集器和计算机连接好，打开数字信息系统通用软件。先用手逐一推、拉两个力传感器的测量端，检查并调节两个力传感器，使其测量端受力时，力随时间变化的图线都能实时、准确地显示在计算机屏幕上。实验时，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，如图1-7-6所示。当两只手同时用力互拉时，两力传感器各自受力的情况都实时地显示在屏幕上。图中纵坐标表示力的大小。
【观察与体验】用力传感器研究作用力与反作用力
观察发现：两个力传感器的受力图线在任何时刻都是 。
图1-7-9 两个力传感器相互作用时的受力图线
定义：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。牛顿第三定律用公式可表示为
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。
人用力地蹬踏板，使后轮转动，后轮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。
人在游泳时，主要是利用四肢向后推水，来获得水对人向前的推力。
1960年10月，第11届国际计量大会确定了国际通用的国际单位制（简称SI）。1971年第14届国际计量大会，建立了以7个基本量为基础的国际单位制，规定了7个基本单位。
表1-7-1 国际单位制中的基本单位
由基本单位导出的单位称为导出单位。例如，根据速度公式 ，可推导出速度的单位是m/s；根据加速度公式 ，可推导出加速度的单位是m/s2；根据牛顿第二定律F = ma，可推导出力的单位N，即1 N＝1 kg·m/s2。
【技术·中国】长征系列火箭 2020年12月22日12时37分，我国自主研制的新一代中型运载火箭长征八号首次飞行试验，在中国文昌航天发射场顺利实施，此次任务是长征系列运载火箭第356次发射。 我国自1956年开始展开现代火箭的研制工作。从1970年到2007年，长征系列运载火箭的第一个“100次发射”用了37年，第二个“100次发射”用了不到8年，第三个“100次发射”仅用了4年多。 改革开放40年来，中国长征系列火箭已形成系列型谱，具备了发射低、中、高不同轨道不同类型卫星、飞船和探测器的能力。现在，长征系列火箭已经走向世界，享誉全球，在国际发射市场占有重要一席。
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