滬科版必修1 5.3 牛頓第二定律 學案.doc

5.3 牛頓第二定律 學案【自主導學】一、牛頓第二定律1.牛頓第二定律的內容，物體的加速度跟成正比，跟成反比，加速度的方向跟方向相同。2.公式：3.理解要點：（1）f=ma這種形式只是在國際單位制中才適用一般地說fkma，k是比例常數(shù)，它的數(shù)值與f、m、a各量的單位有關。在國際單位制中，即f、m、a分別用n、kg、m/s2作單位，k=1，才能寫為f=ma.（2）牛頓第二定律具有“四性”矢量性：物體加速度的方向與物體所受的方向始終相同。瞬時性：牛頓第二定律說明力的瞬時效應能產生加速度，物體的加速度和物體所受的合外力總是同生、同滅、同時變化，所以它適合解決物體在某一時刻或某一位置時的力和加速度的關系問題。獨立性：作用于物體上的每一個力各自產生的加速度都遵從牛頓第二定律，而物體的實際加速度則是每個力產生的加速度的矢量和，分力和加速度的各個方向上的分量關系 fx=max也遵從牛頓第二定律，即： fy=may相對性：物體的加速度必須是對相對于地球靜止或勻速直線運動的參考系而言的。4.牛頓第二定律的適用范圍（1）牛頓第二定律只適用于慣性參考系（相對地面靜止或勻速直線運動的參考系。）（2）牛頓第二定律只適用于宏觀物體（相對于分子、原子）、低速運動（遠小于光速）的情況。二、兩類動力學問題1.已知物體的受力情況求物體的運動情況根據(jù)物體的受力情況求出物體受到的合外力，然后應用牛頓第二定律f=ma求出物體的加速度，再根據(jù)初始條件由運動學公式就可以求出物體的運動情況物體的速度、位移或運動時間。2.已知物體的運動情況求物體的受力情況根據(jù)物體的運動情況，應用運動學公式求出物體的加速度，然后再應用牛頓第二定律求出物體所受的合外力，進而求出某些未知力。求解以上兩類動力學問題的思路，可用如下所示的框圖來表示：第一類第二類物體的加速度a物體的運動情況物體的受力情況在勻變速直線運動的公式中有五個物理量，其中有四個矢量v0、v1、a、s，一個標量t。在動力學公式中有三個物理量，其中有兩個矢量f、a，一個標量m。運動學和動力學中公共的物理量是加速度a。在處理力和運動的兩類基本問題時，不論由力確定運動還是由運動確定力，關鍵在于加速度a，a是聯(lián)結運動學公式和牛頓第二定律的橋梁?！镜湫屠}】a例1.質量為m的物體放在傾角為的斜面上，物體和斜面間的動摩擦系數(shù)為，如沿水平方向加一個力f，使物體沿斜面向上以加速度a做勻加速直線運動，如下圖甲，則f多大？fv例2.如圖所示，質量為m的人站在自動扶梯上，a扶梯正以加速度a向上減速運動，a與水平方向的夾角為，求人受的支持力和摩擦力。例3.風洞實驗室中可產生水平方向的、大小可調節(jié)的風力，現(xiàn)將一套有小球的細直桿放入風洞實驗室，小球孔徑略大于細桿直徑。（如圖）（1）當桿在水平方向上固定時，調節(jié)風力的大小，使小球在桿上勻速運動。這時小球所受的風力為小球所受重力的0.5倍，求小球與桿間的動摩擦因數(shù)。（2）保持小球所受風力不變，使桿與水平方向間夾角為37并固定，則小球從靜止出發(fā)在細桿上滑下距離s所需時間為多少？（sin370.6，cos37=0.8）37例4.如圖所示，物體從斜坡上的a點由靜止開始滑到斜坡底部b處，又沿水平地面滑行到c處停下，已知斜坡傾角為，a點高為h，物體與斜坡和地面間的動摩擦因數(shù)都是，物體由斜坡底部轉到水平地面運動時速度大小不變，求b、c間的距離。