高中物理第3章3.牛頓第二定律課件教科版必修1.ppt

3.牛頓第二定律,1甲、乙兩輛實(shí)驗(yàn)小車，在相同的力的作用下，甲車產(chǎn)生的加速度是1.5 m/s2，乙車產(chǎn)生的加速度為4.5 m/s2，甲車的質(zhì)量是乙車_倍 【答案】 3 2質(zhì)量為m1的物體，在恒力F作用下，產(chǎn)生的加速度是a1；質(zhì)量為m2的物體，在恒力F作用下，產(chǎn)生的加速度為a2；當(dāng)將該恒力作用在質(zhì)量為m1m2的物體上，產(chǎn)生的加速度為_(kāi) 【答案】,3利用如下圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，得到質(zhì)量相等的兩輛小車在不同拉力、相同時(shí)間內(nèi)位移的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：,(1)從以上兩組數(shù)據(jù)中可以得出加速度a1與a2之比為多少？ (2)請(qǐng)由以上數(shù)據(jù)，計(jì)算出缺少的物體受力的數(shù)值并填入表中(小數(shù)點(diǎn)后保留一位數(shù)),【答案】 (1)12 (2)0.2,一、牛頓第二定律 1內(nèi)容：物體加速度的大小與所受合外力的大小成 ，與物體的質(zhì)量成 ，加速度方向與合外力方向 . 2公式表示：Fkma 在國(guó)際上，質(zhì)量的單位用 ，加速度單位用 ，且規(guī)定質(zhì)量為1 kg的物體獲得1 m/s2的加速度所需的力為 ，這樣表達(dá)式中的k就等于1，牛頓第二定律表達(dá)式可簡(jiǎn)化為：F . 3意義 (1)確定了加速度、力、質(zhì)量間的 關(guān)系 (2)確定了加速度與合外力這兩個(gè)矢量間的 關(guān)系，即加速度方向與引起這個(gè)加速度的合外力的方向 .,正比,相同,反比,m/s2,1 N,ma,數(shù)量,方向,相同,kg,二、力學(xué)單位制 1國(guó)際單位制：由 和 組成 2力學(xué)中國(guó)際制單位的基本單位：長(zhǎng)度單位 ，質(zhì)量單位 ，時(shí)間單位 . 3導(dǎo)出單位：力學(xué)中利用 從三個(gè)基本單位推導(dǎo)出來(lái)的其他單位,基本單位,導(dǎo)出單位,m,kg,s,物理公式,一、對(duì)牛頓第二定律的理解 牛頓第二定律揭示了加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，著重解決了加速度的大小、方向和決定因素等問(wèn)題對(duì)于牛頓第二定律，應(yīng)從以下幾方面加深理解： 1因果性：只要物體所受合力不為0(無(wú)論合力多么小)，物體就獲得加速度，即力是產(chǎn)生加速度的原因力決定加速度，力與速度、速度的變化沒(méi)有直接的關(guān)系 2矢量性：Fma是一個(gè)矢量式，加速度與合外力都是矢量物體的加速度的方向由它所受的合外力的方向決定，且總與合外力的方向相同(同向性)，而物體的速度方向與合外力的方向之間則并無(wú)這種關(guān)系應(yīng)用時(shí)應(yīng)規(guī)定正方向，凡是與正方向相同的力和加速度取正值，反之取負(fù)值，在一般情況下取加速度的方向?yàn)檎较?3瞬時(shí)性：牛頓第二定律反映的是力的瞬時(shí)效應(yīng)，所以牛頓第二定律表示的是力的瞬時(shí)作用規(guī)律物體在某一時(shí)刻加速度的大小和方向是由該物體在這一時(shí)刻所受到的合外力的大小和方向決定的當(dāng)物體所受到的合外力發(fā)生變化時(shí)，它的加速度隨即也要發(fā)生變化，F(xiàn)ma對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的每一瞬時(shí)成立加速度與力是同一時(shí)刻的對(duì)應(yīng)量，即同時(shí)產(chǎn)生(雖有因果關(guān)系，但卻不分先后)、同時(shí)變化、同時(shí)消失 4同體性：a 中各物理量都是屬于同一物體的，即研究對(duì)象的統(tǒng)一性 5獨(dú)立性：F產(chǎn)生的a是物體的合加速度，x方向的合力產(chǎn)生x方向的加速度，y方向的合力產(chǎn)生y方向的加速度牛頓第二定律的分量式為Fxmax，F(xiàn)ymay. 6相對(duì)性：公式中的a是相對(duì)地面的(或慣性系的)而不是相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的參考系的(或非慣性系的),1.