人教版高中物理必修1第四章牛顿定律第3节牛顿第二定律 (33张ppt)

1、第四章 牛顿运动定律a a FF mama 正比于正比于a a m m1 1a a m mFF kmama k 为比例系数为比例系数F为物体所受为物体所受的合力的合力公式中各量的单位如何确定公式中各量的单位如何确定? ?在国际单位制中在国际单位制中力的单位是力的单位是牛顿牛顿，符号为，符号为 N N 。 （手托两个鸡蛋的力大约是（手托两个鸡蛋的力大约是1 1 N N）可见，可见，在国际单位制中在国际单位制中k=1k=1，上式简化为，上式简化为Fkmama 一、力的单位一、力的单位如果各量选取合适的单位，上式可以简化。公式中公式中F F、m m、a a的单位分别为的单位分别为N N、kgkg、m

2、/sm/s2 2Fmama 定义：定义：使质量是使质量是1kg1kg的物体产生的物体产生1m/s1m/s2 2的加速度的加速度的力，叫做的力，叫做1N1N。即：。即：1N=1kgm/s1N=1kgm/s2 21 1、在牛顿第二定律在牛顿第二定律F=F=kmakma中，有关比例系数中，有关比例系数k k的下的下列说法，正确的是列说法，正确的是 ( )( )、在任何情况下、在任何情况下k k都等于；都等于；、k k的数值是由质量、加速度和力的大小决定的；的数值是由质量、加速度和力的大小决定的；、k k的数值是由质量、加速度和力的单位决定的；的数值是由质量、加速度和力的单位决定的；、在国际单位制中，

3、、在国际单位制中，k=1k=1CDCD1. 1.内容：物体加速度的内容：物体加速度的大小大小跟作用力成跟作用力成正比，跟物体的质量成反比；加速度的正比，跟物体的质量成反比；加速度的方向方向跟作用力的方向相同。跟作用力的方向相同。2. 2. 公式公式: :a a =m mF二、牛顿第二定律二、牛顿第二定律合力合力质量质量加速度加速度Fmama 说明：说明：牛顿第二定律的意义首先在于它指明牛顿第二定律的意义首先在于它指明了了物体的受力情况与物体的运动状态改变之间物体的受力情况与物体的运动状态改变之间存在着直接的因果关系存在着直接的因果关系，即当物体的受力情况，即当物体的受力情况已知后，物体的运动状

4、态及其改变就都确定了。已知后，物体的运动状态及其改变就都确定了。牛顿第二定律是关于牛顿第二定律是关于质点质点总结出来的，总结出来的，表达式表达式中的中的F应是物体所受的合力应是物体所受的合力。问题?如果两人对拉质量如果两人对拉质量m为的小车，两人的为的小车，两人的拉力分别为拉力分别为F1、F2，小车的合力为多少？加速小车的合力为多少？加速度度a由什么力来决定？沿什么方向？大小为多少？由什么力来决定？沿什么方向？大小为多少？表达式表达式F合合mama F1光滑水平面光滑水平面F F和和a a都是矢量都是矢量, F=ma, F=ma是一个矢量式是一个矢量式, , 它反映了它反映了加速度方向与合外力

5、方向始终一致加速度方向与合外力方向始终一致, , 而速度方而速度方向与合力方向无必然联系。向与合力方向无必然联系。(1)(1)矢量性矢量性:F=ma:F=ma是矢量式是矢量式, ,a a的方向由的方向由F F合合 的方向决定的方向决定 物体加速度的物体加速度的大小大小跟作用力成正比，跟作用力成正比，跟物体的质量成反比；跟物体的质量成反比； 加速度的加速度的方向方向跟作用力的方向相同。跟作用力的方向相同。3. 3.理解理解: :如图，在光滑的水平面上物体受一大小不变、方向如图，在光滑的水平面上物体受一大小不变、方向向右的力向右的力F1的作用，那么，物体的加速度的作用，那么，物体的加速度a1方向如

6、何？方向如何？一段时间后，只改变力一段时间后，只改变力F1的方向为的方向为F2 ，即改为向左，即改为向左，那么这时物体的速度那么这时物体的速度v方向如何？加速度方向如何？加速度a2的方向如的方向如何？何？ 物体的加速度随合外力的变化而变化物体的加速度随合外力的变化而变化, ,加速加速度与合外力度与合外力同生，同变化，同灭同生，同变化，同灭。对质量一。对质量一定的物体，当合力不变时，加速度不变；定的物体，当合力不变时，加速度不变； 合力为合力为0 0时，加速度也为时，加速度也为0 0 ；合力随时间改变合力随时间改变时，加速度也随时间改变。时，加速度也随时间改变。(2)(2)瞬时性瞬时性: : 某

