4.3牛頓第二定律 教案

1、適用學科高中物理適用年級高一適用區(qū)域人教版區(qū)域課時時長分鐘2課時知識點1. 牛頓第二定律2. 根本國際單位、量綱分析法3. 牛頓第二定律的兩個表達式教學目標1、理解牛頓第二定律一般表達的含義2、知道物體運動的加速度方向與合外力方向一致3、會用牛頓第二定律解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實際問題4、會用牛頓第二定律和運動學公式解決簡單的動力學問題教學重點牛頓第二定律的理解與應(yīng)用教學難點應(yīng)用牛頓第二定律和運動學公式解決簡單的動力學問題教學過程一、導入通過上節(jié)課的學習,我們知道（1） 當保持物體質(zhì)量不變時,物體的加速度與它所受力成正比。用數(shù)學式子表示就是：aF（2） 當保持物體受力不變時,物體的加速度跟質(zhì)

2、量成反比。用數(shù)學式子表示就是：a1/m力、加速度、質(zhì)量到底有沒有具體的數(shù)量關(guān)系？今天我們來找出這個數(shù)量關(guān)系二、知識講解一考點解讀牛頓第二定律的內(nèi)容及性質(zhì)1內(nèi)容：物體的加速度跟物體所受的合外力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。表達式：或者其中均取國際制單位變形式是運動加速度的決定式,要與加速度的定義式區(qū)別開來。2 性質(zhì)：1、因果性：力是產(chǎn)生加速度的原因。假設(shè)不存在力,那么沒有加速度。2、矢量性：力和加速度都是矢量,物體加速度方向由物體所受合外力的方向決定。牛頓第二定律數(shù)學表達式中,等號不僅表示左右兩邊數(shù)值相等,也表示方向一致,即物體加速度方向與所受合外力方向相同。我們在

3、做題時應(yīng)注意選好正方向。3、瞬時性：當物體質(zhì)量一定所受外力發(fā)生突然變化時,作為由力決定的加速度的大小或方向也要同時發(fā)生突變；當合外力為零時,加速度同時為零,加速度與合外力保持一一對應(yīng)關(guān)系。牛頓第二定律是一個瞬時對應(yīng)的規(guī)律,說明了力的瞬間效應(yīng)。4、相對性：自然界中存在著一種坐標系,在這種坐標系中,當物體不受力時將保持勻速直線運動或靜止狀態(tài),這樣的坐標系叫慣性參照系。地面和相對于地面靜止或作勻速直線運動的物體可以看作是慣性參照系,牛頓定律只在慣性參照系中才成立。它只適用于宏觀、低速的物體。5、獨立性：物體所受各力產(chǎn)生的加速度,互不干擾,而物體的實際加速度那么是每一個力產(chǎn)生加速度的矢量和,分力和分加

4、速度在各個方向上的分量關(guān)系,也遵照牛頓第二定律。6、同一性：a、m、F與同一物體某一狀態(tài)相對應(yīng)二考點詳析考點1 力學單位制1、 力學單位制：實際上牛頓第二定律的表達式應(yīng)為：,只有當力的單位為牛頓N,質(zhì)量的單位為千克kg,加速度的單位為米每二次方秒時,的值才等于1,牛頓第二定律的表達式才能寫成：。由以上可以看出,物理公式在確定物理量的數(shù)量關(guān)系的同時,也確定了物理量的單位關(guān)系。因此物理學中選定七個物理量的單位作為根本單位,根據(jù)物理公式中其他物理量和這幾個物理量的關(guān)系,推導出其他物理量的單位。這些推導出來的單位叫做導出單位。根本單位和導出單位一起組成了單位制。在國際單位制SI中的根本單位有：1、力學

