2023-2024學年粵教版必修第一冊 第四章　第三節(jié)　牛頓第二定律 課件（60張）

第三節(jié)牛頓第二定律核心素養(yǎng)目標物理觀念(1)能準確表述牛頓第二定律的內(nèi)容。(2)理解牛頓第二定律表達式的意義。(3)知道國際單位制中力的單位“牛頓”是怎樣定義的。科學思維會應用牛頓第二定律解決簡單的動力學問題。科學探究通過分析探究實驗的數(shù)據(jù)，能夠得出牛頓第二定律的數(shù)學表達式?？茖W態(tài)度與責任培養(yǎng)分析數(shù)據(jù)、從數(shù)據(jù)獲取規(guī)律的能力。CONTENTS目錄新知預覽·抓必備素養(yǎng)浸潤·提能力知能演練·重落實課時跟蹤檢測新知預覽·抓必備高效學習夯基固本1知識點一牛頓第二定律的表述1．內(nèi)容：物體的加速度與物體所受到的作用力成____，與物體的質(zhì)量成____，加速度的方向與作用力的方向____。正比反比相同合力1ma知識點二力的單位1．國際單位：牛頓，簡稱牛，符號為N。2．“牛頓”的定義：使質(zhì)量為1kg的物體獲得1m/s2的加速度的力叫作1N，即1N＝1kg·m·s－2。3．比例系數(shù)k的意義(1)在F＝kma中，k的選取有一定的____(選填“任意”或“唯一”)性。(2)在國際單位制中k＝1，牛頓第二定律的數(shù)學表達式為F＝ma，式中F、m、a的單位分別為__、__、__。(選填：①kg

②N

③m/s2

④m/s)任意②①③讓一名孩子推靜止于光滑水平面上很重的一個箱子。(1)因為孩子力氣較小，所以箱子可能不動。

()(2)孩子對箱子施力，然后產(chǎn)生了加速度，加速度的

產(chǎn)生滯后于力的作用。

()(3)箱子加速度的方向一定與箱子所受合外力方向相同。

()(4)箱子的質(zhì)量與箱子的加速度成反比。

()(5)若孩子的推力逐漸減小，則箱子做減速運動。

()(6)孩子停止用力，則箱子立刻停下來。

()××√×××素養(yǎng)浸潤·提能力互動探究重難突破2要點一牛頓第二定律的理解你了解賽車嗎？如圖所示的是一輛方程式賽車，車身結(jié)構(gòu)一般采用碳纖維等材料進行輕量化設(shè)計，比一般小汽車的質(zhì)量小得多，而且還安裝了功率很大的發(fā)動機，可以在4～5s的時間內(nèi)從靜止加速到100km/h。你知道為什么要使賽車具備質(zhì)量小、功率大兩個特點嗎？提示：賽車的質(zhì)量小，賽車的運動狀態(tài)容易改變；功率大，可以為賽車提供較大的動力。因此，這兩個特點可以使賽車提速非常快(加速度大)。1．表達式F＝ma的理解(1)單位統(tǒng)一：表達式中F、m、a三個物理量的單位都必須是國際單位。(2)F的含義：F是合力時，加速度a指的是合加速度，即物體的加速度；F是某個力時，加速度a是該力產(chǎn)生的加速度。2．牛頓第二定律的五個性質(zhì)性質(zhì)理解因果性力是產(chǎn)生加速度的原因，只要物體所受的合力不為0，物體就具有加速度矢量性F＝ma是一個矢量式。物體的加速度方向由它受的合力方向決定，且總與合力的方向相同瞬時性加速度與合力是瞬時對應關(guān)系，同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失同體性F＝ma中F、m、a都是對同一物體而言的獨立性作用在物體上的每一個力都產(chǎn)生加速度，物體的實際加速度是這些加速度的矢量和【典例1】

(多選)

