高中物理课件 牛顿第二定律

第四章第3节新知预习·

巧设计名师课堂·

一点通创新演练·大冲关读教材·填要点要点一要点二随堂检测归纳小结课下作业综合提升试身手·夯基础关键语句归纳要点三[读教材·填要点]

1．牛顿第二定律

(1)内容：物体加速度的大小跟它受到的

成正比、跟它的

成反比，加速度的方向跟

的方向相同，这就是牛顿第二定律。

(2)数学表达式：F＝

。作用力作用力ma质量

2．力的单位

(1)国际单位制中，力的单位是

，符号

。

(2)力的单位：使质量为1kg的物体产生

的加速度的力，称为1N，即1N＝1

。

(3)比例系数k的含义：根据F＝kma，取不同的单位，k的数值不一样，在国际单位制中k＝

，由此可知公式F＝ma应用于F、m、a的单位必须统一为国际单位制中相应的单位。N1m/s2kg·m/s21牛顿[试身手·夯基础]1．在牛顿第二定律公式F＝kma中，比例系数k的数值 (

)A．在任何情况下都等于1B．k的数值是由质量、加速度和力的大小所决定的C．k的数值是由质量、加速度和力的单位所决定的D．在国际单位制中，k的数值一定等于1解析：由“牛顿”单位的定义可知，只有当质量、加速度、力三个物理量的单位取国际单位制时，k才等于1，而不是由三个物理量的大小决定的。如：当质量取1g，加速度取1m/s2，力取1N时，k就不为1，而为1000，因此本题选C、D。答案：CD2．关于牛顿第二定律，以下说法中正确的是(

)A．由牛顿第二定律可知，加速度大的物体，所受的合外力一定大B．牛顿第二定律说明了，质量大的物体，其加速度一定就小C．由F＝ma可知，物体所受到的合外力与物体的质量成正比D．对同一物体而言，物体的加速度与物体所受到的合外力成正比，而且在任何情况下，加速度的方向，始终与物体所受的合外力方向一致解析：加速度是由合外力和质量共同决定的，故加速度大的物体，所受合外力不一定大，选项A、B错误；物体所受到的合外力与物体的质量无关，故C错误；由牛顿第二定律可知，物体的加速度与物体所受到的合外力成正比，并且加速度的方向与合外力方向一致，故D选项正确。答案：D因果性只要物体所受合力不为0(无论合力多么小)，物体就获得加速度，即力是产生加速度的原因矢量性F＝ma是一矢量式，任一瞬时，物体加速度的方向与物体所受合力的方向总是相同瞬时性物体所受外力的瞬时变化会导致加速度的瞬时变化，加速度的变化不需要时间的积累，加速度和力同时存在，同时变化，同时消失因果性只要物体所受合力不为0(无论合力多么小)，物体就获得加速度，即力是产生加速度的原因同一性F、m、a三者必须对应同一个物体或系统独立性当物体同时受到几个力的作用时，各力将独立地产生各自的加速度，物体表现出来的实际加速度是各力产生的加速度的矢量和相对性物体的加速度必须是对静止的或匀速直线运动的参考系而言的。对加速运动的参考系不适用

1．关于牛顿第二定律，下列说法正确的是(

)

A．公式F＝ma中，各量的单位可以任意选取

B．某一瞬间的加速度只决定于这一瞬间物体所受合外力，而与这之前或之后的受力无关

C．公式F＝ma中，a实际上是作用于该物体上每一个力所产生的加速度的矢量和

D．物体的运动方向一定与它所受合外力方向一致

[审题指导]

解答本题需要把握以下两点：

(1)加速度与合外力瞬时对应关系，即有合外力一定有加速度，却不一定有速度。

(2)加速度的方向总与合外力方向相同。

[解析]

F、m、a必须选取统一的国际单位，才可写成F＝ma的形式，否则比例系数k≠1，所以选项A错误；牛顿第二定律表述的是某一时刻合外力与加速度的对应关系，它既表明F合、m、a三者数值上的对应关系，同时也表明合外力的方向与加速度的方向是一致的，即矢量对应关系，而与速度方向不一定相同，所以选项B正确，选项D错误；由力的独立作用原理知，作用在物体上的每个力都将各自产生一个加速度，与其他力的作用无关，物体的加速度是每个力所产生的加速度的矢量和，故选项C正确。

[答案]

