2022-2023年魯科版(2019)新教材高中物理必修1 第5章牛頓運動定律第3節(jié)牛頓第二運動定律課件

第5章牛頓運動定律第3節(jié)牛頓第二運動定律你知道汽車為什么要做成流線型嗎？你知道飛機為什么要用密度小的鈦合金制造？牛頓第二運動定律及其意義（1）內(nèi)容：物體加速度的大小與所受合外力的大小成正比,與物體的質(zhì)量成反比,加速度方向與合外力方向相同.（2）數(shù)學(xué)表達式：等式：F=kma當各物理量均選國際單位時,k=1（3）1N的定義：使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力規(guī)定為1N.即1N=1kg·m/s2F=ma思考：1.在牛頓第二定律的表達式F=ma中,哪些是矢量,哪些是標量？F和a是矢量,m是標量.2.這兩個矢量的方向關(guān)系是怎樣的？“力是產(chǎn)生加速度的原因”,即物體的受力方向決定物體的加速度方向.故力F的方向和加速度a的方向是一致的.理解牛頓第二定律要注意:1.同體性：公式中F、m、a必須是同一研究對象2.矢量性：加速度a的方向與合外力F合方向相同.3.瞬時性:（a和合外力F合是瞬時對應(yīng)關(guān)系）a與F合同時產(chǎn)生,同時消失,同時變化.4.獨立性：當物體受到幾個力的作用時,各力將獨立地產(chǎn)生與之對應(yīng)的加速度,而物體表現(xiàn)出來的實際加速度是物體所受各分加速度疊加的合加速度.深入剖析一牛頓第二定律是牛頓運動定律的核心,是本章的重點和中心內(nèi)容,在力學(xué)中占有很重要的地位,一定要深入理解牛頓第二定律的確切含義和重要意義.（1）因果關(guān)系：只要物體所受合外力不為零(無論合外力多么的小),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、速度的變化沒有直接關(guān)系.如果物體只受重力G=mg的作用,則由牛頓第二定律知物體的加速度為,即重力是使物體產(chǎn)生重力加速度g的原因.各地的g值略有差異,通常取g=9.8m/s2.

在前面學(xué)習(xí)《重力》一節(jié)時,給出了重力和質(zhì)量的關(guān)系式G=mg,g是以比例常數(shù)引入的,現(xiàn)在可以證明,這個比例常數(shù)就是重力加速度,9.8N/kg與9.8m/s2

等價.想一想：如何證明?（2）矢量關(guān)系：F合=ma是一個矢量式,加速度a與合外力F合都是矢量,物體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方向之間并無這種關(guān)系.這樣知道了合外力(或加速度)的方向,就知道了加速度(或合外力)的方向.（3）瞬時對應(yīng)關(guān)系：牛頓第二定律表示的是力的瞬時作用規(guī)律,物體在某一時刻加速度的大小和方向,是由該物體在這一時刻所受到的合外力的大小和方向來決定的.當物體所受到的合外力發(fā)生變化時,它的加速度隨即也要發(fā)生變化,對運動過程的每一瞬間成立,加速度與力是同一時刻的對應(yīng)量,即同時產(chǎn)生(雖有因果關(guān)系但卻不分先后)、同時變化、同時消失.（4）獨立對應(yīng)關(guān)系：當物體受到幾個力的作用時,各力將獨立地產(chǎn)生與其對應(yīng)的加速度(力的獨立作用原理),而物體表現(xiàn)出來的實際加速度是物體所受各力產(chǎn)生的加速度疊加(按矢量運算法則)的結(jié)果.（5）同體關(guān)系：加速度和合外力(還有質(zhì)量)是同屬一個物體的,所以解題時一定把研究對象確定好,把研究對象全過程的受力情況都搞清楚.【特別提醒】1.牛頓第二定律給出了力和加速度的對應(yīng)關(guān)系,但合外力與速度無直接關(guān)系.2.物體的加速度必須是相對于地球靜止或勻速直線運動的參考系而言.例1：如圖所示,小車內(nèi)固定著硬桿,桿的端點固定著一個質(zhì)量為m的小球.當小車水平向右的加速度逐漸增大時,桿對小球的作用力的變化（用F1至F4變化表示）可能是圖中的（OO′沿桿方向）()【解題關(guān)鍵】根據(jù)牛頓第二定律的瞬時性和獨立性分析桿的兩個分力.【解析】選C.對小球進行受力分析,小球受重力和桿對小球的彈力,彈力在豎直方向的分力和重力平衡,彈力在水平方向的分力提供加速度,故C正確.C深入剖析二牛頓第二定律的常見應(yīng)用和基本解題步驟牛頓運動定律反映的是力和運動的關(guān)系,所以,應(yīng)用牛頓運動定律解決的動力學(xué)問題主要有兩類：（1）已知物體受力情況求運動情況；（2）已知物體運動情況求受力情況.在這兩類問題中,加速度是聯(lián)系物體受力情況和運動情況的橋梁.解決牛頓第二定律求加速度的問題,可以歸結(jié)為“萬能的四步”：1.確定研究對象.在確定研究對象中,連接體問題是一個難點.應(yīng)學(xué)會使用整體法求加速度及系統(tǒng)外力,隔離法確定加速度及系統(tǒng)內(nèi)部相互作用力.2.對物體進行受力分析.按照先重力、再彈力、最后摩擦力的順序,不要多力漏力.3.建立直角坐標系.一般以速度方向為一條軸,把不在坐標軸上的力正交分解.

