2022-2023年鲁科版(2019)新教材高中物理必修1 第5章牛顿运动定律第3节牛顿第二运动定律课件

第5章牛顿运动定律第3节牛顿第二运动定律你知道汽车为什么要做成流线型吗？你知道飞机为什么要用密度小的钛合金制造？牛顿第二运动定律及其意义（1）内容：物体加速度的大小与所受合外力的大小成正比,与物体的质量成反比,加速度方向与合外力方向相同.（2）数学表达式：等式：F=kma当各物理量均选国际单位时,k=1（3）1N的定义：使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力规定为1N.即1N=1kg·m/s2F=ma思考：1.在牛顿第二定律的表达式F=ma中,哪些是矢量,哪些是标量？F和a是矢量,m是标量.2.这两个矢量的方向关系是怎样的？“力是产生加速度的原因”,即物体的受力方向决定物体的加速度方向.故力F的方向和加速度a的方向是一致的.理解牛顿第二定律要注意:1.同体性：公式中F、m、a必须是同一研究对象2.矢量性：加速度a的方向与合外力F合方向相同.3.瞬时性:（a和合外力F合是瞬时对应关系）a与F合同时产生,同时消失,同时变化.4.独立性：当物体受到几个力的作用时,各力将独立地产生与之对应的加速度,而物体表现出来的实际加速度是物体所受各分加速度叠加的合加速度.深入剖析一牛顿第二定律是牛顿运动定律的核心,是本章的重点和中心内容,在力学中占有很重要的地位,一定要深入理解牛顿第二定律的确切含义和重要意义.（1）因果关系：只要物体所受合外力不为零(无论合外力多么的小),物体就获得加速度,即力是产生加速度的原因,力决定加速度,力与速度、速度的变化没有直接关系.如果物体只受重力G=mg的作用,则由牛顿第二定律知物体的加速度为,即重力是使物体产生重力加速度g的原因.各地的g值略有差异,通常取g=9.8m/s2.

在前面学习《重力》一节时,给出了重力和质量的关系式G=mg,g是以比例常数引入的,现在可以证明,这个比例常数就是重力加速度,9.8N/kg与9.8m/s2

等价.想一想：如何证明?（2）矢量关系：F合=ma是一个矢量式,加速度a与合外力F合都是矢量,物体加速度的方向由它所受的合外力的方向决定且总与合外力的方向相同(同向性),而物体的速度方向与合外力方向之间并无这种关系.这样知道了合外力(或加速度)的方向,就知道了加速度(或合外力)的方向.（3）瞬时对应关系：牛顿第二定律表示的是力的瞬时作用规律,物体在某一时刻加速度的大小和方向,是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向来决定的.当物体所受到的合外力发生变化时,它的加速度随即也要发生变化,对运动过程的每一瞬间成立,加速度与力是同一时刻的对应量,即同时产生(虽有因果关系但却不分先后)、同时变化、同时消失.（4）独立对应关系：当物体受到几个力的作用时,各力将独立地产生与其对应的加速度(力的独立作用原理),而物体表现出来的实际加速度是物体所受各力产生的加速度叠加(按矢量运算法则)的结果.（5）同体关系：加速度和合外力(还有质量)是同属一个物体的,所以解题时一定把研究对象确定好,把研究对象全过程的受力情况都搞清楚.【特别提醒】1.牛顿第二定律给出了力和加速度的对应关系,但合外力与速度无直接关系.2.物体的加速度必须是相对于地球静止或匀速直线运动的参考系而言.例1：如图所示,小车内固定着硬杆,杆的端点固定着一个质量为m的小球.当小车水平向右的加速度逐渐增大时,杆对小球的作用力的变化（用F1至F4变化表示）可能是图中的（OO′沿杆方向）()【解题关键】根据牛顿第二定律的瞬时性和独立性分析杆的两个分力.【解析】选C.对小球进行受力分析,小球受重力和杆对小球的弹力,弹力在竖直方向的分力和重力平衡,弹力在水平方向的分力提供加速度,故C正确.C深入剖析二牛顿第二定律的常见应用和基本解题步骤牛顿运动定律反映的是力和运动的关系,所以,应用牛顿运动定律解决的动力学问题主要有两类：（1）已知物体受力情况求运动情况；（2）已知物体运动情况求受力情况.在这两类问题中,加速度是联系物体受力情况和运动情况的桥梁.解决牛顿第二定律求加速度的问题,可以归结为“万能的四步”：1.确定研究对象.在确定研究对象中,连接体问题是一个难点.应学会使用整体法求加速度及系统外力,隔离法确定加速度及系统内部相互作用力.2.对物体进行受力分析.按照先重力、再弹力、最后摩擦力的顺序,不要多力漏力.3.建立直角坐标系.一般以速度方向为一条轴,把不在坐标轴上的力正交分解.

