高中物理 第四章 牛顿运动定律 4.3 牛顿第二定律课件 新人教版必修1(1).ppt

3牛顿第二定律 自主阅读 自我检测 一 牛顿第二定律1 内容 物体的加速度的大小跟它受到的作用力成正比 跟它的质量成反比 加速度方向跟作用力的方向相同 2 表达式 f kma 式中f为物体所受的合力 k是比例系数 二 力的单位1 国际单位制中 力的单位是牛顿 符号n 2 力的单位 牛顿 是怎样定义的 提示 使质量为1kg的物体产生1m s2的加速度的力 称为1n 即1n 1kg m s2 3 用 kg m s2 即 n 作为力的单位 为什么说可以简化牛顿第二定律表达式 提示 关系式f kma中的比例系数k的数值由f m a三量的单位共同决定 如果三量分别取n kg m s2作单位时 系数k 1 关系式简化为f ma 自主阅读 自我检测 1 正误辨析 1 由牛顿第二定律知 质量大的物体的加速度一定小 解析 由牛顿第二定律知 合外力一定时 质量大的物体的加速度一定小 答案 2 物体的加速度大 说明它的合外力一定大 解析 由牛顿第二定律知 质量相同时 加速度越大 合外力越大 答案 3 任何情况下 物体的合力方向一定与它的加速度方向相同 解析 由牛顿第二定律知 物体的加速度方向总是与它的合力方向相同 答案 自主阅读 自我检测 4 任何情况下 比例式f kma中的k一定为1 解析 只有在f m a三个量都取国际单位的情况下 比例式f kma中的k才等于1 答案 自主阅读 自我检测 2 一个物体受到4n的力作用时 产生的加速度是2m s2 那么这个物体在6n的力作用下 产生的加速度大小是 a 1m s2b 3m s2c 5m s2d 6m s2解析 由牛顿第二定律f ma可得 选项b正确 答案 b3 请说明初中所学的重力与质量的关系式g mg中的g与自由落体的加速度g具有相同物理意义 答案 根据牛顿第二定律f ma 当物体只受重力时 物体的加速度为 即自由落体的加速度g就是质量与物体所受重力的比例系数 知识点一 知识点二 对牛顿第二定律的理解问题导引如图所示 小明用力拉地面上的箱子 但箱子没动 请思考 1 根据牛顿第二定律 有力就能产生加速度 但为什么箱子一直没动呢 2 如果箱底光滑 当拉力作用在箱子上的瞬间 箱子是否立刻获得加速度 是否立刻获得速度 知识点一 知识点二 要点提示 1 牛顿第二定律f ma中的力f指的是物体受的合力 尽管小明对箱子有一个拉力作用 但箱子受的合力为零 所以不能产生加速度 2 加速度与力之间是瞬时对应关系 有力就立刻获得加速度 但速度的获得 需要一段时间 故不能立刻获得速度 知识点一 知识点二 知识归纳1 对牛顿第二定律的理解 1 瞬时性 a与f同时产生 同时变化 同时消失 为瞬时对应关系 2 矢量性 f ma是矢量表达式 任一时刻a的方向均与合外力f的方向一致 当合外力方向变化时a的方向同时变化 即a与f的方向在任何时刻均相同 3 同体性 公式f ma中各物理量都是针对同一物体的 4 独立性 当物体同时受到几个力作用时 各个力都满足f ma 每个力都会产生一个加速度 这些加速度的矢量和即为物体具有的合加速度 故牛顿第二定律可表示为 画龙点睛牛顿第一定律定性描述了力与运动的关系 无法用实验验证 牛顿第二定律定量描述了力和运动的关系 即 可以用实验验证 故牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础而非特例 知识点一 知识点二 2 合外力 加速度 速度的关系 1 力与加速度为因果关系 力是因 加速度是果 只要物体所受的合外力不为零 就会产生加速度 加速度与合外力方向总相同 大小与合外力成正比 2 力与速度无因果关系 合外力与速度方向可以同向 可以反向 合外力与速度方向同向时 物体做加速运动 反向时物体做减速运动 3 两个加速度公式的区别 画龙点睛合外力决定物体的加速度 加速度决定速度如何变化 