高中物理力与运动4.4牛顿第二定律课件粤教版.pptx

第四节 牛顿第二定律 目标导航预习导引 目标导航预习导引二一 一、计算机实时实验结 果 1.根据质量相同、拉力不同时得到的速度时间图象,经计算机 进行曲线拟合后,由倾斜直线的斜率可以计算出加速度的大小,由 实验数据可得aF. 2.在保持拉力F不变时,根据速度时间图象,算出加速度的大小, 由实验数据可得a . 同一个物体做匀变速直线运动和非匀变速直线运动时受的合外 力各有什么特点? 提示:前者合外力不变,后者合外力是变化的. 目标导航二一预习导引 二、牛顿第二定律及其数学表示 1.内容:物体的加速度跟物体所受合外力成正比,跟物体的质量 成 反比,加速度方向跟合外力方向相同. 2.表达式:a=_. 3.力的单位: (1)国际单位制中,力的单位是牛顿,符号是N. (2)1 N的物理意义:使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的 力,称为1 N,即1 N=1 kgm/s2. 4.表达式 中的比例系数k的数值由F、m、a三物理量的单 位共同决定,若都取国际单位制单位,则k=1,所以牛顿第二定律的 表达式可写作F=ma. 目标导航二一预习导引 如图所示的赛车,它的质量比一般小汽车的质量小得多,而且还 安装了一个功率强大的发动机,从而获得很大的动力,试分析这样 设计对比赛有何益处. 提示:为了提高赛车的灵活性,使物体有较大的加速度,根据牛顿 第二定律 知,就需要减小赛车的质量和增大其所受到的作用力, 这样设计,赛车的机动灵活性得到提高,有益于提高比赛成绩. 知识精要思考探究迁移应用一二典题例解 一、对牛顿第二定律的理解 1.因果性:力是产生加速度的原因,只要物体所受的合外力不为 零,物体就会产生加速度. 2.矢量性:F=ma是一个矢量式,加速度与合外力都是矢量.物体的 加速度方向由它受的合外力方向决定,且总与合外力的方向相同. 3.瞬时性:加速度与合外力是瞬时对应关系,同时产生,同时变化, 同时消失. 4.同体性:F=ma中F、m、a都是针对同一物体而言的. 5.独立性:作用在物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛 顿第二定律,而物体的实际加速度则是每个力产生的加速度的矢量 和.牛顿第二定律的分量式为Fx=max,Fy=may. 6.相对性:物体的加速度必须是相对于地球静止或做匀速直线运 动的参考系而言的. 三 一二知识精要思考探究迁移应用典题例解 仅通过实验,我们得出物体的加速度与物体的合外力成正比,与 物体的质量成反比的结论.那么,我们如何用数学式子把这个结论 表示出来? 三 一二知识精要思考探究迁移应用典题例解 【例1】 对牛顿第二定律的理解中,错误的是( ) A.在F=kma中,k的数值由F、m、a决定 B.牛顿第二定律说明当物体有加速度时,物体才受到外力的作用 C.加速度的方向总跟合外力的方向一致 D.当外力停止作用时,加速度随之消失 思路分析:理解牛顿第二定律及其表达式的物理意义是解决问题 的关键. 解析:国际上规定,质量为1 kg的物体获得1 m/s2的加速度时,所 受的合外力为1 N,这样选取的单位称为国际单位,在国际单位制 下,比例系数k为1.在牛顿第二定律中,加速度与合外力之间存在着 因果关系,合外力是产生加速度的原因,且加速度的方向与合外力 的方向一致,并且随合外力的变化而变化,B选项说法是错误的. 答案:B 三 一二知识精要思考探究迁移应用典题例解三 一二知识精要思考探究迁移应用典题例解 一物块静止在粗糙的水平桌面上.从某时刻开始,物块受到一方向 不变的水平拉力作用.假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑 动摩擦力.以a表示物块的加速度大小,F表示水平拉力的大小.能 正确描述F与a之间关系的图象是( ) 答案:C 解析:设物块受的滑动摩擦力为f,当拉力F增大至等于滑动摩擦 力时,物块才开始滑动.根据牛顿第二定律得F-f=ma,则F=f+ma,C 项正确. 三 一二知识精要典题例解迁移应用思考探究三 二、合外力、加速度、速度的关系 1.物体所受合外力的方向决定了其加速度的方向,合外力与加速 度的大小关系是F=ma.只要有合外力,就有加速度,只要合外力为 零,加速度就为零,与速度的大小无关,只有速度的变化率才与合外 力有必然的联系. 2.合外力与速度同向时,物体做加速运动,与速度反向时物体做减 速运动. 3.力是改变物体运动状态的原因,即力加速度速度变化,物体 所受到的合外力大小决定了物体的加速度大小,而加速度大小决定 了单位时间内速度变化量大小,加速度的大小与速度的大小无关. 