5、：長度-米 m、質(zhì)量-千克kg、時間-秒s；2、電學：電流-安A；3、熱學：熱力學溫度-開K、物質(zhì)的量-摩mol)；4、光學：發(fā)光強度-坎cd。其它為導出單位：如：力-牛頓N,1N=1kg·、速度-米每秒m/s、加速度-米每二次方秒等。2、把多個物體看成一個整體研究時,牛頓第二定律可推廣為：即：整體x軸上受的合外力等于所有物體在x軸上的加速度與質(zhì)量的乘積之和；整體y軸上受的合外力等于所有物體在y軸上的加速度與質(zhì)量的乘積之和考點2 用牛頓第二定律解加速度的方法用牛頓第二定律解加速度的方法：1、物體只受兩個力的情形：(1)利用平行四邊形定那么,將二力合成求出合力；(2)利用求出加速度。2

6、、物體受多個力的情形：(1)確定研究對象；(2)找研究對象受的力；分兩步 判斷受幾個力注：只能找重力、彈力、摩擦力、力 按力的三要素畫出各力的示意圖(3)建立直角坐標系：一般以加速度方向為x軸,y軸與x軸垂直；(4)正交分解：將不在軸上的力轉(zhuǎn)化到軸上；(5)列方程：x軸上： y軸上：三 、例題精析例題1以下說法中正確的選項是( )A. 在公式F=ma中,F、m、a三個量可以取不同單位制中的單位B. 作用力與反作用力等大、反向、共線,所以對其作用的某一物體作用效果可抵消C. 牛頓運動定律是自然界最普遍的規(guī)律,因此可以用來精確描述高速運動電子接近 光速的運動情況D. 慣性和慣性定律不同,慣性是物體

7、本身的固有屬性,是無條件的,而慣性定律是在一定條件下物體運動所遵照的規(guī)律【參考答案】D【解析】在公式中,三個量必須統(tǒng)一,比方都采用國際單位制,故A錯誤；作用力與反作用力,作用在兩個物體上,不能合成,效果不能抵消,故B錯誤；牛頓運動定律適用于宏觀物體和低速運動,故C錯誤；慣性和慣性定律不同,慣性是物體本身的固有屬性,是無條件的,而慣性定律是在一定條件下物體運動所遵照的規(guī)律,故D正確.【點睛】：作用力與反作用力,作用在兩個物體上,不能合成,效果不能抵消例題2一根彈簧的下端掛一重物,上端用手牽引使重物向下做勻速直線運動,從手突然停止到物體下降到最低點的過程中,重物的加速度的數(shù)值將A. 逐漸增大 B.

8、 逐漸減小 C. 先增大再減小 D. 先減小后增大【參考答案】A【解析】試題分析：由題意知道,物體先勻速下降,拉力等于重力；手突然停止運動后,物體由于慣性繼續(xù)下降,根據(jù)形變量的變化明確彈力變化；再分析物體受到的合力變化；由牛頓第二定律即可得出加速度的變化物體勻速運動過程,彈簧對物體的彈力與重力二力平衡；手突然停止運動后,物體由于慣性繼續(xù)下降,彈簧伸長量變大,彈力減大；而物體受到的合力,故重力與彈力的合力變大,根據(jù)牛頓第二定律可知,物體的加速度變大,A正確?！军c睛】：物體先勻速下降,拉力等于重力；手突然停止運動后,物體由于慣性繼續(xù)下降例題3質(zhì)量相同的A、B兩球,由輕彈簧連接后,掛在天花板上,如下

9、列圖,aA、aB分別表示A、B兩球的加速度,那么A. 剪斷細線瞬間：aA=2g,aB=0 B. 剪斷細線瞬間：aA=aB=gC. 剪斷細線瞬間：aA=0,aB=g D. 剪斷細線瞬間：aA=-g,aB=g【參考答案】A【解析】懸線剪斷前,以B為研究對象可知：彈簧的彈力F=mg,以A、B整體為研究對象可知懸線的拉力為2mg；剪斷懸線瞬間,彈簧的彈力不變,F=mg,由牛頓第二定律得：對A：mg+F=maA,解得：aA2g；對B：F-mg=maB,解得：aB0；應(yīng)選A.【點睛】：此題是動力學中典型的問題：瞬時問題,往往先分析懸線剪斷前彈簧的彈力,再分析懸線判斷瞬間物體的受力情況,再求解加速度,抓住懸