知识点一 知识点二 典例剖析 例1 根据牛顿第二定律 下列叙述正确的是 a 物体加速度的大小跟它的质量和速度大小的乘积成反比b 物体所受合力必须达到一定值 才能使其产生加速度c 物体加速度的大小跟它所受作用力中的任一个大小成正比d 加速度的方向总是跟合力的方向一致解析 物体加速度的大小与物体受到的合力成正比 与物体的质量成反比 选项a错误 力是产生加速度的原因 只要有合力 物体就有加速度 它们之间是瞬时对应关系 不存在累积效应 选项b错误 物体加速度的大小与它受到的合力成正比 方向始终与合力方向一致 选项c错误 d正确 答案 d 知识点一 知识点二 规律方法关于牛顿第二定律理解的三大误区 1 认为先有力 后有加速度 物体的加速度和合外力是同时产生的 不分先后 但有因果性 力是产生加速度的原因 没有力就没有加速度 2 认为质量与力成正比 与加速度成反比 不能根据得出m f 的结论 物体的质量m是由自身决定的 与物体所受的合外力和运动的加速度无关 3 认为作用力与m和a都成正比 不能由f ma得出f m f a的结论 物体所受合外力的大小是由物体的受力情况决定的 与物体的质量和加速度无关 知识点一 知识点二 例2 一质点受多个力的作用 处于静止状态 现使其中一个力的大小逐渐减小到零 再沿原方向逐渐恢复到原来的大小 在此过程中 其他力保持不变 则质点的加速度大小a和速度大小v的变化情况是 a a和v都始终增大b a和v都先增大后减小c a先增大后减小 v始终增大d a和v都先减小后增大解析 质点受多个力的作用 处于静止状态 则多个力的合力为零 其中任意一个力与其余所有力的合力大小相等 方向相反 使其中一个力的大小逐渐减小到零再恢复到原来的大小 则其余所有力的合力先变大后变小 但合力的方向不变 根据牛顿第二定律 a先增大后减小 由v v0 at可知 v始终增大 故选项c正确 答案 c 知识点一 知识点二 规律方法 1 物体的加速度变化情况 由物体的合外力变化来确定 只要分析物体受力情况 确定了合外力的变化规律 即可由牛顿第二定律确定加速度的变化规律 2 物体速度的变化由物体的加速度决定 速度与加速度同向 速度增加 速度与加速度反向 速度减小 知识点一 知识点二 变式训练1如图所示 物体在水平拉力f的作用下沿水平地面做匀速直线运动 速度为v 现让拉力f逐渐减小 则物体的加速度和速度的变化情况应是 a 加速度逐渐变小 速度逐渐变大b 加速度和速度都在逐渐变小c 加速度和速度都在逐渐变大d 加速度逐渐变大 速度逐渐变小解析 物体向右做匀速直线运动 滑动摩擦力ff f fn mg 当f逐渐减小时 ff mg不变 所以产生与v方向相反即向左的加速度 加速度的数值随f逐渐减小而逐渐增大 因为a与v方向相反 所以v减小 故d正确 答案 d 知识点一 知识点二 牛顿第二定律的应用问题导引行车时驾驶员及乘客必须系好安全带 以防止紧急刹车时造成意外伤害 请思考 1 汽车突然刹车 要在很短时间内停下来 会产生很大的加速度 这时如何知道安全带对人的作用力大小呢 2 汽车启动时 安全带对驾驶员产生作用力吗 知识点一 知识点二 要点提示 1 汽车刹车时的加速度可由刹车前的速度及刹车时间求得 由牛顿第二定律f ma可得安全带产生的作用力 2 汽车启动时 有向前的加速度 此时座椅的后背对驾驶员产生向前的作用力 安全带不会对驾驶员产生作用力 知识点一 知识点二 知识归纳1 应用牛顿第二定律解题的步骤 知识点一 知识点二 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外力 加速度的方向即是物体所受合外力的方向 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 建立坐标系时 通常选取加速度的方向作为某一坐标轴的正方向 也就是不分解加速度 将物体所受的力正交分解后 列出方程fx