牛顿力学
牛顿经典力学体系的建立得益于已有的科学成就。哥白尼、伽利略、开普勒、笛卡尔等人在天文学、力学、光学、数学等方面的贡献,为经典力学奠定了坚实的基础,特别是伽利略与开普勒对牛顿经典力学体系的建立更是有着极其重要的影响。
伽利略通过对自由落体的研究,已经发现了惯性运动和在重力作用下的匀加速运动,奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想。伽利略关于抛物体运动定律的发现,对牛顿万有引力的学说也有深刻的启示作用。开普勒所发现的行星运动定律则是牛顿万有引力学说产生的最重要前提。牛顿非常善于广泛汲取前人的科学成果并综合运用多方面的知识进行跨学科的研究,通过吸收前人的科学研究成果,牛顿为经典力学体系的建立充实了知识准备。
虽然经典力学建立在丰富的科学经验之上,但经典力学的建立和牛顿的个人原因有不可分割的关系。牛顿从青少年时代就对科学抱有浓厚的兴趣、极强的求知欲和探索欲望,学习非常勤奋。但他从不死读书,喜欢通过实验来取得真知,并亲自动手设计和制作了许多机械装置和用品,这使他打下了广博而扎实的知识基础,同时也具有创新意识和动手能力。虽然牛顿是天才,智力水平很高,但他的天才还来源于他的勤奋。他在研究中十分投入,而且常常夜以继日地学习、工作。这些都培养和锻炼了牛顿的科学精神,为日后的研究打下了坚实的基础。
牛顿经典力学的建立,还与他所处的时代和社会有关。欧洲经过16世纪百余年的宗教和政治改革的大变动之后,到17世纪下半叶进入了一个政治上转为安宁,经济上趋于繁荣的时期。生产实践为力学研究提出了许多问题,这就给科学的发展以推动力。经过16世纪的宗教改革运动和17世纪中后期的资产阶级革命运动,英国科学家拥有了当时世界上最为宽松自由的学术环境。学术环境的改变,使得对力学的研究摆脱了不必要的束缚,催生了经典力学体系。
个人因素,前人经验,宽松的学术环境和生产实践的发展,构成了经典力学体系建立的条件和基础。
牛顿力学最基本的三个定律
牛顿第一定律
内容:一切物体在没有受到力或合力为零的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。
说明:物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势,因此物体的运动状态是由它的运动速度决定的,没有外力,它的运动状态是不会改变的。物体的这种性质称为惯性。所以牛顿第一定律也称为惯性定律。第一定律也阐明了力的概念。明确了力是物体间的相互作用,指出了是力改变了物体的运动状态。因为加速度是描写物体运动状态的变化,所以力是和加速度相联系的,而不是和速度相联系的。在日常生活中不注意这点,往往容易产生错觉。
注意:牛顿第一定律并不是在所有的参照系里都成立,实际上它只在惯性参照系里才成立。因此常常把牛顿第一定律是否成立,作为一个参照系是否惯性参照系的判据。
牛顿第二定律
内容:物体在受到合外力的作用会产生加速度,加速度的方向和合外力的方向相同,加速度的大小与合外力的大小成正比,与物体的惯性质量成反比。
公式:F=ma,F为合外力
牛顿第二定律定量描述了力作用的效果,定量地量度了物体的惯性大小。它是矢量式,并且是瞬时关系。
要强调的是,物体受到的不为零合外力,会产生加速度,使物体的运动状态或速度发生改变,但是这种改变是和物体本身的运动状态有关的。
局限:该定律只适用于宏观物体的低速运动。
牛顿第三定律
内容:两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。
需要注意:
(1)作用力和反作用力是没有主次、先后之分。同时产生、同时消失。
(2)这一对力是作用在不同物体上,不可能抵消。
(3)作用力和反作用力必须是同一性质的力。
(4)与参照系无关。《怎样测量力的大小》学习评价表
班级:
姓名:
项目
评价内容
自我评价
科学知识
知道力有大小,力的大小可以使用测力计进行测量。
知道力的单位是“牛顿”,简称“牛”,用符号
N
表示。
科学探究
会正确使用测力计,懂得测力计的工作原理,能测量它提起重物所用力的大小。
科学态度、STSE
树立细致、严谨、有序的科学研究态度。了解科学技术与生活的联系。
老师给我的评价:
注:请小朋友们根据自己的学习情况在相应的栏目内画“√”,教师在最下面的一行中给出评价,用、、的符号表示。(共12张PPT)
5.怎样测量力的大小
力可以让小球动起来,但是这些力到底有多大呢?力的大小应该怎样测量?
认识测力计
人们利用弹簧制成测力计,用来测量力的大小。
生活中常用的测力计
测力计一般由提环、弹簧、刻度盘、指针、挂钩等几部分组成,提环便于手持,弹簧伸得越长表示所受拉力越大,指针与刻度盘则配合显示拉力的大小便于读数。每个测力计都有最大测量范围(量程),否则弹簧受损不能再正常使用。不同量程的测力计,刻度间隔所代表的示数(最小分度值)是不一样的。
小结:
练习1:
指出它的结构及名称。
介绍:
力的单位是“牛顿”,简称“牛”,用符号
N
表示。这是为了纪念伟大的科学家牛顿在力学研究中的巨大贡(gòng)献。
练习2:
读出活动手册中所绘测力计图显示的测力大小,并写出来。
正确使用测力计
1.使用前先检查指针是否指在“0”处,若不是则要把它调节到零刻度。
2.食指套在测力计的提环内,用挂钩钩住物体,把物体竖直提起。
3.读数时眼睛平视指针所指刻度,尽量减少误差。
4.记录测力计示数。
使用弹簧测力计不能超过量程,否则会损坏测力计。
练习:
练习测力计的使用,将测量结果记录在学生活动手册中。然后测量提起其他物体所需力的大小。
地球表面附近的物体都会受到地球施加给它的重力,重力的方向是竖直向下的。我们通常用测力计测量提起重物所需要的拉力的大小,实际上就是物体所受重力的大小。