10、線剪斷瞬間彈力沒有來得及變化。例題4牛頓第二定律的表達式可以寫成m合a,某物體的質(zhì)量mA跟合外力F成正比B跟合外力F和加速度a都無關(guān)C跟它的加速度a成反比D跟合外力F成反比,跟它的加速度a成正比【參考答案】B【解析】試題分析：物體的質(zhì)量是物體慣性大小的表現(xiàn),質(zhì)量大說明物體運動狀態(tài)變化較困難,即在相同大小力的作用下物體的加速度小,質(zhì)量與物體所受合外力及加速度無關(guān),故ACD項說法均錯誤、B項說法正確；應(yīng)選B項?？键c：此題考查了牛頓第二定律的相關(guān)知識?！军c睛】：物體的質(zhì)量是物體慣性大小的量度,與力和加速度無關(guān)；牛頓第二定律反映了物體質(zhì)量一定時,力與物體產(chǎn)生的加速度之間的關(guān)系。四 、課堂運用根底1、如

11、圖,輕彈簧的下端固定在水平桌面上,上端放有物塊P,系統(tǒng)處于靜止狀態(tài),現(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上,使其向上做勻加速直線運動,以x表示P離開靜止位置的位移,在彈簧恢復原長前,以下表示F和x之間關(guān)系的圖象可能正確的選項是ABCD【參考答案】A【解析】設(shè)物塊P的質(zhì)量為m,加速度為a,靜止時彈簧的壓縮量為x0,彈簧的勁度系數(shù)為k,由力的平衡條件得,mg=k x0,以向上為正方向,木塊的位移為x時彈簧對P的彈力：F1=kx0x,對物塊P,由牛頓第二定律得,F+F1mg=ma,由以上式子聯(lián)立可得,F=k x+ma?？梢奆與x是線性關(guān)系,且F隨著x的增大而增大,當x=0時,kx+ma0,故A正確,BCD錯

12、誤2、如下列圖,長木板放置在水平面上,一小物塊置于長木板的中央,長木板和物塊的質(zhì)量均為m,物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為,木板與水平面間的動摩擦因數(shù)為,最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等,重力加速度為g,現(xiàn)對物塊施加一水平向右的拉力F,那么木板加速度大小a可能是Aa=gBa=Ca=Da=【參考答案】D【解析】一：木板相對物塊沒動假設(shè)Fmg,那么木板上下外表都受到大小相等、方向相反的摩擦力,摩擦力大小為F,此時木板加速度為0；假設(shè)mgFmg,那么木板和物塊一起做勻加速直線運動,整體水平方向的受力為：拉力F和地面的摩擦力f,那么其加速度為：a=,二：木板相對物塊動了此時Fmg,那么木板就是在物塊的摩擦力

13、和地面對它的摩擦力作用下做勻加速直線運動,其受到木塊的摩擦力為：f1=mg,受到地面的摩擦力為f2=mg,那么獲得的加速度為：a=,故D正確3、2019年12月24日,我國自主研制的水陸兩棲飛機“鯤龍AG600首飛成功。至此,中國大飛機家族“三兄弟運20、C919、AG600先后飛上藍天！而“鯤龍AG600既可飛天,又能入海。如果AG600在水面起飛,其在水面加速滑行過程中受到的合外力A大小為零B方向豎直向上C方向與滑行方向相同D方向沿滑行方向斜向上【參考答案】C【解析】“鯤龍AG600在水面做加速直線運動,加速度方向與滑行方向相同,由牛頓第二定律知合外力方向與加速度方向相同,所以合外力方向與