初始時靜止在光滑水平面上的物體，受到一個逐漸減小且方向不變的水平力的作用，則這個物體的運動情況為(

)A．速度不斷增大，但增大得越來越慢B．加速度不斷增大，速度不斷減小C．加速度不斷減小，速度不斷增大D．加速度不變，速度先減小后增大解析水平面光滑，說明物體不受摩擦力作用，物體所受到的水平力即為其所受合力。水平力逐漸減小，合力也逐漸減小，由公式F＝ma可知，當F逐漸減小時，a也逐漸減小，但速度逐漸增大。故A、C正確。AC|規(guī)律方法|合力、加速度、速度的關(guān)系(1)力與加速度為因果關(guān)系：力是因，加速度是果，只要物體所受的合力不為零，就會產(chǎn)生加速度。加速度與合力方向是相同的，大小與合力成正比。(2)力與速度無因果關(guān)系：合力的方向與速度方向可以相同，可以相反，還可以有夾角。合力的方向與速度的方向相同時，物體做加速運動，相反時物體做減速運動。1．下列對牛頓第二定律的理解錯誤的是(

)A．由F＝ma可知，F(xiàn)與a成正比，m與a成反比B．牛頓第二定律說明當物體受到外力的作用時，物體才有加速度C．加速度的方向與合外力的方向一致D．當外力停止作用時，加速度隨之消失解析：F＝ma說明力是產(chǎn)生加速度的原因，但不能說F與a成正比，也不能說m與a成反比，故A錯誤；力是產(chǎn)生加速度的原因，所以當物體受到外力作用時，物體才有加速度，故B正確；根據(jù)牛頓第二定律的矢量性可知，加速度的方向與合外力的方向一致，故C正確；加速度與外力同時產(chǎn)生，同時消失，故D正確。A

2．下列說法正確的是(

)A．由牛頓第二定律知，加速度大的物體，所受的合外力一定大B．物體的加速度大，說明它的質(zhì)量一定小C．任何情況下，物體的加速度大，速度變化量一定大D．a(chǎn)與Δv及Δt無關(guān)，但可以用Δv和Δt的比值來計算加速度a的大小要點二牛頓第二定律的簡單應用汽車突然剎車，要在很短時間內(nèi)停下來，會產(chǎn)生很大的加速度，這時如何計算安全帶對人的作用力大小呢？提示：汽車剎車時的加速度可由剎車前的速度及剎車時間求得，由牛頓第二定律F＝ma可求得安全帶產(chǎn)生的作用力大小。1．牛頓第二定律的應用：牛頓第二定律是聯(lián)系物體受力情況與物體運動情況的橋梁。根據(jù)牛頓第二定律，可由物體所受各力的合力，求出物體的加速度；還可由物體的加速度，求出物體所受各力的合力。2．應用牛頓第二定律解題的一般步驟(1)確定研究對象。(2)進行受力分析和運動狀態(tài)分析，畫出受力分析圖，明確運動性質(zhì)和運動過程。(3)求出合力或加速度。(4)根據(jù)牛頓第二定律列方程求解。3．根據(jù)受力情況求加速度的方法(1)矢量合成法：若物體只受兩個力作用，應用平行四邊形定則求這兩個力的合力，再由牛頓第二定律求出物體的加速度的大小及方向?！镜淅?】

如圖所示，沿水平方向做勻變速直線運動的車廂中，懸掛小球的懸線與豎直方向的夾角為37°，球和車廂相對靜止，球的質(zhì)量為1kg。(g取10m/s2,sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(1)求車廂運動的加速度，并說明車廂的運動情況；解析方法一：合成法小球和車廂相對靜止，它們的加速度相同。以小球為研究對象，對小球進行受力分析如圖所示，小球所受合力F合＝mgtan37°，由牛頓第二定律得小球的加速度為加速度方向水平向右。車廂的加速度與小球相同，車廂可能向右做勻加速直線運動或向左做勻減速直線運動。方法二：正交分解法建立直角坐標系如圖所示，正交分解各力，根據(jù)牛頓第二定律列方程得x方向Fx＝may方向Fy－mg＝0即Fsin37°＝ma，F(xiàn)cos37°－mg＝0解得a＝7．5m/s2，加速度方向水平向右。車廂的加速度與小球相同，車廂可能向右做勻加速直線運動或向左做勻減速直線運動。答案