BC牛顿第二定律中的单位问题、加速度和力的瞬时性问题以及速度和力的关系问题，都是常出错的问题。1．应用牛顿第二定律解决问题的一般步骤

2．常用方法

(1)合成法：首先确定研究对象，画出受力分析图，将各个力按照力的平行四边形定则在加速度方向上合成，直接求出合力，再根据牛顿第二定律列式求解。

(2)分解法：首先确定研究对象，画出受力分析图，根据力的实际作用效果，将某一个力分解成两个分力，然后根据牛顿第二定律列式求解。应用此法时要求对力的作用效果有清楚的认识，要按照力的实际效果进行分解。图4－3－1

2．质量为m的木块，以一定的初速度沿倾角为θ的斜面向上滑动，斜面静止不动，木块与斜面间的动摩擦因数为μ，如图4－3－1所示。

(1)求向上滑动时木块的加速度的大小和方向。

(2)若此木块滑到最大高度后，能沿斜面下滑，求下滑时木块的加速度的大小和方向。[审题指导]甲乙

[解析]

(1)以木块为研究对象，因木块受到三个力的作用，故采用正交分解法求解，建立坐标系时，以加速度的方向为x轴的正方向。木块上滑时其受力分析如图甲所示，根据题意，加速度的方向沿斜面向下，将各个力沿斜面和垂直斜面方向正交分解。根据牛顿第二定律有mgsin

θ＋Ff＝ma，FN－mgcos

θ＝0又Ff＝μFN联立解得a＝g(sin

θ＋μcos

θ)，方向沿斜面向下。

(2)木块下滑时其受力分析如图乙所示，由题意知，木块的加速度方向沿斜面向下。根据牛顿第二定律有

mgsin

θ－Ff′＝ma′，FN′－mgcos

θ＝0，又Ff′＝μFN′联立解得a′＝g(sin

θ－μcos

θ)，方向沿斜面向下。

[答案]

(1)g(sinθ＋μcos

θ)，方向沿斜面向下

(2)g(sinθ－μcos

θ)，方向沿斜面向下本题为典型的在斜面上做匀变速直线运动的实例，对于这类题目的处理，运用正交分解的方法处理最合适。正交分解的方法是常用的矢量运算方法，其实质是将复杂的矢量运算转化为简单的代数运算。常见的是沿加速度方向和垂直加速度方向建立坐标系。在应用牛顿第二定律求解物体的瞬时加速度时，经常会遇到轻绳、轻杆、轻弹簧和橡皮绳这些常见的力学模型。全面准确地理解它们的特点，可帮助我们灵活正确地分析问题。

1．这些模型的共同点都是质量可忽略的理想化模型，都会发生形变而产生弹力，同一时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关。

2．这些模型的不同点

(1)轻绳：只能受拉力作用，不能承受压力，且方向一定沿着绳子背离受力物；认为绳子不可伸长(只要不被拉断)；绳子的弹力可以发生突变——瞬时产生，瞬时改变，瞬时消失。

(2)轻杆：既能承受拉力，又可承受压力，施力或受力方向不一定沿着杆；认为杆既不可伸长，也不可缩短，杆的弹力也可以发生突变。

(3)轻弹簧：既能承受拉力，也可承受压力，力的方向沿弹簧的轴线与弹簧形变方向相反，弹簧的长度既可变长，又可变短，遵循胡克定律(在弹性限度内)；因形变量较大，产生形变或使形变消失都有一个过程，故弹簧的弹力不能突变，在极短时间内可认为弹力不变。

(4)橡皮条：只能承受拉力，不能承受压力；其长度只能变长，不能变短，同样遵循胡克定律；因形变量较大，产生形变或使形变消失都有一个过程，故橡皮条的弹力同样不能突变。

3．如图4－3－2甲、乙所示，图中细线均不可伸长，两小球均处于平衡状态且质量相同。如果突然把两水平细线剪断，剪断瞬间小球A的加速度的大小为________，方向为________；小球B的加速度的大小为________，方向为________；图甲中倾斜细线OA与图乙中弹簧的拉力之比为________(θ角已知)。图4－3－2

[审题指导]

水平细线剪断瞬间拉力突变为零，图甲中OA细线拉力由FT突变为FT1，但是图乙中OB弹簧要发生形变需要一定时间，弹力不能突变。

[答案]

gsin

θ垂直倾斜细线OA向下gtan

θ水平向右cos2

θ分析此类问题，要分清是何种模型，明确物体受力情况，哪些力不变，哪些力发生突变。从而确定物体所受合力的变化情况，然后利用牛顿