14、滑行方向相同,故ABD錯誤,C正確穩(wěn)固1、關(guān)于牛頓第二定律F=ma,以下說法正確的選項是Aa的方向與F的方向相同Ba的方向與F的方向相反Ca的方向與F的方向無關(guān)Da的方向與F的方向垂直【參考答案】A【解析】根據(jù)牛頓第二定律F=ma得：a=質(zhì)量是標量,力和加速度都是矢量,所以加速度方向與合外力方向相同。 2、趣味運動會上運發(fā)動手持網(wǎng)球拍托球沿水平面勻加速跑,設(shè)球拍和球的質(zhì)量分別為M、m,球拍平面和水平面之間的夾角為,球拍與球保持相對靜止,它們間摩擦及空氣阻力不計,那么A運發(fā)動的加速度為gtanB球拍對球的作用力為C運發(fā)動對球拍的作用力為D假設(shè)加速度大于gsin,球一定沿球拍向上運動【參考答案】A

15、【解析】A、B、C對網(wǎng)球：受到重力mg和球拍的支持力N,作出力圖如圖,根據(jù)牛頓第二定律得： Nsin=ma Ncos=mg解得,a=gtan,N=,故A正確、B錯誤；以球拍和球整體為研究對象,如圖2,根據(jù)牛頓第二定律得： 運發(fā)動對球拍的作用力為F=,故C錯誤。D、當agtan時,網(wǎng)球?qū)⑾蛏线\動,由于gsin與gtan的大小關(guān)系未知,故球不一定沿球拍向上運動。故D錯誤。應(yīng)選：A。3、如下列圖,兩個質(zhì)量分別為m1、m2的物塊A和B通過一輕彈簧連接在一起并放置于水平傳送帶上,水平輕繩一端連接A,另一端固定在墻上,A、B與傳送帶間動摩擦因數(shù)均為傳送帶順時針方向轉(zhuǎn)動,系統(tǒng)到達穩(wěn)定后,突然剪斷輕繩的瞬間,

16、設(shè)A、B的加速度大小分別為aA和aB,彈簧在彈性限度內(nèi),重力加速度為g,那么AaA=1+g,aB=gBaA=g,aB=0CaA=1+g,aB=0DaA=g,aB=g【參考答案】C【解析】對物塊B分析,摩擦力與彈簧彈力平衡,有：m2g=kx,那么：x=。以兩個物塊組成的整體為研究對象,那么繩子的拉力：T=m1+m2g突然剪斷輕繩的瞬間,繩子的拉力減小為0,而彈簧的彈力不變,那么A受到的合外力與T大小相等,方向相反,那么：aA=B在水平方向仍然受到彈簧的拉力和傳送帶的摩擦力,合外力不變,仍然等于0,所以B的加速度仍然等于0應(yīng)選項C正確,ABD錯誤拔高對靜止在光滑水平面上的物體施加一水平拉力,當力剛

17、開始作用的瞬間A物體同時獲得速度和加速度B物體立即獲得速度C物體立即獲得加速度D由于物體未來得及運動,所以速度和加速度都為零【參考答案】C【解析】根據(jù)牛頓第二定律F=ma得知,加速度與合力是瞬時對應(yīng)的關(guān)系,合力變化,加速度同時隨著變化。當力剛開始作用的瞬間,立即獲得了加速度；根據(jù)v=at可知,物體獲得速度需要一定的時間,所以速度不會立即改變。所以ABD錯誤、C正確。2、如下列圖是質(zhì)量為1kg的滑塊在水平面上做直線運動的vt圖象。以下判斷正確的選項是A在t=1s時,滑塊的加速度為零B在4s末6s末時間內(nèi),滑塊的平均速度為2.5m/sC在3s末7s末時間內(nèi),合力做功的平均功率為2WD在5s末6s末

