人教版高中物理必修第一册第4章运动和力的关系3牛顿第二定律课件

第四章运动和力的关系3.牛顿第二定律自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结随

堂

练

习课标定位1.知道牛顿第二定律的内容和表达式的确切含义。2.知道国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。3.能应用牛顿第二定律解决简单的实际问题。素养阐释1.通过对牛顿第二定律的学习,体会由科学探究到得出定律的研究方法。2.通过对力的国际单位“牛顿”定义的学习,形成公式F=ma成立的条件的物理观念。3.通过对实例的分析,掌握应用牛顿第二定律解题的一般步骤的科学思维。

自主预习·新知导学一、牛顿第二定律的表达式1.内容: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,加速度的方向跟作用力的方向相同。2.牛顿第二定律表达式是什么?其中F的物理含义是什么?提示:表达式F=ma,其中F为物体所受的合力。二、力的单位1.力的国际单位:牛顿,简称牛,符号为N。2.“牛顿”是如何定义的?提示:质量为1

kg的物体在某力的作用下获得1

m/s2的加速度,则这个力为1

N,即1

N=1

kg·m/s2。【思考讨论】

1.判断下列说法的正误。(1)由F=ma可知,物体所受的合力与物体的质量成正比,与物体的加速度成反比。(

)(2)公式F=ma中,各量的单位可以任意选取。(

)(3)物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合力的大小决定,与物体的速度大小无关。(

)(4)物体加速度的方向只由它所受合力的方向决定,与速度方向无关。(

)提示:(1)×

(2)×

(3)√

(4)√2.在F=kma关系中,k的选取可以是任意的吗?取k=1时需要满足哪些条件?提示:k的选取有一定的任意性,在F、m、a都用国际单位时k=1。提示:乙的说法正确。物体的加速度的大小是由物体所受合力的大小和物体的质量共同决定的,与速度的变化量及所用

合作探究·释疑解惑知识点一牛顿第二定律的理解问题引领如图所示,小强自己拉车子时,无论怎么用力也难以拉动,最后在小红的帮助下,他们才将车子拉着前进。(1)根据牛顿第二定律,有力作用就产生加速度,为什么小强用力拉车时车子不动呢?小强的拉力不产生加速度吗?(2)小强和小红一起用力的瞬间,车子是否马上获得加速度?是否马上获得速度?提示:(1)因为有摩擦力,小强的拉力能产生加速度。(2)不会马上获得速度,但会马上获得加速度。归纳提升牛顿第二定律的六个性质性质理解因果性力是产生加速度的原因,只要物体所受的合力不为0,物体就具有加速度矢量性F=ma是一个矢量式。物体的加速度方向由它受的合力方向决定,且总与合力的方向相同瞬时性加速度与合力是瞬时对应关系,同时产生,同时变化,同时消失性质理解同体性F=ma中,m、a都是对同一物体而言的独立性作用在物体上的每一个力都产生加速度,物体的实际加速度是这些加速度的矢量和相对性物体的加速度是相对于惯性参考系而言的,即牛顿第二定律只适用于惯性参考系两个加速度公式的区别:典型例题【例题1】

下列对牛顿第二定律的理解正确的是(

)A.由F=ma可知,F与a成正比,m与a成反比B.牛顿第二定律说明当物体有加速度时,物体才受到外力的作用C.加速度的方向与合力的方向和运动方向都一致D.当外力停止作用时,加速度随之消失答案:D解析:F=ma说明力是产生加速度的原因,不能说F与a成正比,也不能说m与a成反比,A错误;力是产生加速度的原因,所以是当物体受到外力时,物体才有的加速度,B错误;根据牛顿第二定律的矢量性,加速度的方向与合力的方向一致,与速度方向无关,C错误;加速度与合力同时产生、同时消失,D正确。对牛顿第二定律表达式及变形式理解的常见误区:(1)认为质量与力成正比,与加速度成反比。物体的质量m是由自身决定的,与物体所受的合力和运动的加速度无关。不(2)认为作用力与m和a都成正比。物体所受合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。不能由F=ma得出F∝m,F∝a的结论。【变式训练1】