7、时刻的合外力对应着某时刻的某时刻的合外力对应着某时刻的加速度，即加速度，即a a与与F F瞬时对应。物体只要一受到瞬时对应。物体只要一受到合外力作用，物体立即产生加速度，合外力合外力作用，物体立即产生加速度，合外力消失，加速度也立即消失。消失，加速度也立即消失。3. 3.理解理解: :Fmama 3. 3.理解理解: :(3)(3)同体性同体性: : a a 、F F、m m对应于同一物体对应于同一物体( (同一研究对象）同一研究对象） Fmama 物体加速度的物体加速度的大小大小跟作用力成正比，跟作用力成正比，跟物体的质量成反比；跟物体的质量成反比； 加速度的加速度的方向方向跟作用力的方向相

8、同。跟作用力的方向相同。(4)(4)独立性独立性: :物体受几个力作用时，每个力各自独立地使物体受几个力作用时，每个力各自独立地使物体产生一个加速度，就象其它力不存在一样。物体产生一个加速度，就象其它力不存在一样。 F F合合 产生的产生的 a a 是物体的合加速度，物体只能有一种状态，是物体的合加速度，物体只能有一种状态，由合力决定改变；由合力决定改变；x x方向的合力产生方向的合力产生x x方向的加速度方向的加速度 FxFxmamax x ；y y方向的合力产生方向的合力产生y y方向的加速度方向的加速度FyFymamay y；每个力各自独立地使物体产生一个加速度，每个力各自独立地使物体产

9、生一个加速度，合力的加合力的加速度就是这些加速度的矢量和。速度就是这些加速度的矢量和。3. 3.理解理解: :Fmama 例如：重力使物体产生的加速度总是例如：重力使物体产生的加速度总是g, g,与物体是否受阻力无关。与物体是否受阻力无关。物体在某一方向受到一个力，就会在这一个方向上产生加速度，物体在某一方向受到一个力，就会在这一个方向上产生加速度，这个加速度不仅与其它方向的受力情况无关，与物体的初始运这个加速度不仅与其它方向的受力情况无关，与物体的初始运动状态也无关，如抛体运动中，不论动状态也无关，如抛体运动中，不论v v0 0方向如何，方向如何，重力使物体重力使物体产产生的加速度总是生的加

10、速度总是g g，方向总竖直向下。方向总竖直向下。(4)独立性独立性:每个力各自独立地使物体每个力各自独立地使物体 产生一个加速度产生一个加速度(1)矢量性矢量性:a方向与方向与F 的方向的方向总是总是相同相同(2)瞬时性瞬时性:a与与F总是同生同灭同变化总是同生同灭同变化(5)因果性因果性:力是产生加速度的原因。力是产生加速度的原因。 a由由F、m共同决定，共同决定， m是内因、是内因、 F是外因是外因;(6)相对性相对性: a是相对地面是相对地面(惯性参考系惯性参考系)的的;(7)统一性统一性:统一用国际制的单位统一用国际制的单位(3)同体性同体性:F、m、a对应于同一物体对应于同一物体 F

11、mama 3. 3.理解理解: :分析：在探究实验中，仅当分析：在探究实验中，仅当 m mM M 时，时，才可看作才可看作 mg=F, mg=F,为什么？为什么？MmmgmMMmgF1MgNFa aFmga a对小车：F=MaF=Ma对砝码和盘： mg-F=mamg-F=ma得可见，当 mM 时，F mg2 2、 静止在光滑水平面上的物体，受到一个水平拉力，静止在光滑水平面上的物体，受到一个水平拉力，则在力刚开始作用的瞬间，下列说法正确的是则在力刚开始作用的瞬间，下列说法正确的是 ( )( )A A、物体立即获得加速度和速度、物体立即获得加速度和速度B B、物体立即获得加速度，但速度仍为零、物

12、体立即获得加速度，但速度仍为零C C、物体立即获得速度，但加速度仍为零、物体立即获得速度，但加速度仍为零D D、物体的速度和加速度均为零、物体的速度和加速度均为零B3 3、下列说法中正确的是下列说法中正确的是 （ ）A A、物体所受合力为零时、物体所受合力为零时, ,速度一定为零；速度一定为零；B B、物体所受合力越大、物体所受合力越大, ,物体的加速度越大物体的加速度越大, ,速度也越大速度也越大; ;C C、物体的速度方向一定与物体所受合力的方向一致、物体的速度方向一定与物体所受合力的方向一致; ;D D、物体的加速度方向一定与物体所受合力的方向相同、物体的加速度方向一定与物体所受合力的方