7．5m/s2，方向水平向右車廂可能向右做勻加速直線運動或向左做勻減速直線運動(2)求懸線對球的拉力大小。解析由圖可知，懸線對球的拉力大小為答案

12．5N|規(guī)律方法|坐標系的建立方法在牛頓第二定律的應用中，采用正交分解法時，在受力分析后，建立直角坐標系是關(guān)鍵。在建立直角坐標系時，不管選取哪個方向為x軸正方向，最后得到的結(jié)果都應該是一樣的，但在選取坐標軸時，應以解題方便為原則。

在【典例2】中，沿細線和垂直于細線方向建立直角坐標系，求車廂運動的加速度及懸線對球的拉力大小。解析：建立直角坐標如圖所示。則有mgsin37°＝macos37°F－mgcos37°＝masin37°解得a＝7．5m/s2，方向水平向右。F＝12．5N。答案：7．5m/s2方向水平向右12．5N要點三牛頓第二定律的瞬時性問題1．瞬時性問題即求解瞬時加速度問題。牛頓第二定律是力的瞬時作用規(guī)律，加速度和力瞬時對應。分析物體在某一時刻的瞬時加速度，關(guān)鍵是分析該時刻前后物體的受力情況及其變化，進而確定該時刻的受力情況。2．四種常見模型模型特性輕繩橡皮繩輕彈簧輕桿彈力方向沿著繩子縮短的方向沿著橡皮繩縮短的方向沿彈簧的軸線與彈簧形變方向相反不一定沿著桿受外力時形變特點不可伸長，不可變短只可變長，不可變短既可變長，又可變短不可伸長，

不可縮短受外力時形變量微小不計較大較大微小不計模型特性輕繩橡皮繩輕彈簧輕桿彈力能否突變可以突變兩端連有物體時不能突變兩端連有物體時不能突變可以突變產(chǎn)生拉力或壓力只能受拉力作用，不能承受壓力只能受拉力作用，不能承受壓力既能承受拉力，又能承受壓力即能承受拉力，又能承受壓力【典例3】如圖所示，A、B、C三球質(zhì)量均為m，輕質(zhì)彈簧一端固定在斜面頂端，另一端與A球相連，A、B間固定一個輕桿，B、C間由一輕質(zhì)細線連接。傾角為θ的光滑斜面固定在地面上，彈簧、輕桿與細線均平行于斜面，開始時系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。已知重力加速度大小為g，在細線被燒斷的瞬間，下列說法正確的是(

)|規(guī)律方法|解決瞬時性問題的基本思路(1)分析原狀態(tài)(給定狀態(tài))下物體的受力情況，求出各力大小(①若物體處于平衡狀態(tài)，則利用平衡條件；②若處于加速狀態(tài)，則利用牛頓第二定律)。(2)分析當狀態(tài)變化時(剪斷細線、剪斷彈簧、抽出木板、撤去某個力等)，哪些力變化，哪些力不變，哪些力消失(被剪斷的繩、彈簧中的彈力，發(fā)生在被撤去物接觸面上的彈力都立即消失)。(3)求物體在狀態(tài)變化后所受的合力，利用牛頓第二定律，求出瞬時加速度。

在【典例3】中，若剪斷輕彈簧下端瞬間，則A、B、C的加速度各為多大？解析：剪斷彈簧下端瞬間，彈簧彈力消失，A、B間因用輕桿連接，加速度一定相同，若B、C間細線有拉力，則2mgsinθ＋T＝2maAB。此時aAB＞gsinθ，而aC＜gsinθ。假設(shè)是錯誤的，所以T＝0。aAB＝aC＝gsinθ。答案：A、B、C的加速度均為gsinθ。|要點回眸|知能演練·重落實內(nèi)化知識鞏固技能31．(多選)關(guān)于牛頓第二定律的表達式F＝kma，下列說法正確的是(