質(zhì)量為m的物體靜止在光滑的水平面上， 受到水平力F的作用，如右圖所示，試討論： (1)物體此時(shí)受哪些力作用？ (2)每一個(gè)力是否都產(chǎn)生加速度？ (3)物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況如何？ (4)物體為什么會(huì)呈現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？ 【答案】 (1)物體此時(shí)受三個(gè)力作用，分別是重力、支持力、水平力F. (2)由力是產(chǎn)生加速度的原因知，每一個(gè)力都應(yīng)產(chǎn)生加速度 (3)物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是沿力F的方向，以a 做勻加速直線運(yùn)動(dòng) (4)因?yàn)橹亓椭С至κ且粚?duì)平衡力，其作用效果相互抵消，此時(shí)作用于物體的合外力相當(dāng)于F.,二、合外力、加速度、速度的關(guān)系 1物體所受合外力的方向決定了其加速度的方向，合外力與加速度的大小關(guān)系是Fma，只要有合外力，不管速度是大還是小，或是零，都有加速度，只要合外力為零，則加速度為零，與速度的大小無(wú)關(guān)只有速度的變化率才與合外力有必然的聯(lián)系 2合力與速度同向時(shí)，物體做加速運(yùn)動(dòng)，反之減速 3力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，即力加速度速度變化(運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化)，物體所受到的合外力決定了物體加速度的大小，而加速度的大小決定了單位時(shí)間內(nèi)速度變化量的大小，加速度的大小與速度大小無(wú)必然的聯(lián)系 4加速度的定義式與決定式：a 是加速度的定義式，它給出了測(cè)量物體的加速度的方法，這是物理上用比值定義物理量的方法；a 是加速度的決定式，它揭示了物體產(chǎn)生加速度的原因及影響物體加速度的因素,物體的加速度的方向與物體所受的合外力是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，即a與合力F方向總是相同，但速度v的方向不一定與合外力的方向相同,2.關(guān)于速度、加速度和合外力之間的關(guān)系，下述說(shuō)法正確的是( ) A做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，它所受合外力是恒定不變的 B做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，它的速度、加速度、合外力三者總是在同一方向上 C物體受到的合外力增大時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)速度一定加快 D物體所受合外力為零時(shí)，一定處于靜止?fàn)顟B(tài),【解析】 