ma fy 0 特殊情况下 若物体的受力都在两个互相垂直的方向上 也可将坐标轴建立在力的方向上 正交分解加速度a 根据牛顿第二定律列方程求解 知识点一 知识点二 典例剖析 例3 如图所示 沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中 悬挂小球的悬线偏离竖直方向的夹角 37 小球和车厢相对静止 小球的质量为1kg sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求 1 车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况 2 悬线对小球的拉力大小 点拨 1 小球运动的加速度方向是水平向右的 合力与加速度方向相同 也是水平向右的 2 小球受绳的拉力和重力两个力的作用 合力的方向与加速度方向相同 知识点一 知识点二 解析 方法一合成法 1 由于车厢沿水平方向运动 所以小球有水平方向的加速度 所受合力f沿水平方向 选小球为研究对象 受力分析如图所示 由几何关系可得f mgtan 小球的加速度a gtan 7 5m s2 方向向右 则车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 知识点一 知识点二 方法二正交分解法以水平向右为x轴正方向建立坐标系 并将悬线对小球的拉力ft正交分解 如图所示 则沿水平方向有ftsin ma竖直方向有ftcos mg 0联立解得a 7 5m s2 ft 12 5n且加速度方向向右 故车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 答案 1 7 5m s2方向向右车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 2 12 5n 知识点一 知识点二 规律方法在牛顿第二定律的应用中 采用正交分解法时 在受力分析后 建立直角坐标系是关键 坐标系的建立原则上是任意的 但常常使加速度在某一坐标轴上 另一坐标轴上的合力为零 或在坐标轴上的力最多 知识点一 知识点二 变式训练2如图所示 质量为1kg的物体静止在水平面上 物体与水平面间的动摩擦因数 0 5 物体受到大小为20n 与水平方向成37 斜向下的推力f作用时 沿水平方向做匀加速直线运动 求物体加速度的大小 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 解析 取物体为研究对象 受力分析如图所示 建立直角坐标系 在水平方向上 fcos37 ff ma 在竖直方向上 fn mg fsin37 又因为ff fn 联立 得a 5m s2 答案 5m s2 1 2 3 4 1 多选 关于速度 加速度 合外力的关系 下列说法正确的是 a 物体的速度越大则加速度越大 所受合外力也越大b 物体的速度为零则加速度为零 所受合外力也为零c 物体的速度为零而加速度可能很大 所受合外力也可能很大d 物体的速度很大而加速度可能为零 所受合外力也可能为零答案 cd 1 2 3 4 2 如图所示 长木板a的右端与桌边相齐 木板与桌面间的动摩擦因数为 今用一水平恒力f将a推出桌边 在长木板开始翻转之前 木板的加速度大小将会 a 逐渐减小b 逐渐增大c 不变d 先减小后增大答案 c 1 2 3 4 3 多选 从匀速上升的气球上释放一物体 在释放的瞬间 物体相对地面将具有 a 向上的速度b 向下的速度c 向上的加速度d 向下的加速度解析 由牛顿第二定律可知 a与f同向 在释放的瞬间 物体只受重力 方向竖直向下 c错误 d正确 在释放的瞬间 物体和气球具有相同的速度 a正确 b错误 答案 ad 1 2 3 4 4 如图所示 质量为4kg的物体静止在水平面上 现用大小为40n 与水平方向夹角为37 的斜向上的力拉