)A．在任何情況下式中k都等于1B．式中k的數(shù)值由質(zhì)量、加速度和力的大小決定C．式中k的數(shù)值由質(zhì)量、加速度和力的單位決定D．物理學中定義使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力為1N解析：在牛頓第二定律的表達式F＝kma中，k的數(shù)值由質(zhì)量、加速度和力的單位決定，只有當質(zhì)量的單位為kg、加速度的單位為m/s2、力的單位為N時，比例系數(shù)k才等于1，A、B錯誤，C正確；由牛頓第二定律F＝ma，知m＝1kg、a＝1m/s2時1N＝1kg·m/s2，即使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力為1N，D正確。CD

2．假設(shè)灑水車的牽引力不變且所受阻力與車的重力成正比，未灑水時，車勻速行駛，灑水時它的運動將是(

)A．做變加速直線運動B．做初速度不為零的勻加速直線運動C．做勻減速直線運動D．繼續(xù)保持勻速直線運動A

3．(多選)如圖所示，火車在平直軌道上運動，車廂中的光滑水平桌面上用輕彈簧拴著一個小球，彈簧處于自然長度。當乘客看到彈簧的長度變長時，火車可能的運動情況是(

)A．火車向右運動，速度在增大B．火車向右運動，速度在減小C．火車向左運動，速度在增大D．火車向左運動，速度在減小解析：當彈簧長度變長時，說明小球受到水平向左的拉力，具有向左的加速度，若火車具有向左的初速度，則火車速度在增大；若火車具有向右的初速度，則火車速度在減小，故B、C正確。BC

4．我們可用輕桿、小球和硬紙板等制作一個簡易加速度計，粗略測量運動物體的加速度。如圖所示，在輕桿上端裝上轉(zhuǎn)軸，固定于豎直放置的畫有角度的紙板上的O點，輕桿下端固定一小球，桿可在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。將此裝置固定于運動物體上，當物體向右加速(減速)運動時，桿便向左(向右)擺動，根據(jù)擺動后穩(wěn)定的角度，便可知道加速度的大小和方向。你能解釋這個加速度計的工作原理嗎？解析：將此裝置固定在運動的物體上，那么小球的加速度就等于運動物體的加速度，小球受到重力mg和桿的拉力F，當物體向右加速(減速)運動時，桿便向左(向右)擺動，設(shè)輕桿與豎直方向的夾角為θ，則有豎直方向：Fcosθ＝mg水平方向：Fsinθ＝ma解得a＝gtanθ由此可見，只要知道擺動后穩(wěn)定的角度以及擺動的方向就能知道加速度的大小和方向。答案：見解析課時跟蹤檢測4C

2．如圖所示，頂端固定著小球的輕桿固定在小車上，當小車向右做勻加速直線運動時，球所受合外力的方向沿圖中的(

)A．OA方向 B．OB方向C．OC方向 D．OD方向解析：當小車向右做勻加速直線運動時，小球和小車是一個整體，所以小球也向右做勻加速直線運動，根據(jù)牛頓第二定律可得合力沿OD方向，D正確。D

3．隨著居民生活水平的提高，家庭轎車越來越多，行車安全就越發(fā)顯得重要。在行車過程中規(guī)定必須要使用安全帶。假設(shè)某次急剎車時，由于安全帶的作用，使質(zhì)量為70kg的乘員具有的加速度大小約為6m/s2，此時安全帶對乘員的作用力最接近(

)A．100N B．400NC．800N D．1000N解析：由題意知F＝ma＝420N，所以最接近400N，故B正確。B

4．一個物體質(zhì)量為2kg，在幾個力作用下處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)把一個大小為10N的力撤去，其他力保持不變，則該物體將(