如图所示,自由落下的小球,从接触竖直放置的弹簧开始到弹簧的压缩量最大的过程中,小球的速度及所受的合力的变化情况是(

)A.合力变小,速度变小B.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D.合力先变大后变小,速度先变小后变大答案:C解析:小球开始接触弹簧时,重力大于弹力,合力向下。合力为零后,重力小于弹力,合力向上,合力先变小后变大。则加速度方向先向下,与速度方向相同,然后加速度方向向上,与速度方向相反,所以速度先增大后减小,故C正确。知识点二牛顿第二定律的应用问题引领赛车以其风驰电掣的速度给观众带来莫大的视觉享受,这种赛车比一般的小汽车质量小得多,动力大得多。赛车为何设计得质量小,动力大?这对比赛有何益处?提示:为了提高赛车的灵活性,根据牛顿第二定律可知,要使赛车有较大的加速度,需减小其质量或增大其受到的作用力。赛车就是通过增加发动机动力,减小车身质量来增大启动、刹车时的加速度,从而提高其灵活性的,这样有利于提高比赛成绩。归纳提升应用牛顿第二定律的解题方法1.矢量合成法:若物体只受两个力作用,应用平行四边形定则求这两个力的合力,加速度的方向即物体所受合力的方向。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所受的合力。(1)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,例如Fx=ma,Fy=0。(2)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。根据牛典型例题【例题2】

一个有钢制滑板的雪橇,连同上面的木料的总质量为m,钢与冰之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。在水平的冰道上,马通过绳子拉着雪橇前进,绳子与水平地面的夹角为30°,当绳子拉力为F时,马拉着雪橇做匀加速直线运动。求:(1)雪橇受到的摩擦力大小;(2)雪橇的加速度大小。解析:此题考查牛顿第二定律的应用,培养理解问题与分析问题的能力。(1)对雪橇进行受力分析,如图所示雪橇所受的滑动摩擦力Ff=μFN在竖直方向有FN=mg-Fsin

30°(2)雪橇做匀加速运动,根据牛顿第二定律得Fcos

30°-Ff=ma应用牛顿第二定律解题的步骤:(1)确定研究对象。(2)进行受力分析和运动情况分析,作出受力和运动的示意图。(3)求合力F或加速度a。(4)根据F=ma列方程求解。【变式训练2】

小孩从滑梯上滑下的运动可看作匀加速直线运动。第一次小孩单独从滑梯上滑下,加速度为a1。第二次小孩抱上一只小狗后再从滑梯上滑下(小狗不与滑梯接触),加速度为a2。则(

)A.a1=a2 B.a1<a2C.a1>a2 D.无法判断答案:A解析:以滑梯上的孩子为研究对象,受力分析并正交分解如图所示。x方向,mgsin

α-Ff=may方向,FN-mgcos

α=0Ff=μFN由以上各式解得a=g(sin

α-μcos

α)加速度与质量无关,A正确。课堂小结随

堂

练

习1.(牛顿第二定律的理解)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.使质量是1kg的物体产生1.5m/s2的加速度的力为1NC.公式F=ma中,a实际上是作用于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力的方向一致答案:C解析:各物理量必须选用国际单位制中的单位,牛顿第二定律才可写成F=ma的形式,否则比例系数k≠1,所以选项A错误;由牛顿第二定律F=ma知,使质量是1

kg的物体产生1

m/s2的加速度的力是1

N,所以选项B错误;牛顿第二定律表述的是某一时刻合力与加速度的对应关系,它既表明F、m、a三者在数值上的对应关系,同时也表明合力的方向与加速度的方向是一致的,即矢量对应关系,但合力方向与速度方向不一定相同,所以选项D错误;由力的独立作用原理,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。2.(牛顿第二定律的理解与应用)如图所示,质量m=10kg的物体,在水平地面上向左运动,物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,与此同时,物体受到一个水平向右的推力F=20N的作用,则物体的加速度为(g取10m/s2)(

)A.0 B.4m/s2,水平向右C.2m/s2,水平向右 D.2m/s2,水平向左答案:B解析:物体受到的滑动摩擦力大小Ff=μmg=20

N,方向水平向右,物体受到的合力F合=F+Ff=40

N,方向水平向右。根据牛顿第二定律,F合=ma,a=4

m/s2,方向水平向右。3.(多选)(牛顿第二定律的理解与应用)一辆小车在水平面上运动,悬挂的摆球相对小车静止并与竖直方向成θ角,如图所示,下列说法正确的是(

)A.小车一定向左做匀加速直线运动B.小车的加速度大小为gtan

θ,方向水平向左C.悬绳的拉力一定大于小球的重力D.小球所受合外力方向一定向右答案:BC解析:小球受重力和拉力作用,如图所示。把FT沿水平和竖直方向分解后有FTsin

θ=ma,FTcos

θ=mg,解以上两式可得a=gtan

θ,方向向左,FT=>mg,故B、C正确;小球加速度方向向左,则所受合力方向水平向左,小车可能向左做匀加速直线运动也可能向右做匀减速直线运动,故A、D错误。4.(牛顿第二定律的简单应用