第5章第2節(jié)牛頓第二定律

1、什么是物體運動狀態(tài)的改變？什么是物體運動狀態(tài)的改變？物體運動狀態(tài)發(fā)生改變與哪些因物體運動狀態(tài)發(fā)生改變與哪些因素有關？素有關？力是物體運動狀態(tài)發(fā)生改變的原因力是物體運動狀態(tài)發(fā)生改變的原因。 當物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變時，物體具有當物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變時，物體具有加速度。加速度。 力是使物體產(chǎn)生加速度的原因。力是使物體產(chǎn)生加速度的原因。物體運動狀態(tài)物體運動狀態(tài)改變改變還與質量有關還與質量有關a-控制變量法控制變量法F-外因外因m-內因內因m不變不變,探究探究a與與F關系關系F 不變不變,探究探究a與關系與關系m 錄象一錄象一錄象二錄象二1.實驗目的實驗目的: 研究加速度（研究加速度（a）、力（）、

2、力（F）、）、 質量（質量（m ） 的關系的關系3. 器材器材: 小車、一端小車、一端帶有定滑輪帶有定滑輪的長木板、的長木板、砝碼、細繩、砝碼、細繩、打點記時器、打點記時器、交流電源等交流電源等2.方法方法: 控制變量法控制變量法m不變不變,探究探究a與與F關系關系F 不變不變,探究探究a與關系與關系m 一、探究式實驗：驗證牛頓第二定律一、探究式實驗：驗證牛頓第二定律4步驟步驟3 3電火花打點計時器打不出點電火花打點計時器打不出點? ?導電紙盤導電紙盤2 2平衡平衡摩擦摩擦5.實驗過程中應注意的問題實驗過程中應注意的問題要求掛鉤要求掛鉤m遠遠小于小車質量遠遠小于小車質量設計表格方案6.實驗結論

3、和圖像處理實驗結論和圖像處理質量一定研究質量一定研究a與與F間的關系間的關系FaFFaa或2121外力一定研究外力一定研究m與與F間關系間關系mammaa11221 或或maFmFa 或或F=kmaF=kmaa變?yōu)樽優(yōu)?倍的方法？倍的方法？aFa1ma-F圖像的斜率為1ma-1/m圖像的斜率為F探究探究a與與m、F的關系的關系aF1am1.1.內容物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質內容物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質量成反比。量成反比。二、牛頓第二運動定律：二、牛頓第二運動定律：公式表示：公式表示：F=kma1牛=1千克 米/秒2 如果每個物理量都采用國際單位，則如果每個物理量都采用

4、國際單位，則k1； 則則 F=ma在國際單位制中，力的單位（牛頓）的定義：在國際單位制中，力的單位（牛頓）的定義：使質量為使質量為1千克的物體產(chǎn)生千克的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力叫做的加速度的力叫做1牛頓。牛頓。說明：說明：比例系數(shù)比例系數(shù)k與公式中物理量單位選擇有關。與公式中物理量單位選擇有關。當物體受到多個力時，牛頓第二定律的數(shù)學公式為：當物體受到多個力時，牛頓第二定律的數(shù)學公式為：F合合=maF靜靜2表達式：表達式：Fma3適用范圍適用范圍(1)牛頓第二定律只適用于慣性參考系，即相對于地牛頓第二定律只適用于慣性參考系，即相對于地面面_或或_的參考系的參考系(2)牛頓第二定律只適用于牛

5、頓第二定律只適用于_物體物體(相對于分子、相對于分子、原子等原子等)、_運動運動(遠小于光速遠小于光速)的情況的情況靜止靜止勻速直線運動勻速直線運動宏觀宏觀低速低速提示：提示：不對物體的質量與受力、運動情況不對物體的質量與受力、運動情況無關無關4.牛頓第二定律牛頓第二定律“五性五性”a與與F合合的方向相同，與的方向相同，與v方向不一定同方向不一定同 同生同滅同變化同生同滅同變化a、F合合、m對應同一物體對應同一物體指作用在物體上的每個力都將獨立地產(chǎn)生各自的指作用在物體上的每個力都將獨立地產(chǎn)生各自的加速度，與物體是否受其他力的作用無關，我們加速度，與物體是否受其他力的作用無關，我們常稱之為力的獨

6、立作用原理合力的加速度即是常稱之為力的獨立作用原理合力的加速度即是這些加速度的矢量和這些加速度的矢量和矢量性矢量性瞬時性瞬時性同體性同體性獨立性獨立性因果性因果性F合合=maF合合是原因，是原因，a是結果，是結果，a隨隨F合合變化而變化變化而變化F合合amFa1MFa2M+mFa=?二、解答動力學的兩類基本問題的方法和步驟二、解答動力學的兩類基本問題的方法和步驟1動力學兩類基本問題的分析流程圖動力學兩類基本問題的分析流程圖特別提示：特別提示：利用牛頓第二定律解決動力學問題的關鍵是利利用牛頓第二定律解決動力學問題的關鍵是利用加速度的用加速度的“橋梁橋梁”作用，將運動學規(guī)律和牛頓第二定律作用，將運