13、向相同; ;E E、物体的加速度大小不变一定受恒力作用、物体的加速度大小不变一定受恒力作用F F、根据、根据m = F/a ,m = F/a ,物体的质量跟力成正比物体的质量跟力成正比, , 跟加速度成反跟加速度成反比比. .D牛顿第一定律牛顿第一定律1 1、定性定义了力的概念、定性定义了力的概念 2 2、定义了惯性的概念、定义了惯性的概念3 3、定义了惯性系的概念、定义了惯性系的概念 4 4、定性力和运动的关系、定性力和运动的关系牛顿第二定律牛顿第二定律是在力的定义的基础上建立的。是在力的定义的基础上建立的。牛顿第一定律是研究力学的出发点，是不能用牛顿牛顿第一定律是研究力学的出发点，是不能用

14、牛顿第二定律代替的，也即不是牛顿第二定律的特例。第二定律代替的，也即不是牛顿第二定律的特例。牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例吗？牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例吗？汽车重新加速时的受力情况某质量为某质量为1100kg1100kg的汽车在平直路面试车的汽车在平直路面试车,当达到当达到100km/h的速度时关闭发动机的速度时关闭发动机,经过经过70s停下来停下来,汽汽车受到的阻力是多大车受到的阻力是多大?重新起步加速时牵引力为重新起步加速时牵引力为2000N,产生的加速度应为多大产生的加速度应为多大?假定试车过程中假定试车过程中汽车受到的阻力不变。汽车受到的阻力不变。汽车减速时受力情况GNffFN

15、G(1)(1)汽车汽车在在减速过程减速过程: :VoVo=100km=100kmh h27.8 m27.8 ms s，V=0V=0，t=70st=70s根据根据 a a( (0-v0-vo o)/t )/t 得得: : 加速度为加速度为 a a1 1 0.397 m0.397 ms s2 2, , 根据根据牛顿第二定律得牛顿第二定律得: : 受到的阻力受到的阻力 f fmama1 1437N, 437N, 负号表示阻力的方向与速度的方向相反，即向后负号表示阻力的方向与速度的方向相反，即向后. .(2) (2) 汽车汽车重新启动重新启动时时: : 牵引力为牵引力为 F=2 000NF=2 000

16、N，根据根据牛顿第二定律得牛顿第二定律得: : 加速度为加速度为 a a2 2=(F =(F f f )/m)/m1.42 m1.42 ms s2 2 方向向前方向向前. .解解：1、确定、确定研究对象研究对象2、分析、分析受力、运动情况受力、运动情况，画出受力分析图画出受力分析图3、求、求合力合力4、选正方向，根据、选正方向，根据牛顿运动定律牛顿运动定律和和运动学运动学公式公式列方程并求解列方程并求解注意注意: :各量各量统一统一用国际单位制的用国际单位制的单位单位. .正交分解法平行四边形法光滑水平桌面上有一个物体，质量是光滑水平桌面上有一个物体，质量是2，受到互成受到互成120o角的两个

17、水平方向的力角的两个水平方向的力F1和和F2的作用的作用,两个力的大小都是两个力的大小都是10N，这个物体，这个物体的的加速度加速度是多大是多大?F1F20 0Fxy0 0F1F2有没有其他方法？0 0F1F2a a2 2a a1 1a a分析分析: :求求合合力力的的方方法法6006006006001 1、求合力的两种方法：、求合力的两种方法： 力的平行四边形法力的平行四边形法 力的正交分解法力的正交分解法 2 2、牛顿第二定律、牛顿第二定律 在某一方向上的应用在某一方向上的应用 从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。可是我们用力提

18、一个很重的使物体产生加速度。可是我们用力提一个很重的物体时却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾物体时却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾? ?应该怎样解释这个现象应该怎样解释这个现象? ?不矛盾，牛顿第二定律中的力是合力不矛盾，牛顿第二定律中的力是合力4 4、质量为质量为1kg 1kg 的物体受到两个大小分别为的物体受到两个大小分别为2N 2N 和和4N 4N 的共点力作用。则物体的加速度的共点力作用。则物体的加速度大小可能是（大小可能是（ ） A A、5m/s5m/s2 2 B B、3m/s3m/s2 2 C C、2m/s2m/s2 2 D D、0.5m/s0.5m/s2 2ABCABC5