勻變速直線運(yùn)動(dòng)就是加速度恒定不變的直線運(yùn)動(dòng)，所以做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體的合外力是恒定不變的，選項(xiàng)A正確；做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，它的加速度與合外力的方向一定相同，但加速度與速度的方向就不一定相同了加速度與速度的方向相同時(shí)做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度與速度的方向相反時(shí)做勻減速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；物體所受的合外力增大時(shí)，它的加速度一定增大，但速度不一定增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；物體所受合外力為零時(shí)，加速度為零，但物體不一定處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可以處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤 【答案】 A,如右圖所示，自由下落的小球下落一段時(shí)間后，與彈簧接觸，從它接觸彈簧開(kāi)始，到彈簧壓縮到最短的過(guò)程中，小球的合力、加速度、速度的變化情況怎樣？,【解析】 小球接觸彈簧時(shí)受兩個(gè)力作用：向下的重力和向上的彈力(其中重力為恒力)向下壓縮過(guò)程可分為：兩個(gè)過(guò)程和一個(gè)臨界點(diǎn)具體分析如下： 過(guò)程一：,【答案】 小球向下壓彈簧至壓縮到最短的過(guò)程中，F(xiàn)合方向先向下后向上，大小先變小后變大；a方向先向下后向上，大小先變小后變大；v方向始終向下，大小先變大后變小,物體的加速度由合力決定，物體的速度大小變化則由加速度的方向與速度的方向關(guān)系決定,11：如右圖，一輛有動(dòng) 力驅(qū)動(dòng)的小車上有一水平放置的彈簧， 其左端固定在小車上，右端與一小球相 連設(shè)在某一段時(shí)間內(nèi)小球與小車相對(duì)靜止且彈簧處于壓縮狀態(tài)，若忽略小球與小車間的摩擦力，則在此段時(shí)間內(nèi)小車可能是( ) A向右做加速運(yùn)動(dòng) B向右做減速運(yùn)動(dòng) C向左做加速運(yùn)動(dòng) D向左做減速運(yùn)動(dòng) 【解析】 對(duì)小球進(jìn)行受力分析知：小球水平方向受到彈簧水平向右的彈力，由牛頓第二定律知其加速度向右，其速度方向可能向右，也可能向左故小車可能向右做加速運(yùn)動(dòng)，也可能向左做減速運(yùn)動(dòng)，故A、D正確 【答案】 AD,如右圖所示，沿水平方向做勻變速直 線運(yùn)動(dòng)的車廂中，懸掛小球的懸線偏離豎 直方向37角，球和車廂相對(duì)靜止，球的 質(zhì)量為1 kg.(g取10 m/s2，sin 370.6， cos 370.8) (1)求車廂運(yùn)動(dòng)的加速度并說(shuō)明車廂的運(yùn)動(dòng)情況； (2)求懸線對(duì)球的拉力,【思路點(diǎn)撥】,【答案】 (1)7.5 m/s2 方向水平向右 車廂可能水平向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，也可能水平向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng) (2)12.5 N,應(yīng)用牛頓第二定律解題的一般步驟及常用方法： 1一般步驟 (1)確定研究對(duì)象 (2)進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，畫出受力的示意圖 (3)建立坐標(biāo)系，或選取正方向，寫出已知量，根據(jù)定律列方程 (4)統(tǒng)一已知量單位，代值求解 (5)檢查所得結(jié)果是否符合實(shí)際，舍去不合理的解,2常用方法 (1)矢量合成法：若物體只受兩個(gè)力作用時(shí)，應(yīng)用平行四邊形定則求這兩個(gè)力的合力，再由牛頓第二定律求出物體的加速度的大小及方向加速度的方向就是物體所受合外力的方向，反之，若知道加速度的方向也可應(yīng)用平行四邊形定則求物體所受的合力 (2)正交分解法：當(dāng)物體受多個(gè)力作用時(shí)，常用正交分解法求物體的合外力應(yīng)用牛頓第二定律求加速度，在實(shí)際應(yīng)用中常將受力分解，且將加 速度所在的方向選為x軸或y軸，有時(shí)也可分解加速度，即,21：如右圖所示，位于水平地 面上的質(zhì)量為M的木塊，在大小為F，方向與 水平方向成角的拉力作用下沿地面做勻加速 運(yùn)動(dòng)若木塊與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，則木塊的加速度為( ) AF/M BFcos /M C(Fcos Mg)/M DFcos (MgFsin )/M 【解析】 對(duì)木塊作受力分析，在豎直方向上合力為零，即Fsin NMg，在水平方向上由牛頓第二定律有Fcos NMa.