2024-2025學年高中物理第6章力與運動第2節(jié)第2課時牛頓第二運動定律教案魯科版必修1

PAGE7-第2課時牛頓其次運動定律[學習目標]1．[科學思維]通過上節(jié)試驗，能得出并精確描述牛頓其次運動定律．2．[科學思維]理解力的單位的由來，理解關系式F＝kma是如何變成F＝ma的．3．[科學方法]能運用牛頓其次運動定律分析和處理簡潔的問題．4．[科學方法]知道單位制和國際單位制，知道力學中其他物理量的單位都可以用基本單位導出．一、牛頓其次定律1．內容：物體加速度的大小與所受合外力的大小成正比，與物體的質量成反比，加速度方向與合外力方向相同．2．表達式：F合＝kma．質量的單位用kg，加速度的單位用m/s2，且規(guī)定質量為1kg的物體獲得1m/s2的加速度所需的力為1N，這樣表達式中的k就等于1，牛頓其次定律表達式可簡化為F＝ma．二、力學單位制1．國際單位(1)基本單位：在力學中有米(m)(長度單位)、千克(kg)(質量單位)、秒(s)(時間單位)．(2)導出單位：在力學中利用物理公式從三個基本單位導出的其他單位．2．意義與作用：用公式計算的時候，所列的等式中就不必一一寫出每個物理量的單位，只要在計算結果的數(shù)據(jù)后面寫出待求量的單位即可．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)由牛頓其次定律可知，物體的質量與物體所受合外力成正比，與物體的加速度成反比． (×)(2)物體加速度的大小由物體的質量和物體所受合外力大小確定，與物體的速度大小無關． (√)(3)物體加速度的方向只由它所受合力的方向確定，與速度方向無關． (√)(4)在力學問題的分析計算中，只能采納國際單位，不能采納其他單位． (×)(5)力學單位制中，國際單位制的基本單位有千克、米、秒． (√)(6)只有在國際單位制中，牛頓其次定律的表達式才是F＝ma． (√)2．關于牛頓其次定律，下列說法中正確的是()A．牛頓其次定律的表達式F＝ma在任何狀況下都適用B．某一瞬時的加速度，不但與這一瞬時的外力有關，而且與這一瞬時之前或之后的外力有關C．在公式F＝ma中，若F為合外力，則a等于作用在該物體上的每一個力產(chǎn)生的加速度的矢量和D．物體的運動方向肯定與物體所受合外力的方向一樣C[牛頓其次定律只適用于宏觀物體在低速時的運動，A錯誤；F＝ma具有同時性，B錯誤；假如F＝ma中F是合外力，則a為合外力產(chǎn)生的加速度，即各分力產(chǎn)生加速度的矢量和，C正確；假如物體做減速運動，則v與F反向，D錯誤．]3．關于力的單位“?！?，下列說法不正確的是()A．“牛”這個單位是由質量為1kg的物體所受重力為9.7N這個規(guī)定定下來的B．“?！边@個力的單位是依據(jù)在牛頓其次定律F＝kma中取k＝1時定下來的C．1N就是使質量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力D．質量是1kg的物體所受的重力是9.8N，并不是規(guī)定的，而是依據(jù)牛頓其次定律F＝ma得到的結果A[依據(jù)牛頓其次定律F＝kma中k＝1、m＝1kg、a＝1m/s2時的力叫做“一個單位的力”，后人為了紀念牛頓把這個“1個單位的力”，即1kg·m/s2的力叫做1牛頓，用符號“1N”表示，故選項B、C正確，A錯誤；地面旁邊的重力加速度g約為9.8m/s2，因此依據(jù)牛頓其次定律F＝ma可知，地面旁邊1kg的物體重力約為9.8N，并不是規(guī)定的，故選項D正確．]牛頓其次定律1．牛頓其次定律揭示了加速度與力和質量的定量關系，指明白加速度大小和方向的確定因素．2．