19、5、在光滑水平面上的木块，在水平方向在光滑水平面上的木块，在水平方向上受到一个方向不变、大小从零逐渐增加上受到一个方向不变、大小从零逐渐增加到某一固定值的力作用时，这一过程木块到某一固定值的力作用时，这一过程木块将做将做 ( )( )A A、匀减速运动、匀减速运动B B、匀加速运动、匀加速运动C C、速度逐渐减小的变加速运动、速度逐渐减小的变加速运动D D、速度逐渐增大的变加速运动、速度逐渐增大的变加速运动D6 6、一个物体质量为一个物体质量为m m，放在一个倾角为，放在一个倾角为 的斜的斜面上，物体从斜面顶端由静止开始加速下滑面上，物体从斜面顶端由静止开始加速下滑（1 1）若斜面光滑，求物体

20、的加速度）若斜面光滑，求物体的加速度? ?（2 2）若斜面粗糙，已知动摩擦因数为）若斜面粗糙，已知动摩擦因数为 ，求物，求物体的加速度体的加速度? ? NFa afF2F1问题问题1：必须弄清牛顿第二定律的矢量性：必须弄清牛顿第二定律的矢量性。当当弹簧长度变长时，球受合力是否仍为零？弹簧长度变长时，球受合力是否仍为零？Fa 与与F同向同向小车做什么运动？小车做什么运动？六、牛顿第二定律的应用举例六、牛顿第二定律的应用举例问题问题1：必须弄清牛顿第二定律的矢量性。：必须弄清牛顿第二定律的矢量性。小车做什么运动？小车做什么运动？小车的加速度为多小车的加速度为多少？少？物块的摩擦力为多物块的摩擦力为

21、多少？少？弹簧弹力弹簧弹力明显形变明显形变瞬时来不及变化瞬时来不及变化细线拉力细线拉力微小形变微小形变瞬时突变瞬时突变问题问题2：必须弄清牛顿第二定律的瞬时性。：必须弄清牛顿第二定律的瞬时性。B A 如图所示，自由下落的小球，从它接触竖直放置的弹簧开始，到弹如图所示，自由下落的小球，从它接触竖直放置的弹簧开始，到弹簧被压缩到最短的过程中，小球的速度和所受外力的合力变化情况是簧被压缩到最短的过程中，小球的速度和所受外力的合力变化情况是()(A)合力变小，速度变小合力变小，速度变小(B)合力变小，速度变大合力变小，速度变大(C)合力先变小后变大，速度先变大后变小合力先变小后变大，速度先变大后变小(

22、D)合力先变大后变小，速度先变小后变大合力先变大后变小，速度先变小后变大CMm 如图所示，一个劈形物体如图所示，一个劈形物体M放在固定的斜面上，上放在固定的斜面上，上表面水平，在水平面上放有光滑小球表面水平，在水平面上放有光滑小球m，劈形物体从静，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是：止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是：A沿斜面向下的直线沿斜面向下的直线 B抛物线抛物线 C竖直向下的直线竖直向下的直线 D.无规则的曲线。无规则的曲线。 问题问题3：必须弄清牛顿第二定律的独立性。：必须弄清牛顿第二定律的独立性。临界状态临界状态 1 1、一个质量为、一个质量为0.2kg0

23、.2kg的小球用细绳吊在倾角为的小球用细绳吊在倾角为=53=53的斜面顶端，斜面静止时球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，的斜面顶端，斜面静止时球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计摩擦。不计摩擦。（1 1）当斜面以）当斜面以5m/s5m/s2 2的加速度向右运动时，求绳子的拉力的加速度向右运动时，求绳子的拉力及斜面对小球的弹力。及斜面对小球的弹力。 2如图所示，木块如图所示，木块A、B静止叠放在光滑水平面静止叠放在光滑水平面上，上，A的质量为的质量为m，B的质量为的质量为2m,A与与B之间的摩之间的摩擦系数为擦系数为u。现施加水平力。现施加水平力F拉拉B (1) (1) A与与B间的摩擦力为多少？间的