聯(lián)立可得aFcos ，故選項(xiàng)D正確 【答案】 D,如右圖所示，質(zhì)量分別為mAm和mB2m的A和B兩球用輕彈簧連接，A球用細(xì)繩懸掛起來(lái)，兩球均處于靜止?fàn)顟B(tài)如果將懸掛A球的細(xì)線剪斷，此時(shí)A和B兩球的瞬時(shí)加速度各是多少？ 【思路點(diǎn)撥】 牛頓第二定律的核心是加速度與合外力的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，求瞬時(shí)加速度時(shí)，當(dāng)物體受到的某個(gè)力發(fā)生變化時(shí)，可能還隱含著其他力也發(fā)生變化，像彈簧、橡皮繩等提供彈力時(shí)，由于形變量較大，彈力不會(huì)瞬間改變，而細(xì)繩、鋼絲、輕桿則不同，由于形變量太小，所提供的彈力會(huì)在瞬間改變,【解析】 物體在某一瞬間的加速度，由這一 時(shí)刻的合外力決定，分析繩斷瞬間兩球的受力 情況是關(guān)鍵由于輕彈簧兩端連著物體，物體 要發(fā)生一段位移，需要一定時(shí)間，故剪斷細(xì)線 瞬間，彈簧的彈力與剪斷前相同 先分析細(xì)線未剪斷時(shí)，A和B的受力情況，如上圖所示，A球受重力、彈簧彈力F1及細(xì)線的拉力F2；B球受重力、彈力F1，且F1F1mBg 剪斷細(xì)線瞬間，F(xiàn)2消失，但彈簧尚未收縮，仍保持原來(lái)的形變，即：F1、F1不變，故B球所受的力不變，此時(shí)aB0，而A球的加速度為： aA 3g，方向豎直向下 【答案】 3g方向豎直向下 0,在應(yīng)用牛頓第二定律求解物體的瞬時(shí)加速度時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到輕繩、輕桿、輕彈簧和橡皮繩這些常見(jiàn)的力學(xué)模型全面準(zhǔn)確地理解它們的特點(diǎn)，可幫助我們靈活正確地分析問(wèn)題 (1)這些模型的共同點(diǎn)：都是質(zhì)量可忽略的理想化模型，都會(huì)發(fā)生形變而產(chǎn)生彈力，同一時(shí)刻內(nèi)部彈力處處相等且與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān) (2)這些模型的不同點(diǎn)： 輕繩：只能產(chǎn)生拉力，且方向一定沿著繩子背離受力物體，不能承受壓力；認(rèn)為繩子不可伸長(zhǎng)，即無(wú)論繩子所受拉力多大，長(zhǎng)度不變(只要不被拉斷)；繩子的彈力可以發(fā)生突變瞬時(shí)產(chǎn)生，瞬時(shí)改變，瞬時(shí)消失 輕桿：既能承受拉力，又可承受壓力，施力或受力方向不一定沿著桿；認(rèn)為桿既不可伸長(zhǎng)，也不可縮短，桿的彈力也可以發(fā)生突變,輕彈簧：既能承受拉力，也可承受壓力，力的方向沿彈簧的軸線，受力后發(fā)生較大形變，彈簧的長(zhǎng)度既可變長(zhǎng)，又可變短，遵循胡克定律；因形變量較大，產(chǎn)生形變或使形變消失都有一個(gè)過(guò)程，故彈簧的彈力不能突變，在極短時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為彈力不變 橡皮條：只能受拉力，不能承受壓力；其長(zhǎng)度只能變長(zhǎng)，不能變短，同樣遵循胡克定律；因形變量較大，產(chǎn)生形變或使形變消失都有一個(gè)過(guò)程，故橡皮條的彈力同樣不能突變,31：(1)例3中將AB間的彈簧換成細(xì)繩，如右圖甲所示，剪斷懸掛A球的細(xì)線的瞬間，A、B的加速度分別為多大？ (2)在例題中，將 AB之間的輕彈簧與懸掛A球的細(xì)繩交換位置，如右圖乙所示，如果把AB之間的細(xì)繩剪斷則A、B兩球的瞬時(shí)加速度各是多少？,【解析】 剪斷懸掛A球的細(xì)線的瞬間，A、B間細(xì)繩的拉力發(fā)生突變，使A、B兩球具有共同的加速度下落，a =g 方向豎直向下,(2)當(dāng)兩球均靜止時(shí)受力分析如下圖所示,【答案】 (1)aAaBg，方向豎直向下 (2)aA2g，方向豎直向上；aBg，方向豎直向下,不能正確判斷物體所受彈力的方向，導(dǎo)致錯(cuò)誤出現(xiàn),如右圖所示，小車上固定一彎折硬桿ABC，桿C端固定一質(zhì)量為m的小球已知ABC.當(dāng)小車以加速度a向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿C端對(duì)小球的作用力大小為多少？,【正解】 本題考查桿的彈力和牛頓第二定律知識(shí)硬桿的彈力方向不同于軟繩，即桿的彈力方向不一定沿桿的方向正確解 題過(guò)程為：以小球作為研究對(duì)象，它受重力mg和桿C 端作用力F作用，而沿水平方向做加速度為a的勻加速 直線運(yùn)動(dòng)注意到力F與豎直線夾角不一定等于，因 F和mg的合力使小球產(chǎn)生水平向左的加速度，受力分 析如右上圖所示，故Fm .,【答案】 45時(shí) 時(shí)間最短 【錯(cuò)因分析】 錯(cuò)解1和錯(cuò)解2錯(cuò)誤的本質(zhì)都在于認(rèn)為桿的彈力一定沿桿的方向,1靜止在光滑水平面上的物體，受到一個(gè)水平拉力，在力剛開(kāi)始作用的瞬間，下列說(shuō)法正確的是( ) A物體立即獲得加速度和速度 B物體立即獲得加速度，但速度仍為零 C物體立即獲得速度，但加速度仍為零 D物體的速度和加速度均為零 【解析】 由牛頓第二定律的瞬時(shí)性可知，力作用的瞬時(shí)即可獲得加速度，但無(wú)速度因?yàn)樗俣葀v0at，此時(shí)v0等于零，可以看出t0時(shí)的瞬間v0.故選B. 【答案】 B,2下列對(duì)牛頓第二定律的表達(dá)式Fma及其變形公式的理解正確的是( ) A由Fma可知，物體所受的合力與物體的質(zhì)量成正比，與物體的加速度成反比 B由m 可知，物體的質(zhì)量與其所受合力成正比，與其運(yùn)動(dòng)的加速度成反比 C由a 可知，物體的加速度與其所受合力成正比，與其質(zhì)量成反比 D由m 可知，物體的質(zhì)量可以通過(guò)測(cè)量它的加速度和它所受的合力求出 【解析】 牛頓第二定律的表達(dá)式Fma表明了各物理量之間的數(shù)量關(guān)系，即已知兩個(gè)量，可求第三個(gè)量但物體的質(zhì)量是由物體本身決定的，與受力無(wú)關(guān)，作用在物體上的合力，是由和它相互作用的物體作用產(chǎn)生的，與物體的質(zhì)量和加速度無(wú)關(guān)故排除A、B，選C、D. 【答案】 CD,3.如右圖所示是一種汽車安全帶控制 裝置的示意圖，當(dāng)汽車處于靜止或勻 速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，擺錘豎直懸掛，鎖棒 水平，棘輪可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，安全帶能 被拉動(dòng)當(dāng)汽車突然剎車時(shí)，擺錘由 于慣性繞軸擺動(dòng)，使得鎖棒鎖定棘輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)，安全帶不能被拉動(dòng)若擺錘從圖中實(shí)線位置擺到虛線位置， 汽車的可能運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是( ) A向左行駛、突然剎車 B向右行駛、突然剎車 C向左行駛、勻速直線運(yùn)動(dòng) D向右行駛、勻速直線運(yùn)動(dòng),【解析】 簡(jiǎn)化模型如右圖所示，當(dāng)小球在虛線位置時(shí)，小球、車具有向左的