2021-2022高中物理第四章牛顿运动定律第3节牛顿第二定律4课件新人教版必修1202203152230

第3节牛顿第二定律第四章牛顿运动定律

温故而知新什么是物体运动状态的改变？物体运动状态发生改变的原因是什么？运动状态改变―速度的改变

加速度跟物体所受力的大小及物体质量之间有什么关系呢？本节课我们就来研究这个问题。―加速度―力大小，方向，大小和方向Vt=V0+at一、加速度和力的关系：

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小车0.2kg0.2kg

钩码0.02kg0.04kg

位移196cm392cm分析推理：

a：由公式S=1/2at2

得到在时间t一定时，位移s和加速度a成正比；S1/S2=a1/

a2.b：由实验现象得到：小车的位移与他们所受的拉力成正比S1/S2=F1/F2.c：推理得到结论：对质量相同的物体，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比，即：

a1/a2=F1/F2.

二、加速度和质量的关系：

12

小车0.2kg0.4kg

钩码0.04kg0.04kg

位移392cm196cm分析推理：a：由公式S=1/2at2

得到在时间t一定时，位移s和加速度a成正比；S1/S2=a1/a2.b：由实验现象得到：小车的位移与他们的质量成反比；

S1/S2=m2/m1.

c：推理得到结论：对拉力相同的物体，物体的加速度跟物体的质量成反比，即：a1/a2=m2/m1.三、牛顿第二运动定律

（1）综合上述实验中得到的两个关系，得到下述结论：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同。（2）公式表示：F=kmaa：如果每个物理量都采用国际单位，k＝1；b：力的单位（牛顿）的定义：使质量为1千克的物体产生1m/s2的加速度的力叫做1牛顿。（3）推广：上面我们研究的是物体受到一个力作用的情况，当物体受到几个力作用时，上述关系可推广为：

物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。即F合＝ma。F合=ma.从牛顿第二定律的公式我们可以看出：物体质量不变，A:合外力恒定不变时，加速度恒定不变，物体就做匀变速直线运动；B:合外力随着时间的改变，加速度也随着时间的改变；C:合外力为零时，加速度为零，物体就处于静止状态或做匀速直线运动。四、例题分析

学以致用求物体在下列情况下加速度的大小和方向：一个质量为4kg的物体放在一个水平面上,(1)若平面光滑,物体受到一个12N的水平拉力.分析:12N由F合=ma.得a=F合/m带入数值有a=12/4=3m/s2(2)若平面光滑,物体受到二个12N的拉力,它们的夹角1200.分析:F合600由F合=ma.得a=F合/mF合=2F*cos600=12N带入数值有a=12/4=3m/s2NGGN(3)平面不光滑摩擦因数为0.1,受到两个大小为12N的拉力,它们夹角为1200分析:F合1600f由F合=ma.得a=F合/m

F合1=2F*cos600=12Nf=uFN=0.1*40=4NF合=F合1-f=8N带入数值有a=8/4=2m/s2GN

在探究加速度与力、质量的关系中，我们只探究了物体质量一定时，加速度与力的定性（正比）关系，力一定时，加速度与质量成反比的定性关系，那么：

1.怎样进一步确定加速度与力、质量的定量关系？

2.能否同时确定加速度与力、质量之间的定量关系？学点1牛顿第二定律

（１）内容：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

（２）表达式：Ｆ＝ma

（３）牛顿第二定律的“八性”

①同体性：加速度、合外力和质量是对应于同一个物体的，所以分析问题时一定要确定好研究对象，把研究对象全过程的受力情况都搞清楚。

②因果性：力是产生加速度的原因，物体的加速度是力这一外因和质量这一内因共同作用的结果。

③矢量性：加速度与合外力都是矢量，它们的方向始终相同，加速度的方向唯一由合外力的方向决定。

④瞬时性：物体的加速度跟它所受的合外力之间存在着瞬时对应关系，加速度随合外力同时产生、同时变化、同时消失。

⑤统一性：牛顿第二定律是实验定律，通过实验得出Ｆ∝ma，写成等式为Ｆ＝kma，其中k为比例系数。为使k＝１，力、质量、加速度的单位必须统一使用同一单位制（通常使用国际单位制）。⑥相对性：定律中的加速度是以地面或相对于地面静止或做匀速直线运动的物体为参考系所量度的，即定律仅在惯性系中成立。