一二知识精要典题例解迁移应用思考探究 牛顿第二定律不仅描述了F、m、a的数量关系,还描述了它们之 间的方向关系,结合实验的探究,试分析它们的方向关系如何? 提示:质量没有方向,是标量;加速度方向与合外力方向一致. 三 一二知识精要典题例解迁移应用思考探究三 【例2】 如图所示,粗糙水平面上的物体在水平拉力F作用下做 匀加速直线运动,现使F不断减小,则在滑动过程中( ) A.物体的加速度不断减小,速度不断增大 B.物体的加速度不断增大,速度不断减小 C.物体的加速度先变大再变小,速度先变小再变大 D.物体的加速度先变小再变大,速度先变大再变小 思路分析:加速度的方向与合外力的方向一致;当加速度方向与 速度方向一致时,速度增加,当加速度方向与速度方向相反时,速度 减小. 一二知识精要典题例解迁移应用思考探究三 解析:物体在水平方向上受到拉力和摩擦力作用,先有F合=F-f,后 有F合=f-F;在F不断减小的过程中,物体所受合力先减小,后反向变 大.由 可知,a应先减小再变大;由于a的方向与v方向先同向再 反向,所以,物体的速度先变大再变小.D项正确. 答案:D 一二知识精要典题例解迁移应用思考探究 一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动,小球通过细绳与车 顶相连.小球某时刻正处于图示状态.设斜面对小球的支持力为FN, 细绳对小球的拉力为FT,关于此时刻小球的受力情况,下列说法正 确的是( ) A.若小车向左运动,FN可能为零 B.若小车向左运动,FT不可能为零 C.若小车向右运动,FN不可能为零 D.若小车向右运动,FT不可能为零 答案:A 三 一二知识精要典题例解迁移应用思考探究 解析:若小车向左做减速运动,则加速度方向向右,若小球受重力 和 绳子的拉力的合力可以使小球的加速度与小车的加速度相同,故 此时FN为零,故A正确;若小车向左加速运动,则加速度方向向左, 若此时重力与斜面的支持力的合力可以使小球的加速度与小车 的 加速度相同,则绳子的拉力为零,故B错误;同理可知当小车向右 运 动时,也可能做加速或减速运动,即加速度方向也可能向右或向 左, 所以FN和FT均可以为零,故C、D均错误. 三 一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二 三、牛顿第二定律的简单应 用 1.解题步骤 (1)明确研究对象. (2)进行受力分析和运动情况分析,作出运动或受力示意图. (3)求合外力或加速度. (4)根据F=ma列方程求解. 一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二 2.解题方法 (1)矢量合成法:若物体只受两个力作用时,应用平行四边形定则 求这两个力的合力,再由牛顿第二定律求出物体的加速度的大小及 方向.加速度的方向就是物体所受合外力的方向.反之,若知道加速 度的方向,也可应用平行四边形定则求物体所受的合外力. (2)正交分解法:当物体受多个力作用时,常用正交分解法求物体 的合外力.应用牛顿第二定律求加速度,在实际应用中常将受力分 解,且将加速度所在的方向选为x轴或y轴,有时也可分解加速度,即 三二知识精要思考探究迁移应用典题例解一 高速公路上的汽车,如果车辆发生故障,需停车检修,应在离车150 m远的地方竖一警示牌.这150 m距离是参考了哪些因素?如何知道 这些因素? 提示:参考了后面汽车从发现警示牌到运动到故障汽车处所行驶 的距离大小由 知,只要知道限速v和刹车时的加速度a即可. 一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二 【例3】 如图所示,质量为5 kg的物体,在与水平面成30角的拉力 作用下,沿水平面向右做直线运动,物体与水平面间的动摩擦因数 =0.2,已知F=30 N,求物体的加速度.(g取10 m/s2) 思路分析: 对物体进行受力分析求出水平方向上的合力用a= 求a 一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二 解析:以物体为研究对象,视为质点,受力分析如图所示, 建立如图所示的坐标系. 由牛顿第二定律得 其中f=FN 联立以上三式解得a=3.8 m/s2. 答案:3.8 m/s2 一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二 一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二 图甲为伽利略研究自由落体运动实验的示意图,让小球由倾角为 的光滑斜面滑下,然后在不同的角条件下进行多次实验,最后推 理出自由落体运动是一种