7、動學規(guī)律和牛頓第二定律相結合，尋找加速度和未知量的關鍵，是解決這類問題的相結合，尋找加速度和未知量的關鍵，是解決這類問題的思考方向思考方向2基本方法基本方法(1)明確題目中給出的物理現(xiàn)象和物理過程的特點，明確題目中給出的物理現(xiàn)象和物理過程的特點，如果是比較復雜的問題，應該明確整個物理現(xiàn)象是如果是比較復雜的問題，應該明確整個物理現(xiàn)象是由哪幾個物理過程組成的，找出相鄰過程的聯(lián)系點，由哪幾個物理過程組成的，找出相鄰過程的聯(lián)系點，再分別研究每一個物理過程再分別研究每一個物理過程(2)根據(jù)問題的要求和計算方法，確定研究對象進行根據(jù)問題的要求和計算方法，確定研究對象進行分析，并畫出示意圖圖中應注明力、速度

8、、加速分析，并畫出示意圖圖中應注明力、速度、加速度的符號和方向對每一個力都明確施力物體和受度的符號和方向對每一個力都明確施力物體和受力物體，以免分析力時有所遺漏或無中生有力物體，以免分析力時有所遺漏或無中生有 (3)應用牛頓運動定律和運動學公式求解，通常先用應用牛頓運動定律和運動學公式求解，通常先用表示物理量的符號運算，解出所求物理量的表達式，表示物理量的符號運算，解出所求物理量的表達式，然后將已知物理量的數(shù)值及單位代入，通過運算求然后將已知物理量的數(shù)值及單位代入，通過運算求結果結果3應用牛頓第二定律的解題步驟應用牛頓第二定律的解題步驟(1)明確研究對象根據(jù)問題的需要和解題的方便，選明確研究對

9、象根據(jù)問題的需要和解題的方便，選出被研究的物體出被研究的物體 (2)分析物體的受力情況和運動情況畫好受力分析圖，分析物體的受力情況和運動情況畫好受力分析圖，明確物體的運動性質和運動過程明確物體的運動性質和運動過程(3)選取正方向或建立坐標系通常以加速度的方向為選取正方向或建立坐標系通常以加速度的方向為正方向或以加速度方向為某一坐標軸的正方向正方向或以加速度方向為某一坐標軸的正方向(4)求合外力求合外力F合合(5)根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律F合合ma列方程求解，必要時還列方程求解，必要時還要對結果進行討論要對結果進行討論例例1：質量為：質量為8 103千克的汽車，在水平的公路上沿直線行駛，

10、千克的汽車，在水平的公路上沿直線行駛，汽車的牽引力為汽車的牽引力為1.45 104牛，所受阻力為牛，所受阻力為2.5 103牛牛求：汽車前進時的加速度求：汽車前進時的加速度解題步驟：解題步驟：研究對象：研究對象： 汽車汽車.受力分析受力分析建立坐標系建立坐標系由由F合合ma列方程列方程解得：解得：a.解解:對對 ,受力分析如圖受力分析如圖. 建立如圖所示坐標系建立如圖所示坐標系.由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得:解得解得:解題格式：解題格式：F-f=maNGFf汽車汽車a=1.5 m/s2 例例2：滑冰者的質量為：滑冰者的質量為60kg，冰刀和冰面之間，冰刀和冰面之間的摩擦因數(shù)為的摩擦因數(shù)為0

11、.015。如果滑冰者停止用力。如果滑冰者停止用力后，在平滑的水平冰面前后，在平滑的水平冰面前30m才停止，求才停止，求滑冰者停止用力時的速度為多少？滑冰者停止用力時的速度為多少？ 3.用牛頓第二定律解題的一般方法和步驟：用牛頓第二定律解題的一般方法和步驟： （1）確定研究對象；）確定研究對象； （2）進行受力分析和運動狀態(tài)分析，畫出受力的示意圖；）進行受力分析和運動狀態(tài)分析，畫出受力的示意圖； （3）建立坐標系，即選取正方向，根據(jù)定律列方程；）建立坐標系，即選取正方向，根據(jù)定律列方程； （4）統(tǒng)一已知量單位，代值求解；）統(tǒng)一已知量單位，代值求解； （5）檢查所得結果是否符合實際，舍去不合理的解

