高中物理人教必修一配套課件第4章3牛頓第二定律

1、3 牛頓第二定律,一、牛頓第二定律 1.內(nèi)容 物體加速度的大小跟它受到的作用力成_、跟它的質(zhì)量成 _，加速度的方向跟作用力的方向_。 2.表達(dá)式 F=_，其中F為物體所受的_。,正比,反比,相同,ma,合力,二、力的單位 1.公式F=ma成立的條件 單位必須統(tǒng)一為_單位制中相應(yīng)的單位。 2.力的國際單位 國際單位制中，力的單位是_，符號是_，使質(zhì)量為 1 kg的物體產(chǎn)生1 m/s2的加速度的力，稱為1 N，即1 N= _。,國際,牛頓,N,1 kgm/s2,一、判一判 1.由F 可知，物體所受的合力與物體的質(zhì)量成正比，與物 體的加速度成正比。( ) 2.由m 可知，物體的質(zhì)量與其所受的合力成正

2、比，與其運(yùn) 動(dòng)的加速度成反比。( ) 3.由a 可知，物體的加速度與其所受的合力成正比，與其 質(zhì)量成反比。( ) 4.由m 可知，物體的質(zhì)量可以通過測量它的加速度和它所 受的合力而求出。( ),提示:1.。物體所受的合外力由施力物體決定,與質(zhì)量和加速 度無關(guān)。 2.。物體的質(zhì)量是由物體本身決定的,與受力無關(guān)。 3.。物體的加速度與其所受的合力成正比,與其質(zhì)量成反比。 4.。物體的質(zhì)量可以通過測量它的加速度和它所受的合力而 求出。,二、選一選 由牛頓第二定律可知,無論多么小的力都可以使物體產(chǎn)生加 速度。如圖所示,用較小的力去拉地面上很重的物體時(shí),物體仍 然靜止,這是因?yàn)?),A.拉力比靜摩擦力小

3、 B.物體有加速度,但太小,不易被察覺 C.物體所受拉力比物體的重力小 D.物體所受的合外力仍為零 提示:選D。因?yàn)槲矬w還要受到地面的摩擦力作用,產(chǎn)生加速度 的是合外力,合外力為零,故加速度也為零,所以選項(xiàng)D正確。,三、想一想 當(dāng)物體受到幾個(gè)力的作用時(shí)，表達(dá)式F=ma中F指的是什么力？ 提示：表達(dá)式中的F指的是物體受到的合外力。,主題一 牛頓第二定律的理解 【實(shí)驗(yàn)探究】如圖為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn) 裝置圖。,結(jié)合實(shí)驗(yàn)討論： (1)物件的加速度跟它受到的作用力成正比，跟它的質(zhì)量成反 比，表達(dá)式可寫成F=kma,如何令比例系數(shù)k=1? 提示：F=kma中質(zhì)量和加速度的單位分別用kg和

4、m/s2，力的單 位為kgm/s2，即可令k=1,所以1 N的含義為使質(zhì)量為1 kg 的 物體產(chǎn)生1 m/s2的加速度，所施加的力即為1 N。 (2)物體加速度的方向與合外力的方向有怎樣的關(guān)系？ 提示：物體加速度的方向與合外力的方向相同。,【知識點(diǎn)睛】 1.牛頓第二定律的理解 (1)合外力與加速度的大小關(guān)系是F=ma，加速度方向與力的方 向時(shí)刻相同。 (2)當(dāng)合外力方向與速度方向相同時(shí)，物體做加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)合 外力方向與速度方向相反時(shí)，物體做減速運(yùn)動(dòng)。 (3)公式F=ma中F是物體受到的合外力。,2.牛頓第二定律的六個(gè)特性,【誤區(qū)警示】由于力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,從而易誤認(rèn) 為物體的運(yùn)動(dòng)僅由

5、物體所受的合外力決定。因?yàn)楹贤饬χ粵Q定 物體的加速度,物體究竟做什么運(yùn)動(dòng),不僅與物體的加速度有關(guān), 還與物體的初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。,【拓展延伸】牛頓第一定律與牛頓第二定律的關(guān)系 (1)牛頓第一定律以伽利略的理想實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),得出了物體不受 力時(shí)遵循的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,即物體不受力時(shí),物體保持靜止或勻速直 線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),牛頓第一定律又叫“慣性定律”。 (2)牛頓第一定律指出了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系力是改變物體運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)的原因,在此基礎(chǔ)上人們才能準(zhǔn)確地研究物體受力時(shí)的 運(yùn)動(dòng)規(guī)律,所以牛頓第一定律是牛頓第二定律的基礎(chǔ),而不是牛 頓第二定律的特例。,(3)牛頓第二定律定量地給出了力與物體加速度的關(guān)系,指出了 力是產(chǎn)生加速度