4.列方程组,解答.例2：在倾角为α的斜面上有一辆小车沿斜面向上做匀减速直线运动,小车上悬挂一个质量为m的小球,如图所示,悬挂小球的悬线与斜面垂直且小球与小车相对静止.求:小车的加速度及悬绳的拉力.【解题关键】物体只受两个力作用做变速运动时,应首先考虑合成法,此时加速度的方向就是合力的方向.【解析】小车的加速度与小球的加速度相同,对小球受力分析如图所示,绳的拉力F与重力mg的合力方向与加速度的方向相同,沿斜面向下,则F合=mgsinα.由牛顿第二定律得F合=mgsinα=ma,故a=gsinα.由力的平行四边形定则可得F=mgcosα.本题也可用正交分解法,如图所示可得F=mgcosα,mgsinα=ma,解方程可得a=gsinα整体法与隔离法解决力学问题时,绝大多数物体都是相互关联、相互作用的,因此为了解决方便常将研究对象与其他物体隔离出来,单独对隔离出来的物体进行受力分析,应用相应的定律来分析求解,这种方法称为隔离法.但有时又要以整体为研究对象（此时要求整体内部有相同的加速度）,然后对整体进行研究,这种方法称为整体法.整体法与隔离法在解题中往往交替使用.【规律方法】（1）对于系统中各物体的加速度都相同的连接体问题,由于在系统中将各物体看成一个整体,可先分析整体的受力情况和运动情况,然后根据牛顿第二定律,求出整体所受外力中的某一未知力或加速度.若要求系统中两个物体间的作用力,则应用隔离法.将系统中的一个物体从系统隔离出来,进行受力分析,然后根据牛顿第二定律,求出相互作用力中的某一个未知力,这类问题是整体法与隔离法交替应用来解决的.（2）对于系统中各物体的加速度各不相同,如在系统中有一个物体加速运动,另一个物体静止,且相互作用,这类问题应采用牛顿第二定律和平衡条件联立来求解,应用隔离法,通过对某一物体的分析,应用牛顿第二定律（或平衡条件）求出两物体间的作用力,再过渡到另一物体上,应用平衡条件（或牛顿第二定律）求出最后结果.例3：如图所示,质量为M的木箱放在水平面上,木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球,开始时小球在杆的顶端,由静止释放后,小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的,即a=0.5g,则小球在下滑的过程中,木箱对地面的压力为多少？【解题关键】可按如下思维流程求解该题【解析】解法一：（隔离法）木箱与小球没有共同加速度,所以需用隔离法.取小球m为研究对象,受重力mg、摩擦力f,如图,据牛顿第二定律得：mg-f=ma①先确定a的大小和方向据牛顿第二定律列方程解方程组求得结果f取木箱M为研究对象,受重力Mg、地面支持力N及小球给予的摩擦力f′,如图所示.据物体平衡条件得：N-f′-Mg=0②且f=f③由①②③式得N=g由牛顿第三定律知,木箱对地面的压力大小为N′=N=g.f′N解法二：（整体法）对于“一动一静”连接体,也可选取整体为研究对象,依牛顿第二定律列式：（mg+Mg）-N=ma+M×0N=g,由牛顿第三定律知,木箱对地面的压力大小为N′=N=g.牛顿第二定律1物体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（F=ma）121.因果性2.矢量性3.瞬时性4.同体性5.独立性6.相对性1.确定对象2.受力分析3.求合力加速度4.列方程求解1.矢量合成法2.正交分解法

特性

内容步骤方法加速度a运动状态及变化受力情况由运动确定受力由受力确定运动牛顿第二定律运动学公式1.（多选）如图所示,一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧,其左端固定在小车上,右端与一小球相连.设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态,若忽略小球与小车间的摩擦力,则在此段时间内小车可能是（

）ADA.向右做匀加速直线运动B.向右做匀速直线运动C.向左做匀加速直线运动D.向左做匀减速直线运动2.下列说法中正确的是（）A.物体所受合外力越大,加速度越大B.物体所受合外力越大,速度越大C.物体在外力作用下做匀加速直线运动,当合外力逐渐减小时,物体的速度逐渐减小D.物体的加速度大小不变,一定受恒力作用解题关键:加速度的大小决定了单位时间内速度变化量的大小,加速度的大小与速度大小无必然的联系.A3.（多选）一个质量为2kg的物体同时受到两个力的作用,这两个力的大小分别为2N和6N,当两个力的方向发生变化时,物体的加速度大小可能为()A．1m／s2B．2m／s2

C．3m／s2D．4m／s2BCD4.沿固定斜面下滑的物体受到与斜面平行向上的拉力F的作用,其下滑的速度—时间图线如图所示.已知物体与斜面之间的动摩擦因数为常数,在0~5s、5~10s、10~15s内