12、）檢查所得結果是否符合實際，舍去不合理的解.三、力學單位制三、力學單位制1單位制：由單位制：由_單位和單位和_單位一起組成了單位一起組成了單位制單位制2基本單位：基本物理量的單位，基本物理量共基本單位：基本物理量的單位，基本物理量共七個，其中力學有三個，它們是七個，其中力學有三個，它們是_、_、_，它們的單位分別是，它們的單位分別是_、_、_3導出單位：由基本量根據(jù)導出單位：由基本量根據(jù)_推導出來的推導出來的其他物理量的單位其他物理量的單位4國際單位制中的基本物理量和基本單位國際單位制中的基本物理量和基本單位基本基本導出導出長度長度質量質量時間時間米米千克千克秒秒物理關系物理關系物理量名稱物理

13、量名稱物理量符物理量符號號單位名稱單位名稱單位符號單位符號長度長度l米米m質量質量m千克千克kg時間時間t秒秒s電流電流I安安培培A熱力學溫度熱力學溫度T開開爾文爾文K物質的量物質的量n摩摩爾爾mol發(fā)光強度發(fā)光強度I坎坎德拉德拉cd例例2：某靜止物體受一對平衡力作用，現(xiàn)將其中一個力：某靜止物體受一對平衡力作用，現(xiàn)將其中一個力先減小到零后再增大恢復到原來的大小，方向保持，先減小到零后再增大恢復到原來的大小，方向保持，另一個力保持不變，試分析在此過程中，該物體的加另一個力保持不變，試分析在此過程中，該物體的加速度和速度變化情況如何？速度和速度變化情況如何？例例1：質量一定的物體在合力質量一定的物

14、體在合力F作用下從靜止開始運動，作用下從靜止開始運動，若合力若合力F恒定不變，則運動的加速度恒定不變，則運動的加速度，運動的速度將運動的速度將；若合力；若合力F逐漸減小直逐漸減小直至零，則運動的加速度將至零，則運動的加速度將，運動的速，運動的速度將度將。（填變大、變小或不變）。（填變大、變小或不變）變力分析變力分析四、經(jīng)典題型探究四、經(jīng)典題型探究例例3：一質量為：一質量為2kg的物體，受到的物體，受到F1=6N，F(xiàn)2=5N，F(xiàn)3=4N三力的作用處于靜止狀態(tài)，若將三力的作用處于靜止狀態(tài)，若將F1撤去，撤去，物體的加速度為物體的加速度為 ，其方向，其方向。例例4：一物體在光滑的水平面上運動，在拉力

15、：一物體在光滑的水平面上運動，在拉力F1的作用下，它的速度在的作用下，它的速度在0.3秒內從秒內從0.2m/s增大增大到到0.4m/s，在拉力，在拉力F2的作用下，它的速度在的作用下，它的速度在0.2s內從內從0.5m/s增大到增大到0.8m/s。求拉力。求拉力F1 和和F2的比值的比值 如圖所示，質量為如圖所示，質量為m的人站在的人站在自動扶梯上，扶梯正以加速度自動扶梯上，扶梯正以加速度a向向上減速運動，上減速運動，a與水平方向的夾角與水平方向的夾角為為.求人所受到的支持力和摩擦求人所受到的支持力和摩擦力力正交分解法的應用正交分解法的應用【解析】【解析】法一：建立如圖所示的坐標系，并將加速法

16、一：建立如圖所示的坐標系，并將加速度分解為水平方向加速度度分解為水平方向加速度ax和豎直方向加速度和豎直方向加速度ay，則，則axacos，ayasin.由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得F靜靜max，mgFNmay，解得解得F靜靜macos，F(xiàn)Nm(gasin)法二：以人為研究對象，受力分析如圖法二：以人為研究對象，受力分析如圖7所示因所示因摩擦力摩擦力F為待求，且必沿水平方向，設為水平向為待求，且必沿水平方向，設為水平向右建立如圖所示坐標系，并規(guī)定正方向右建立如圖所示坐標系，并規(guī)定正方向根據(jù)牛頓第二定律得根據(jù)牛頓第二定律得x方向：方向：mgsinFNsinFcosmay方向：方向：mgcos

17、FsinFNcos0由由兩式可解得兩式可解得FNm(gasin)，F(xiàn)macos.F為負值，說明摩擦力的實際方向與假設方向相反，為為負值，說明摩擦力的實際方向與假設方向相反，為水平向左水平向左質量為質量為2 kg的物體在水平推力的物體在水平推力F的作用下沿水平面做的作用下沿水平面做直線運動，一段時間后撤去直線運動，一段時間后撤去F，其運動的，其運動的vt圖象如圖象如圖所示圖所示g取取10 m/s2，求：，求：牛頓第二定律與牛頓第二定律與vt圖象圖象(1)物體與水平面間的動摩擦因數(shù)；物體與水平面間的動摩擦因數(shù)；(2)水平推力水平推力F的大??；的大??；(3)010 s內物體運動位移的大小內物體運動位