4.列方程組,解答.例2：在傾角為α的斜面上有一輛小車沿斜面向上做勻減速直線運動,小車上懸掛一個質(zhì)量為m的小球,如圖所示,懸掛小球的懸線與斜面垂直且小球與小車相對靜止.求:小車的加速度及懸繩的拉力.【解題關(guān)鍵】物體只受兩個力作用做變速運動時,應(yīng)首先考慮合成法,此時加速度的方向就是合力的方向.【解析】小車的加速度與小球的加速度相同,對小球受力分析如圖所示,繩的拉力F與重力mg的合力方向與加速度的方向相同,沿斜面向下,則F合=mgsinα.由牛頓第二定律得F合=mgsinα=ma,故a=gsinα.由力的平行四邊形定則可得F=mgcosα.本題也可用正交分解法,如圖所示可得F=mgcosα,mgsinα=ma,解方程可得a=gsinα整體法與隔離法解決力學(xué)問題時,絕大多數(shù)物體都是相互關(guān)聯(lián)、相互作用的,因此為了解決方便常將研究對象與其他物體隔離出來,單獨對隔離出來的物體進行受力分析,應(yīng)用相應(yīng)的定律來分析求解,這種方法稱為隔離法.但有時又要以整體為研究對象（此時要求整體內(nèi)部有相同的加速度）,然后對整體進行研究,這種方法稱為整體法.整體法與隔離法在解題中往往交替使用.【規(guī)律方法】（1）對于系統(tǒng)中各物體的加速度都相同的連接體問題,由于在系統(tǒng)中將各物體看成一個整體,可先分析整體的受力情況和運動情況,然后根據(jù)牛頓第二定律,求出整體所受外力中的某一未知力或加速度.若要求系統(tǒng)中兩個物體間的作用力,則應(yīng)用隔離法.將系統(tǒng)中的一個物體從系統(tǒng)隔離出來,進行受力分析,然后根據(jù)牛頓第二定律,求出相互作用力中的某一個未知力,這類問題是整體法與隔離法交替應(yīng)用來解決的.（2）對于系統(tǒng)中各物體的加速度各不相同,如在系統(tǒng)中有一個物體加速運動,另一個物體靜止,且相互作用,這類問題應(yīng)采用牛頓第二定律和平衡條件聯(lián)立來求解,應(yīng)用隔離法,通過對某一物體的分析,應(yīng)用牛頓第二定律（或平衡條件）求出兩物體間的作用力,再過渡到另一物體上,應(yīng)用平衡條件（或牛頓第二定律）求出最后結(jié)果.例3：如圖所示,質(zhì)量為M的木箱放在水平面上,木箱中的立桿上套著一個質(zhì)量為m的小球,開始時小球在桿的頂端,由靜止釋放后,小球沿桿下滑的加速度為重力加速度的,即a=0.5g,則小球在下滑的過程中,木箱對地面的壓力為多少？【解題關(guān)鍵】可按如下思維流程求解該題【解析】解法一：（隔離法）木箱與小球沒有共同加速度,所以需用隔離法.取小球m為研究對象,受重力mg、摩擦力f,如圖,據(jù)牛頓第二定律得：mg-f=ma①先確定a的大小和方向據(jù)牛頓第二定律列方程解方程組求得結(jié)果f取木箱M為研究對象,受重力Mg、地面支持力N及小球給予的摩擦力f′,如圖所示.據(jù)物體平衡條件得：N-f′-Mg=0②且f=f③由①②③式得N=g由牛頓第三定律知,木箱對地面的壓力大小為N′=N=g.f′N解法二：（整體法）對于“一動一靜”連接體,也可選取整體為研究對象,依牛頓第二定律列式：（mg+Mg）-N=ma+M×0N=g,由牛頓第三定律知,木箱對地面的壓力大小為N′=N=g.牛頓第二定律1物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的質(zhì)量成反比（F=ma）121.因果性2.矢量性3.瞬時性4.同體性5.獨立性6.相對性1.確定對象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

內(nèi)容步驟方法加速度a運動狀態(tài)及變化受力情況由運動確定受力由受力確定運動牛頓第二定律運動學(xué)公式1.（多選）如圖所示,一輛有動力驅(qū)動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)在某一段時間內(nèi)小球與小車相對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,則在此段時間內(nèi)小車可能是（

）ADA.向右做勻加速直線運動B.向右做勻速直線運動C.向左做勻加速直線運動D.向左做勻減速直線運動2.下列說法中正確的是（）A.物體所受合外力越大,加速度越大B.物體所受合外力越大,速度越大C.物體在外力作用下做勻加速直線運動,當合外力逐漸減小時,物體的速度逐漸減小D.物體的加速度大小不變,一定受恒力作用解題關(guān)鍵:加速度的大小決定了單位時間內(nèi)速度變化量的大小,加速度的大小與速度大小無必然的聯(lián)系.A3.（多選）一個質(zhì)量為2kg的物體同時受到兩個力的作用,這兩個力的大小分別為2N和6N,當兩個力的方向發(fā)生變化時,物體的加速度大小可能為()A．1m／s2B．2m／s2

C．3m／s2D．4m／s2BCD4.沿固定斜面下滑的物體受到與斜面平行向上的拉力F的作用,其下滑的速度—時間圖線如圖所示.已知物體與斜面之間的動摩擦因數(shù)為常數(shù),在0~5s、5~10s、10~15s內(nèi)