6、的原因。在相同的外力作用下,質(zhì)量越大的物 體加速度越小,說明物體的質(zhì)量越大,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以改變。質(zhì) 量相同的物體,受合外力越大時(shí)產(chǎn)生的加速度越大,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改 變越明顯。,【典例1】(2012海南高考)根據(jù)牛頓第二定律,下列敘述正確 的是() A.物體加速度的大小跟它的質(zhì)量和速度大小的乘積成反比 B.物體所受合外力必須達(dá)到一定值時(shí),才能使物體產(chǎn)生加速度 C.物體加速度的大小跟它所受的作用力中的任一個(gè)的大小成正 比 D.當(dāng)物體質(zhì)量改變但其所受合力的水平分力不變時(shí),物體水平 加速度大小與其質(zhì)量成反比,【解題指南】牛頓第二定律F=ma,物體的加速度由合外力和物 體的質(zhì)量共同決定。 【解析】選D。物體加

7、速度的大小與物體受到的合力成正比,與 物體的質(zhì)量成反比,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;力是產(chǎn)生加速度的原因,只要有 合力,物體就有加速度,它們之間有瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系,不存在累積 效應(yīng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;物體加速度的大小與它受到的合力成正比,選 項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)矢量的合成和分解,即Fx=max,選項(xiàng)D正確。,【變式訓(xùn)練】(2012江蘇高考)將一只皮球豎直向上拋出,皮 球運(yùn)動(dòng)時(shí)受到空氣阻力的大小與速度的大小成正比。下列描繪 皮球在上升過程中加速度大小a與時(shí)間t關(guān)系的圖像,可能正確 的是(),【解析】選C。皮球在上升過程中速度越來越小,所以空氣阻力 越來越小,重力與空氣阻力的合力越來越小,所以加速度越來越 小,一開始加速度最大,

8、后來減小得越來越慢,最后速度為零時(shí), 加速度變?yōu)橹亓铀俣?所以答案選C。,主題二 牛頓第二定律的應(yīng)用 【情境探究】如圖,物體在力F作用下在粗糙的水平面上運(yùn)動(dòng)。,試分析討論: (1)如果物體受幾個(gè)力的共同作用,求物體的加速度有哪些方法? 提示:方法一:先求物體所受幾個(gè)力的合力,再求合力產(chǎn)生的加 速度。 方法二:先求每個(gè)力產(chǎn)生的加速度,再將每個(gè)力產(chǎn)生的加速度矢 量合成。,(2)常用的矢量合成的方法有哪些? 提示:矢量合成法:當(dāng)物體只受兩個(gè)力的作用時(shí),應(yīng)用平行四 邊形定則求這兩個(gè)力的合力。 正交分解法:當(dāng)物體受多個(gè)力的作用時(shí),規(guī)定合力的方向(即 沿加速度)為x軸方向,垂直于合力的方向(即垂直于加速

9、度)為y 軸的方向,將所有的力沿這兩個(gè)相互垂直的方向分解,則在x軸 方向各力的分力分別為F1x、F2x、F3x在y軸方向各力的分力分 別為F1y、F2y、F3y求出這兩個(gè)方向上的合力,再合成就是所有 力的合力。,【知識點(diǎn)睛】應(yīng)用牛頓第二定律求加速度 方法1:求合力再求加速度。 合力的求法:(1)矢量合成法;(2)正交分解法。 方法2:求每個(gè)力產(chǎn)生的加速度,再對加速度合成。,【規(guī)律方法】瞬時(shí)問題的分析方法 在求解涉及彈簧、繩子等的瞬時(shí)問題時(shí),可從以下兩個(gè)方面進(jìn) 行分析: (1)變化瞬間力未能突變的情況。像彈簧、橡皮筋等物體兩端 連接其他物體時(shí),若其一端受力有變化,則不會(huì)引起這些物體上 的力立即發(fā)

10、生變化,原因是它們的形變需要一定的時(shí)間。 (2)變化瞬間力發(fā)生突變的情況。像用繩、輕桿、硬的物質(zhì)連 接物體時(shí),當(dāng)與其連接的物體的受力發(fā)生變化時(shí),將會(huì)引起繩、 輕桿等物體上力的突變。,【典例2】(2013懷化高一檢測)一質(zhì)量為8kg的物體靜止在粗 糙的水平地面上,物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,用一水平 力F=20N拉物體由A點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng),經(jīng)過8s后撤去拉力F,再經(jīng)過一 段時(shí)間物體到達(dá)B點(diǎn)停止。(g=10 m/s2)求:,(1)在拉力F作用下物體運(yùn)動(dòng)的加速度大小; (2)撤去拉力時(shí)物體的速度大小; (3)撤去F后物體運(yùn)動(dòng)的距離。 【解題指南】解答本題要把握以下三點(diǎn): (1)正確對物體受力分析。