)A．沿該力的方向開始做勻加速運動，加速度的大小是5m/s2B．沿該力的相反方向做勻加速運動，加速度的大小是5m/s2C．沿該力的相反方向做勻加速運動，加速度的大小是20m/s2

D．由于慣性，物體仍保持原來的靜止狀態(tài)不變B

5．在光滑水平桌面上，物塊A用輕繩和物塊B連接，輕繩跨過定滑輪，物塊B懸空，如圖甲所示，系統(tǒng)從靜止開始，運動的加速度為a1。在圖乙中，若對輕繩施加一個和物塊B重力相等的拉力F，物塊A從靜止開始運動的加速度為a2，則(

)A．a(chǎn)1＜a2

B．a(chǎn)1＝a2C．a(chǎn)1＞a2 D．無法判斷A

6．在粗糙的水平面上，物體在水平推力的作用下，由靜止開始做勻加速直線運動，經(jīng)過一段時間后，將水平推力逐漸減小到零(物體不停止)，那么，在水平推力減小到零的過程中(

)A．物體的速度逐漸減小，加速度逐漸減小B．物體的速度逐漸增大，加速度逐漸減小C．物體的速度先增大后減小，加速度先增大后減小D．物體的速度先增大后減小，加速度先減小后增大D

解析：物體水平方向受力如圖所示，因為原來做勻加速直線運動，所以F＞f，由于運動一段時間，所以物體已有一定的速度，當力F減小時包含以下三個過程：②隨著F減小，F(xiàn)＝f時，即F合＝0，a＝0，速度達到最大；綜上所述，a先減小后增大，v先增大后減小，故D正確。8．兩輕繩拴接一定質(zhì)量的小球，兩輕繩與豎直方向的夾角如圖所示，若只剪斷a繩，剪斷瞬間小球的加速度大小為a1，若只剪斷b繩，剪斷瞬間小球的加速度大小為a2，則a1∶a2為(

)9．一個物體置于光滑的水平面上，受到6N水平拉力作用從靜止出發(fā)，經(jīng)2s，速度增加到24m/s。(不計空氣阻力，g取10m/s2)求：(1)物體的加速度多大；(2)物體的質(zhì)量是多大；解析：根據(jù)牛頓第二定律F＝ma得，物體的質(zhì)量(3)若改用同樣大小的力豎直向上提升這個物體，它的加速度多大；解析：根據(jù)牛頓第二定律得F－mg＝ma′上升的加速度(4)物體在這個豎直向上的力的作用下速度由零增大到4m/s的過程中，物體上升的高度多大。解析：根據(jù)速度與位移公式有v2－v02＝2a′h10．“長征八號”運載火箭是我國自行研制的航天運載工具，據(jù)新聞報道，“長征八號”運載火箭采用了子級整體垂直反推回收的方式，能有效實現(xiàn)火箭部件再利用，降低發(fā)射成本，有利于增強中國商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射在全球的競爭力。下列說法正確的是(

)A．火箭第一級發(fā)動機在剛剛脫離主體時就停止了推進動力，這時候沒有動力的第一級發(fā)動機的加速度為0B．火箭第三級在準備把運載的衛(wèi)星送入預定軌道時，會先把頂端的衛(wèi)星保護外殼脫落下來，這部分脫落的外殼一脫落就做自由落體運動C．“長征八號”運載火箭在剛剛點火的瞬間，速度幾乎為0，但是它的加速度卻比較大D．火箭升空后速度越來越大，加速度也越來越大C

解析：沒有動力的第一級發(fā)動機還受到地球的引力作用，所以加速度不為0，A錯誤；物體做自由落體運動的條件是只受重力和初速度為0，脫落的外殼初速度不為0，不是做自由落體運動，B錯誤；火箭在剛剛點火的瞬間，速度幾乎為0，但是受到很大的向上的推力，所以它的加速度比較大，C正確；火箭在加速升空的最后階段，速度越來越大，加速度越來越小，