18、時間內(nèi),滑塊受到的合力為2N【參考答案】C【解析】由vt圖象可知,13s內(nèi)做勻變速直線運動,運動加速度恒定且a=m/s2； 故A錯誤；B、46s內(nèi)時間內(nèi)的位移x=6m,滑塊的平均速度m/s；故B錯誤；C、由動能定理可得,3s7s內(nèi),合力做功W=0=8J,那么平均功率大小為：P=W=2W；故C正確；D、在56s時間內(nèi),滑塊的加速度a=m/s=4m/s2,那么合力F=ma=4N； 故D錯誤3、汽車在轉(zhuǎn)彎時如果速度過快,容易發(fā)生側(cè)翻。一輛大貨車在水平的路面上向左轉(zhuǎn)彎時發(fā)生了側(cè)翻,以下說法正確的選項是A貨車向右側(cè)翻B左側(cè)輪胎容易爆胎C側(cè)翻是因為貨車慣性變大D側(cè)翻是因為貨車慣性變小【參考答案】A【解析】

19、A、貨車在水平路面上拐彎,靠靜摩擦力提供向心力,當最大靜摩擦力不夠提供貨車所需要的向心力時,貨車做離心運動,發(fā)生側(cè)翻,所以貨車向右側(cè)翻,故A正確。B、貨車向右側(cè)翻時,左側(cè)輪胎受到的壓力小,不容易爆胎,右側(cè)受到的壓力大,容易爆胎。故B錯誤。CD、慣性大小取決于物體的質(zhì)量,那么知側(cè)翻時貨車的慣性不變,側(cè)翻的原因是速度過快,所需要的向心力過大,地面的靜摩擦力不夠提供所需要的向心力,故CD錯誤課堂小結(jié)這節(jié)課我們學習了：2、利用牛頓定律解題步驟：1確定研究對象,分析研究對象的受力情況,畫出受力圖。2建立直角坐標系,求出合力。注意：正方向的選取和用國際單位制統(tǒng)一單位3根據(jù)牛頓第二定律和運動學規(guī)律列方程并求

20、解課后作業(yè)根底1、一個質(zhì)量為20kg的物體靜止在傾角為30°的固定坡面上足夠長,現(xiàn)對其施加一個沿斜面向上、大小為300N的推力后,物體以4m/s2的加速度沿斜面向上運動,正確的選項是A物體處于失重狀態(tài)B物體受到滑動摩擦力,大小為280NC假設(shè)撤去推力,由于慣性,物體還要沿斜面加速一段時間,再減速D假設(shè)撤去推力,物體的加速度大小為11m/s2【參考答案】D【解析】A、物體加速度沿斜面向上,有豎直向上的分加速度,處于超重狀態(tài),故A錯誤；B、由牛頓第二定律得 Fmgsin30°f=ma,解得 f=l20N,故B錯誤；CD、假設(shè)撤去推力,根據(jù)牛頓第二定律的瞬時性,由mgsin30&

21、#176;+f=ma得a=11m/s2,所以由于慣性,物體還要沿斜面向上運動,但做的是減速運動,故C錯誤,D正確2、受水平外力F作用的物體,在粗糙水平面上作直線運動,其vt圖線如下列圖,那么A在0t1秒內(nèi),外力F大小不斷增大B在0t1秒內(nèi),外力F大小不斷減少直至為零C在t1t2秒內(nèi),外力F大小可能不斷減小D在t1t2秒內(nèi),外力F大小可能先減小后增大【參考答案】D【解析】根據(jù)加速度可以用vt圖線的斜率表示,所以在0t1秒內(nèi),加速度為正并不斷減小,根據(jù)加速度：,所以外力F大小不斷減小,A錯誤； B在t1時刻,加速度為零,所以外力F等于摩擦力,不為零,B錯誤； C在t1t2秒內(nèi),加速度為負并且不斷變