acbh【針對訓練】1.一個木塊沿傾角為的斜面剛好能勻速下滑，若這個斜面傾角增大到（90），則木塊下滑加速度大小為（）agsinbgsin（-）cg(sin-tancos)dg(sin-tan)v2.一支架固定于放于水平地面上的小車上，細線上一端系著質量為m的小球，另一端系在支架上，當小車向左做直線運動時，細線與豎直方向的夾角為，此時放在小車上質量m的a物體跟小車相對靜止，如圖所示，則a受到的摩擦力大小和方向是（ ）amgsin，向左abmgtan，向右cmgcos，向右dmgtan，向左3.重物a和小車b的重分別為ga和gb，用跨過定滑輪的細線將它們連接起來，如圖所示。已知gagb，不計一切摩擦，則細線對小車b的拉力f的大小是（）bafgabgafgbacfgbdga、gb的大小未知，f不好確定4.以24.5m/s的速度沿水平面行駛的汽車上固定a一個光滑的斜面，如圖所示，汽車剎車后，經2.5s停下來，欲使在剎車過程中物體a與斜面保持相對靜止，則此斜面的傾角應為，車的行駛方向應向。（g取9.8m/s2）5.如圖所示，一傾角為的斜面上放著一小車，小車上吊著小球m，小車在斜面上下滑時，小球與車相對靜止共同運動，當懸線處于下列狀態(tài)時，分別求出小車下滑的加速度及懸線的拉力。321（1）懸線沿豎直方向。（2）懸線與斜面方向垂直。（3）懸線沿水平方向。參考答案ffnxffmgyaxx例1解析（1）受力分析：物體受四個力作用：重力mg、彈力fn、推力f、摩擦力ff，（2）建立坐標：以加速度方向即沿斜面向上為x軸正向，分解f和mg如圖乙所示；（3）建立方程并求解乙x方向：fcos-mgsin-ff=ma y方向：fn-mgcos-fsin=0 f=fn三式聯(lián)立求解得：f答案例2解析以人為研究對象，他站在減速上升的電梯上，受到豎直向下的重力mg和豎直向上的支持力fn，還受到水平方向的靜摩擦力ff，由于物體斜向下的加速度有一個水平向左的分量，故可判斷靜摩擦力的方向水平向左。人受力如圖的示，建立如圖所示的坐標系，并將加速度分解為水平加速度ax和豎直加速度ay，如圖所示，則：fnffxymgax=acosay=asin由牛頓第二定律得：ff=maxmg-fn=may求得fffn例3解析（1）設小球受的風力為f，小球質量為m，因小球做勻速運動，則fmg，f0.5mg，所以0.5（2）如圖所示，設桿對小球的支持力為fn，摩擦力為ff，小球受力產生加速度，沿桿方向有fcos+mgsin-ff=mafnfmgff垂直桿方向有fn+fsin-mgcos=0又fffn。可解得a=g由s=at2得 t答案（1）0.5（2）fffnmg例4解析物體在斜坡上下滑時受力情況如圖所示，根據(jù)牛頓運動定律，物體沿斜面方向和垂直斜面方向分別有mgsin-ff=ma1fn-mgcos=0ff=fn 解得：a1=g(sin-cos)由圖中幾何關系可知斜坡長度為lsin=h，則l物體滑至斜坡底端b點時速度為v，根據(jù)運動學公式v2=2as,則v=解得物體在水平面上滑動時，在滑動摩擦力作用下，做勻減速直線運動，根據(jù)牛頓運動定律有mg=ma2則a2=g物體滑至c點停止，即vc=0，應用運動學公式vt2=v02+2as得v2=2a2sbc則sbc=針對訓練1c2b3c445水平向右5解析作出小球受力圖如圖（a）所示為繩子拉力f1與重力mg，不可能有沿斜面方向的合力，因此，小球與小車相對靜止沿斜面做勻速運動，其加速度a1=0,繩子的拉力f1mg.（2）作