24、摩擦力为多少？（2 2）现施加水平力现施加水平力F拉拉B，A、B不发生相对滑动，不发生相对滑动，则则F不得超过多少？不得超过多少？ （3 3）若改为水平力若改为水平力F拉拉A，A、B也保持相对静也保持相对静止，则止，则F不得超过多少？不得超过多少？ 传送带的问题传送带的问题 例例1.如图所示，一平直的传送带以速度如图所示，一平直的传送带以速度=2m/s匀速匀速运动，运动，P、Q相距相距=10m.一工件与传送带间的摩擦一工件与传送带间的摩擦系数系数u=0.1,现从现从P处把工件无初速地放到传送带上，处把工件无初速地放到传送带上，（1）经时间多长时间能传送到）经时间多长时间能传送到Q处？处？（2）

25、欲用最短时间把工件从）欲用最短时间把工件从P处传到处传到Q处，求传送处，求传送带的运行速度至少多大？带的运行速度至少多大？SPQV例例2. 2. 如图所示，一水平方向足够长的传送带如图所示，一水平方向足够长的传送带以恒定的速度以恒定的速度=2m/s=2m/s沿顺时针方向匀速转动，沿顺时针方向匀速转动，传送带传送带右端有一与传送带等高的光滑水传送带传送带右端有一与传送带等高的光滑水平面平面, ,一物体以恒定的速率一物体以恒定的速率V=4m/s4m/s沿直线向左沿直线向左滑上传送带滑上传送带, ,求物体的最终速度多大求物体的最终速度多大? ?PQab猜想：沿哪个斜面猜想：沿哪个斜面滑到低端速度大？

26、滑到低端速度大？思考作业思考作业2： 如图所示，如图所示，ad、bd、cd是竖直面是竖直面内三根固定的光滑细杆，每根杆上套着一个小内三根固定的光滑细杆，每根杆上套着一个小滑环，三个滑环分别从滑环，三个滑环分别从a、b、c处释放（初速处释放（初速度为度为0）猜想：猜想：A、B、C三三球谁最先落到球谁最先落到D点？点？ABCD内容及公式内容及公式: :应用应用定义定义:1 :1牛牛=1=1千克千克米米/ /秒秒2 2牛顿第二定律牛顿第二定律理解理解: :矢量性，瞬时性，矢量性，瞬时性，同体性，独立性同体性，独立性Fmama 轻绳和轻杆：轻绳和轻杆：绳的弹力绳的弹力能能发生突变。当其发生突变。当其他

27、条件发生变化的瞬间，绳的弹力可以瞬他条件发生变化的瞬间，绳的弹力可以瞬时产生、瞬时改变或瞬时消失。（当绳被时产生、瞬时改变或瞬时消失。（当绳被剪断时，绳的弹力瞬间消失）剪断时，绳的弹力瞬间消失）轻弹簧和橡皮筋：轻弹簧和橡皮筋：弹簧的弹力弹簧的弹力不能不能发生突发生突变。当其他条件发生变化的瞬间，可以认变。当其他条件发生变化的瞬间，可以认为弹簧的弹力不变。（当弹簧被剪断时，为弹簧的弹力不变。（当弹簧被剪断时，弹簧的弹力瞬间消失）弹簧的弹力瞬间消失） 求物体的瞬时加速度，关键是分析物体在这一时刻前、后这一时刻前、后的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。 分析物体在某一时刻的瞬时加速

28、度，关键是分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析这一瞬时的受力情况和运动状态，再由牛顿分析这一瞬时的受力情况和运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度此类问题应注意两种第二定律求出瞬时加速度此类问题应注意两种基本模型的建立：基本模型的建立：(1)(1)刚性绳刚性绳( (或接触面或接触面) )：形变不明显，发生形变不：形变不明显，发生形变不需要时间，其弹力随外力的变化在瞬间就能发生需要时间，其弹力随外力的变化在瞬间就能发生突变；突变；(2)(2)弹簧弹簧( (或橡皮绳或橡皮绳) )：形变较大，发生形变需要一：形变较大，发生形变需要一定的时间，其弹力在瞬间不能发生突变定的时间，其弹力在瞬间不能发生突变例3、小球小球A A、B B的质量分别为的质量分别为m m和和2 2m m，用轻弹簧相连，用轻弹簧相连，然后用细线悬挂而静止，如图所示，在剪断细线瞬间，然后用细线悬挂而静止，如图所示，在剪断细线瞬间，A A、B B的加速度各是多少？方向如何？的加速度各是多少？方向如何？答案答案：a aA A3 3g g，方向竖直向下，方向竖直向下a aB B0 0分析：这是用牛顿第二定律的瞬时性分析：这是用牛顿第二定律的瞬时性解决的一类问题，关键是弄清细线剪解决的一类问题，关键是弄清细线剪断前和剪断后瞬间断前和剪断后瞬间A A、