⑦独立性：物体受到多个力作用时，每个力都独立地产生一个加速度，且力和加速度之间仍遵循牛顿第二定律，就好像其他力不存在一样。

⑧局限性：牛顿第二定律只能解决物体的低速运动问题，不能解决物体的高速运动问题，只适用于宏观物体，不适用于微观粒子。

（４）应用牛顿第二定律解题的基本步骤①确定研究对象；②分析研究对象的受力情况并画出受力图；③建立直角坐标系，把力或加速度分解在x轴或y轴上；④分别沿x轴方向和y轴方向应用牛顿第二定律列出方程；⑤统一单位，计算数值。【例1】质量为m＝１kg的小球穿在斜杆上，球与杆之间的动摩擦因数μ=,用拉力Ｆ＝２０N竖直向上拉小球使它沿杆加速上滑，如图４-３-１所示，求小球的加速度为多大？（取g=１０m/s２）图4-3-1【答案】1.25m/s2图4-3-2【解析】以小球为研究对象，小球受重力Ｇ，拉力Ｆ和滑动摩擦力Ｆ′的作用，这几个力方向较明确，但杆对球的弹力沿什么方向需要具体判断，建立如图４－３－２所示的坐标系，加速度方向沿x轴正方向，将Ｆ、Ｇ分解，在y轴方向上，Fcos30°>Ｇcos30°，在y轴方向上小球处于平衡状态，故小球所受杆的弹力的方向垂直于杆向下。在x轴方向：Ｆsin30°－（μFN+mgsin30°）＝ma

在y轴方向：FN+mgcos30°＝Ｆcos30°

解得a=1.25m/s2。如图４-３-３所示，位于水平地面上的质量为Ｍ的小木块，在大小为Ｆ、方向与水平方向成α角的拉力作用下，沿地面加速运动，若木块与地面之间的滑动摩擦因数为μ，则木块的加速度为（）Ａ.Ｆ/ＭＢ.Ｆｃｏｓα/ＭＣ.(Ｆｃｏｓα－μＭｇ)/ＭＤ.[Ｆｃｏｓα－μ（Ｍｇ－Ｆｓｉｎα）]/Ｍ1图４-３-３D学点2力的单位【例2】在牛顿第二定律的数学表达式Ｆ＝kma中，有关比例系数k的说法，正确的是（）

A.k的数值由Ｆ、m、a的数值决定

B.k的数值由Ｆ、m、a的单位决定

C.在国际单位制中k=1D.在任何情况下k都等于１BC【解析】物理公式在确定物理量数量关系的同时，也确定了物理量的单位，在Ｆ＝kma中，只有“m”的单位取kg，“a”的单位取m/s2，“Ｆ”的单位取Ｎ时，k=1，故选项Ｂ、Ｃ正确。

质量为m的物体放在水平面上，当用大小为F的水平恒力作用于物体时，产生的加速度大小为a(a≠0)；当用大小为2F的水平恒力作用在物体上时，产生的加速度大小为（

）A.可能等于aB.可能等于2aC.可能大于2aD.可能小于2aBC1.应用牛顿第二定律求解加速度的常用方法有哪些？

常用方法有两种，分别是合成法和正交分解法。

(1)合成法（平行四边形定则）

若物体只受两个力作用而产生加速度时，应用力的合成法较简单。注意合外力的方向就是加速度的方向，解题时只要知道合外力的方向，就可知道加速度的方向，反之亦然，在解题时要准确作出力的平行四边形，运用直角三角形进行求解。

(2)正交分解法

当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时，常用正交分解法解题，多数情况下是把力正交分解在加速度方向和垂直加速度方向上，有：2.因为加速度是矢量，我们能否利用分解加速度的方法求解力？

可以，下面我们通过一个例题来说明这个问题。如图所示，电梯与水平面夹角为３０°，当电梯加速运动时，人对梯面的压力是其重力的６／５，则人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍？（解析：（１）对物体（人）进行受力分析后，再正交分解；（２）根据牛顿第二定律：合外力方向与加速度方向相同。（１）对人受力分析：重力mg、支持力ＦＮ、摩擦力Ｆ（摩擦力的方向一定与