牛頓其次定律的六性因果性只要物體所受合外力不為0(無論合外力多么小)，物體就獲得加速度，即力是產(chǎn)生加速度的緣由矢量性物體加速度的方向與物體所受合外力的方向總是相同的，加速度的方向由合外力的方向確定瞬時性物體的加速度與物體所受合外力總是同時存在、同時改變、同時消逝的，所以牛頓其次定律反映的是力的瞬時作用效果同一性F、m、a三者對應同一個物體獨立性作用在物體上的每個力都將獨立產(chǎn)生各自的加速度，且遵從牛頓其次定律，物體的實際加速度為每個力產(chǎn)生的加速度的矢量和．分力和加速度在各個方向上的重量關系也遵從牛頓其次定律，即Fx＝max，F(xiàn)y＝may相對性物體的加速度是相對于慣性參考系而言的，即牛頓其次定律只適用于慣性參考系3．用牛頓其次定律解決的兩類基本問題(1)已知受力狀況確定運動狀況．(2)已知運動狀況確定受力狀況．處理方法：在這兩類問題中，加速度是聯(lián)系力和運動的橋梁，受力分析和運動過程分析是解決問題的關鍵．【例1】如圖所示，質量m＝2kg的物體靜止在水平地面上，物體與水平面間的滑動摩擦力大小等于它們間彈力的0.25倍，現(xiàn)對物體施加一個大小F＝8N、與水平方向成θ＝37°角斜向上的拉力，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2．求：(1)畫出物體的受力圖，并求出物體的加速度；(2)物體在拉力作用下5s末的速度大?。?3)物體在拉力作用下5s內通過的位移大?。馕觯?1)對物體受力分析如圖：由牛頓其次定律得：Fcosθ－f＝maFsinθ＋N＝mgf＝μN解得：a＝1.3m/s2，方向水平向右．(2)v＝at＝1.3×5m/s＝6.5m/s．(3)s＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)×1.3×52m＝16.25m．答案：(1)見解析圖1.3m/s2，方向水平向右(2)6.5m/s(3)16.25m動力學的兩類基本問題的解題步驟(1)選取探討對象．依據(jù)問題的須要和解題的便利，選出被探討的物體，可以是一個物體，也可以是幾個物體組成的整體．(2)分析探討對象的受力狀況和運動狀況．留意畫好受力分析圖，明確物體的運動過程和運動性質．(3)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．(4)求合外力F．(5)依據(jù)牛頓其次定律和運動學公式列方程求解，必要時還要對結果進行探討．[跟進訓練]1．“殲十”戰(zhàn)機裝備我軍后，在各項軍事演習中表現(xiàn)優(yōu)異，引起了世界的廣泛關注．如圖所示，一架質量m＝5.0×103kg的“殲十”戰(zhàn)機，從靜止起先在機場的跑道上滑行，經(jīng)過距離s＝5.0×102m，達到起飛速度v＝60m/s，在這個過程中飛機受到的平均阻力是飛機重量的0.02倍．求飛機滑行時受到的牽引力多大？(g取10m/s2)解析：滑行過程，飛機受重力G、支持力N、牽引力F、阻力f四個力作用，在水平方向上，由牛頓其次定律得：F－f＝ma，f＝0.02mg飛機勻加速滑行，有v2－0＝2as解得a＝3.6m/s2F＝1.9×104N．答案：1.9×104N2．一物體在多個力的作用下處于靜止狀態(tài)，假如僅使其中某個力的大小漸漸減小到零，然后又漸漸從零復原到原來大小，在上述過程中，此力的方向始終保持不變，那么如圖所示的v-t圖象中，可能符合此過程中物體運動狀況的是()ABCDD[其中的一個力漸漸減小到零的過程中，物體受到的合力漸漸增大，則其加速度漸漸增大，速度時間圖象中圖線的斜率表示加速度，所以在力漸漸減小到零的過程中，圖線的斜率的肯定值漸漸增大，當這個力又從零復原到原來大小時，合力漸漸減小，加速度漸漸減小，圖線斜率的肯定值漸漸減小，只有D符合題意．]力學單位制1．推導單位物理公式在確定各物理量的數(shù)量關系時，同時也確定了各物理量的單位關系，所以我們可以依據(jù)物理公式中物理量間的關系，推導出物理量的單位．2．檢驗計算結果各量的單位統(tǒng)一成國際單位，計算結果的單位和該物理量的國際單位一樣時，該運算過程才可能是正確的．