18、移的大小【思路點撥】【思路點撥】先根據(jù)先根據(jù)vt圖象求出物體的加速圖象求出物體的加速度，再應用牛頓第二定律列方程即可度，再應用牛頓第二定律列方程即可【答案】【答案】(1)0.2(2)6 N(3)46 m 如圖甲所示，一質量如圖甲所示，一質量為為m的物體系于長度分別為的物體系于長度分別為L1、L2的兩根細線上，的兩根細線上，L1的的一端懸掛在天花板上，與豎一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為直方向夾角為，L2水平拉水平拉直，物體處于平衡狀態(tài)求直，物體處于平衡狀態(tài)求解下列問題：解下列問題：瞬時加速度的計算瞬時加速度的計算題型四題型四(1)現(xiàn)將線現(xiàn)將線L2剪斷，求剪斷剪斷，求剪斷L2的瞬間物體的加速

19、度的瞬間物體的加速度(2)若將圖甲中的細線若將圖甲中的細線L1換成長度相同換成長度相同(掛掛m后后)，質量不計的輕彈，質量不計的輕彈簧，如圖乙所示，其他條件不變，求剪斷簧，如圖乙所示，其他條件不變，求剪斷L2的瞬間物體的加速的瞬間物體的加速度度【思路點撥】【思路點撥】彈簧彈力不能發(fā)生突變，在剪斷瞬間仍然保持彈簧彈力不能發(fā)生突變，在剪斷瞬間仍然保持原來的大小和方向；而細繩的彈力會發(fā)生突變，在剪斷瞬間會原來的大小和方向；而細繩的彈力會發(fā)生突變，在剪斷瞬間會突然改變突然改變【答案】【答案】(1)大小為大小為gsin，方向垂直于，方向垂直于L1斜向斜向下下(2)大小為大小為gtan，方向水平向右，方向

20、水平向右變式訓練變式訓練如圖輕彈簧上端與一質量為如圖輕彈簧上端與一質量為m的木塊的木塊1相連，下端相連，下端與另一質量為與另一質量為M的木塊的木塊2相連，整個系統(tǒng)置于水平放置的光相連，整個系統(tǒng)置于水平放置的光滑木板上，并處于靜止狀態(tài)現(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出，滑木板上，并處于靜止狀態(tài)現(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出，設抽出后的瞬間，木塊設抽出后的瞬間，木塊1、2的加速度大小分別為的加速度大小分別為a1、a2.重力重力加速度大小為加速度大小為g.則有則有 ()C例例1：一個質量為：一個質量為2kg的物體同時受到兩個力的作用，這兩個力的物體同時受到兩個力的作用，這兩個力的大小分別為的大小分別為2N和和6

21、N，當兩個力的方向發(fā)生變化時，物體的，當兩個力的方向發(fā)生變化時，物體的加速度大小可能為：加速度大小可能為：( ) A 1ms2 B 2ms2 C 3ms2 D 4ms2例例2:將一物體豎直上拋，它所受重力是將一物體豎直上拋，它所受重力是10N，運動中所受空氣，運動中所受空氣阻力為阻力為2N，則上升、下降過程中，加速度大小之比為（，則上升、下降過程中，加速度大小之比為（ ）A、1：1 B、3：2 C、2：3 D、4：1例例3： 重重 10N 的物體以速度的物體以速度 v 在水平粗糙桌面上向左運動，在水平粗糙桌面上向左運動，物體與桌面之間的動摩擦因數(shù)為物體與桌面之間的動摩擦因數(shù)為 0.1, 現(xiàn)給物

22、體施加水平向右現(xiàn)給物體施加水平向右的拉力的拉力F，大小為，大小為20N，則物體受到的摩擦力為，則物體受到的摩擦力為 ，產(chǎn)生，產(chǎn)生的加速度為的加速度為 (取取g=10m/s2 ).例例4：如右圖所示，如右圖所示，ADAD、BDBD、CDCD是豎直平面內三根固定的光滑是豎直平面內三根固定的光滑細桿，細桿，A A、B B、C C、D D位于同一圓周上，位于同一圓周上，A A為圓周的最高點，為圓周的最高點，D D為最為最低點，每根桿上都套有一個小滑球低點，每根桿上都套有一個小滑球( (圖中未畫出圖中未畫出) )三個滑球分三個滑球分別從別從A A、B B、C C處釋放，初速度為零，用處釋放，初速度為零，用t t1 1、t t2 2、t t3 3分別表示各分別表示各滑環(huán)到達滑環(huán)到達D D處所用的時間，則處所用的時間，則( () )At1t2t3 Bt1t2t3Ct3t1t2 Dt1t2