11、(2)牛頓第二定律的應(yīng)用。 (3)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的應(yīng)用。,【解析】(1)對物體受力分析，如圖所示。 豎直方向mg=FN 水平方向，由牛頓第二定律得 F-FN=ma1 解得a1=,(2)撤去拉力時(shí)的速度v=a1t 解得v=4 m/s (3)撤去F后由牛頓第二定律得 -mg=ma2 解得a2=-g=-2 m/s2，負(fù)號表示物體做勻減速運(yùn)動(dòng) 由02-v2=2a2x 解得x= 答案：(1)0.5 m/s2 (2)4 m/s (3)4 m,【變式訓(xùn)練】如圖所示，一質(zhì)量為m的小球在水平細(xì)線和與豎 直方向成角的彈簧作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知彈簧的勁度系 數(shù)為k，試分析剪斷細(xì)線的瞬間，小球加速度的大小和方向。,【解

12、析】取小球?yàn)檠芯繉ο?，作出其平衡時(shí)的受力示意圖，如 圖所示： 細(xì)線拉力大小F=mgtan 彈簧拉力大小F=,若剪斷細(xì)線，則拉力F突變?yōu)榱?，但彈簧的伸長量不突變， 故彈簧的彈力不突變，此時(shí)小球只受兩個(gè)力的作用。在豎直方 向上，彈簧拉力的豎直分量仍等于重力，故豎直方向上仍受力 平衡；在水平方向上，彈簧彈力的水平分量 FxFsinmgtan 力Fx提供加速度，故剪斷細(xì)線瞬間，小球的加速度大小 a= 加速度的方向?yàn)樗较蛴摇?答案：gtan 水平向右,1.(基礎(chǔ)理論辨析題)下列說法正確的是() A.在勻減速直線運(yùn)動(dòng)中,a與F的方向相反 B.只有在勻加速直線運(yùn)動(dòng)中,a才與F同向 C.不論在什么運(yùn)動(dòng)中,a

13、與F的方向總是一致的 D.a與F同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)消失 E.a與F可以是對同一物體,也可以不是對同一物體 F.a與F必須是對同一參照系而言,【解析】選C、D、F。加速度方向總是與合外力方向相同,與物 體做什么運(yùn)動(dòng)無關(guān),則C正確,A、B錯(cuò)誤;a與F同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)消 失,是對同一物體及同一參照系而言的,則D、F正確,E錯(cuò)誤。,2.在牛頓第二定律F=kma中,有關(guān)比例系數(shù)k的下列說法中正確 的是() A.在任何情況下都等于1 B.k的數(shù)值是由質(zhì)量、加速度和力的大小決定的 C.k的數(shù)值是由質(zhì)量、加速度和力的單位決定的 D.在任何單位制中,k都等于1 【解析】選C。在F=kma中,k的數(shù)值是由F、m、a三者

14、的單位決 定的,如果m的單位用kg,a的單位用m/s2,力的單位用N,則可使 k=1,故只有C正確。,3.質(zhì)量為M的木塊位于粗糙水平桌面上,若用大小為F的水平恒 力拉木塊,其加速度為a。當(dāng)拉力方向不變,大小變?yōu)?F時(shí),木塊 的加速度為a,則( ) A.a=a B.a2a D.a=2a,【解析】選C。設(shè)木塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,由牛頓第二 定律得F-mg=ma 2F-mg=ma 2得2F-2mg=2ma,與式比較有 2F-mg2F-2mg 所以有ma2ma,即a2a，則C正確。,4.靜止在光滑水平面上的物體，受到一個(gè)水平拉力，在力剛開 始作用的瞬間，下列說法中正確的是( ) A.物體立即獲得加速度和速度 B.物體立即獲得加速度，但速度仍為零 C.物體立即獲得速度，但加速度仍為零 D.物體的速度和加速度均為零 【解析】選B。由牛頓第二定律的瞬時(shí)性可知，當(dāng)力作用的瞬 時(shí)即可獲得加速度，但無速度，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。,5.如圖所示,水平地面上有一質(zhì)量為10 kg 的木箱,木箱與地面 間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.2,用F=25 N的水平力拉木箱,使其由靜 止開