若所求物理量的單位不對，則結果肯定錯．【例2】聲音在空氣中的傳播速度v與空氣的密度ρ、壓強p有關．下列關于聲音傳播速度的表達式(k為比例系數(shù)，無單位)可能正確的是()A．v＝keq\f(p,ρ) B．v＝eq\r(\f(kp,ρ))C．v＝eq\r(\f(kρ,p)) D．v＝eq\r(kpρ)B[壓強p可由公式p＝eq\f(F,S)求得，則其單位為eq\f(kg·m/s2,m2)＝kg/(m·s2)；密度ρ可由公式ρ＝eq\f(m,V)求得，則ρ的單位為kg/m3．由于題中k無單位，則keq\f(p,ρ)的單位為m2/s2，明顯不是速度的單位，選項A錯誤．而eq\r(\f(kp,ρ))的單位為m/s，選項B中的表達式可能正確．又eq\r(\f(kρ,p))的單位為s/m，不是速度的單位，選項C錯誤．eq\r(kpρ)的單位為kg/(m2·s)，不是速度的單位，選項D錯誤．](1)在進行物理運算時，最終的結果往往是一個表達式，很難推斷其正誤．這時，可將全部物理量的國際單位制單位代入式中，對單位進行運算，若得到的單位不是所求物理量的國際單位制單位，結果就肯定是錯誤的．(2)值得留意的是，運用量綱檢查法得到的單位正確，但結果不肯定是正確的．[跟進訓練]3．在國際單位制中，質量、長度和時間三個物理量的基本單位分別是()A．N、m、s B．kg、m、sC．N、m、h D．kg、s、m/sB[在國際單位制中，質量、長度和時間三個物理量的基本單位分別是kg、m、s，故選B．]4．由萬有引力定律可知，對任何兩個質點，質量分別為m1和m2，其間距離為r時，它們之間相互作用力的大小為F＝Geq\f(m1m2,r2)，式中G為引力常量．若用國際單位制表示，G的單位是()A．kg2·N/m2 B．kg·m2/NC．kg2·m/N D．N·m2/kg2D[依據(jù)萬有引力定律知F＝Geq\f(m1m2,r2)，則G＝eq\f(Fr2,m1m2)，可知G的單位為N·m2/kg2＝N·m2·kg－2，故D正確，A、B、C錯誤．]1．[物理觀念]牛頓其次定律、力學單位制．2．[科學思維]應用牛頓其次定律解決問題．1．下列儀器中，不屬于國際單位制基本物理量測量工具的是()A．天平 B．彈簧測力計C．秒表 D．刻度尺B[天平測質量，彈簧測力計測力，秒表測時間，刻度尺測長度，其中力不屬于基本物理量，故選B．]2．豎直起飛的火箭在推力F的作用下產(chǎn)生10m/s2的加速度，若推力增大到2F，則火箭的加速度將達到(g取10m/s2)()A．20m/s2 B．25m/s2C．30m/s2 D．40m/s2C[設火箭質量為m，由牛頓其次運動定律得：F－mg＝ma①2F－mg＝ma′②聯(lián)立①②式代入數(shù)據(jù)解得a′＝30m/s2，故C正確．]3．如圖所示，用手提一輕彈簧，彈簧下端掛一金屬球．在將整個裝置勻加速上提的過程中，手突然停止不動，則在此后一小段時間內()A．小球馬上停止運動B．小球接著向上做減速運動C．小球的速度與彈簧的形變量都要減小D．小球的加速度減小D[以球為探討對象，小球只受到重力G和彈簧對它的拉力FT，由題可知小球向上做勻加速運動，即G<FT．當手突然停止不動時，在一小段時間內彈簧縮短一點，即FT減小，且FT仍舊大于G，由牛頓其次定律可得FT－G＝ma，a＝eq\f(FT－G,m)，即在一小段時間內小球加速度減小，故D正確．]4．水平傳送帶AB以v＝200cm/s的速度勻速運動，如圖所示，A、B相距0.011km，一物體(可視為質點)從A點由靜止釋放，物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，則物體從A沿傳送帶運動到B所需的時間為多少？(g取10m/s2)解析：統(tǒng)一單位：v＝200cm/s＝2m/s，s＝0.011km＝11m．起先時，物體受的摩擦力