22、大,根據(jù)加速度的大小,外力F大小可能不斷減小,C錯誤； D如果在F先減小一段時間后的某個時刻,F的方向突然反向,根據(jù)加速度的大小 ,F后增大,因為vt圖線后一段的斜率比前一段大,所以外力F大小先減小后增大是可能的,故D正確3、如下列圖,細繩一端系在小球O上,另一端固定在天花板上A點,輕質(zhì)彈簧一端與小球連接,另一端固定在豎直墻上B點,小球處于靜止狀態(tài)。將細繩燒斷的瞬間,小球的加速度方向A沿BO方向B沿OB方向C豎直向下D沿AO方向【參考答案】D【解析】小球靜止時,受到重力、彈簧的彈力和細繩的拉力,由平衡條件知,彈簧的彈力和重力的合力方向與細繩拉力的方向相反,即沿AO方向。將細繩燒斷的瞬間,小球受

23、到重力和彈簧的彈力,而彈簧的彈力不變,所以小球重力和彈力的合力沿AO方向,加速度方向即沿AO方向。故ABC錯誤,D正確穩(wěn)固1、如圖甲所示,固定光滑細桿與地面成一定傾角,在桿上套有一個光滑小環(huán),小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運動,推力F與小環(huán)的速度y隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,取重力加速度g=10m/s2那么小環(huán)的質(zhì)量m和細桿與地面間的傾角分別是Am=1kg,=30°Bm=2kg,=30°Cm=1kg,=60°Dm=2kg,=60°【參考答案】A 【解析】由圖得：,前2s,物體受到重力、支持力和拉力,根據(jù)牛頓第二定律,有：F1mgsin=ma2s后物體做

24、勻速運動,根據(jù)共點力平衡條件,有：F2=mgsin由兩式,代入數(shù)據(jù)可解得：m=1kg,=30°,故A正確,BCD錯誤。2、如下列圖,A和B的質(zhì)量分別是2kg和3kg,彈簧和懸線的質(zhì)量不計,在A上面的懸線燒斷的瞬間AA的加速度等于2.5gBA的加速度等于零CB的加速度等于gDB的加速度等于2g【參考答案】A【解析】懸線燒斷彈簧前,由B平衡得：彈簧的彈力大小F=mBg懸線燒斷的瞬間,彈簧的彈力沒有來得及變化,大小仍為F=mBg,此瞬間B物體受到的彈力與重力仍平衡,合力為零,那么B的加速度為零。A受到重力和向下的彈力,由牛頓第二定律得：A的加速度為：aA=×g=2.5g；故A正確

25、,BCD錯誤3、為了讓乘客乘車更為舒適,某探究小組設(shè)計了一種新的交通工具,乘客的座椅能隨著坡度的變化而自動調(diào)整,使座椅始終保持水平,如下列圖當此車加速上坡時,乘客A處于失重狀態(tài)B不受摩擦力的作用C受到向前水平向右的摩擦力作用D所受力的合力豎直向上【參考答案】C【解析】車加速上坡,車里的乘客與車相對靜止,應(yīng)該和車具有相同的加速度,方向沿斜坡向上,對人受力分析可知, 人應(yīng)受到豎直向下的重力,垂直水平面豎直向上的彈力和水平向右的摩擦力,三力合力沿斜面向上,B、D錯誤； 彈力大于重力,物體處于超重狀態(tài),A錯誤拔高1、如下列圖,小車沿水平面做直線運動,小車內(nèi)光滑底面上有一物塊被壓縮的彈簧壓向左壁,小車向右加速運動。假設(shè)小車向右加速度增大,那么小車左壁受物塊的壓力N1和小車右壁受彈簧的壓力N2的大小變化是AN1不變,N2變大BN1變大,N2減小CN1、N2都變大 DN1變大,N2不變【參考答案】D【解析】小車向右加速度增大時,彈簧的長度不變,壓縮量不變,根據(jù)胡克定律可知,那么車右壁受彈簧的壓力N2的大小不變。對物塊研究得到：N1N2=ma,得到左壁對物塊的壓力為