2023年新教材高中物理第4章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系3牛頓第二定律課件新人教版必修第一冊(cè)

第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系3牛頓第二定律學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1．理解牛頓第二定律的內(nèi)容、表達(dá)式的確切含義2．知道國(guó)際單位制中力的單位“牛頓”是怎樣定義的3．能應(yīng)用牛頓第二定律解決簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題1．通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析、總結(jié)，明確一次實(shí)驗(yàn)的結(jié)論并不能成為“定律”，知道牛頓第二定律的歸納方法2．通過(guò)對(duì)力的單位“牛頓”的定義，明確牛頓第二定律成立的條件知識(shí)導(dǎo)圖課前|自主預(yù)習(xí)1．內(nèi)容：物體加速度的大小跟它受到的作用力成______比，跟它的質(zhì)量成______比，加速度的方向跟作用力的方向__________．2．表達(dá)式．(1)表達(dá)式：F＝_________，式中k是比例系數(shù)，F(xiàn)指的是物體所受的________．(2)國(guó)際單位制中：F＝__________.牛頓第二定律正

反相同

kma

合力

ma

根據(jù)牛頓第二定律，下列敘述正確的是 (

)A．物體加速度的方向可能跟它所受合力的方向相反B．物體所受合力必須達(dá)到一定值時(shí)，才能使物體產(chǎn)生加速度C．物體加速度的大小跟它所受的任一個(gè)力的大小都成正比D．當(dāng)物體的質(zhì)量改變時(shí)，若所受合力的水平分力不變，則物體水平加速度大小與其質(zhì)量成反比【答案】D【解析】根據(jù)牛頓第二定律，物體加速度的方向跟它所受合力的方向相同，故A錯(cuò)誤；物體所受合力不為零就一定產(chǎn)生加速度，故B錯(cuò)誤；物體實(shí)際加速度的大小與它所受的所有力的合力成正比，故C錯(cuò)誤；采用正交分解法可知，當(dāng)物體的質(zhì)量改變時(shí)，若所受合力的水平分力不變，則物體水平加速度大小與其質(zhì)量成反比，故D正確．1．比例系數(shù)k的意義．(1)在F＝kma中，k的選取有一定的______________．(2)在國(guó)際單位制中k＝______，牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為_(kāi)___________，式中F、m、a的單位分別為_(kāi)_______、____、________.2．國(guó)際單位：力的單位是_______，簡(jiǎn)稱(chēng)_______，符號(hào)______．3．1N的定義：將使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力規(guī)定為1N，即1N＝______________.任意性

力的單位1

F＝ma

N

kg

m/s2

牛頓

牛

N

1kg·m/s2

課堂|重難探究1．表達(dá)式F＝ma的理解．(1)單位統(tǒng)一：表達(dá)式中F、m、a三個(gè)物理量的單位都必須是國(guó)際單位．(2)F的含義：F是合力時(shí)，加速度a指的是合加速度，即物體的加速度；F是某個(gè)力時(shí)，加速度a是該力產(chǎn)生的加速度．對(duì)牛頓第二定律的理解2．牛頓第二定律的六個(gè)性質(zhì).性質(zhì)理解因果性力是產(chǎn)生加速度的原因，只要物體所受的合力不為0，物體就具有加速度矢量性F＝ma是一個(gè)矢量式．物體的加速度方向由它受到的合力方向決定，且總與合力的方向相同瞬時(shí)性加速度與合外力是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)變化，同時(shí)消失性質(zhì)理解同體性F＝ma中F、m、a都是對(duì)同一物體而言的獨(dú)立性作用在物體上的每一個(gè)力都產(chǎn)生加速度，物體的實(shí)際加速度是這些加速度的矢量和相對(duì)性物體的加速度是相對(duì)于慣性參考系而言的，即牛頓第二定律只適用于慣性參考系3．兩個(gè)加速度公式的區(qū)別.4．力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系．【答案】CD【解析】牛頓第二定律的表達(dá)式F＝ma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．作用在物體上的合外力，可由物體的質(zhì)量和加速度計(jì)算，但并不由它們決定，A錯(cuò)誤．質(zhì)量是物體本身的屬性，由物體本身決定，與物體是否受力無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤．由牛頓第二定律知加速度與合外力成正比，與質(zhì)量成反比，m可由其他兩個(gè)量求得，故C、D正確．變式1如圖所示，靜止在光滑水平面上的物體A，一端靠著處于自然狀態(tài)的彈簧．現(xiàn)對(duì)物體作用一水平恒力，在彈簧被壓縮到最短的這一過(guò)程中，物體的速度和加速度變化的情況是 (

)A．速度增大，加速度增大B．速度增大，加速度減小C．速度先增大后減小，加速度先減小后增大D．速度先增大后減小，加速度先增大后減小【答案】C【解析】力F作用在A上的開(kāi)始階段，彈簧彈力kx較小，合力與速度方向同向，物體速度增大，而合力(F－kx)隨x增大而減小，加速度也減小，當(dāng)F＝kx以后，隨物體A向左運(yùn)動(dòng)，彈力kx大于F，合力方向與速度反向，速度減小，而加速度a隨x的增大而增大．綜上所述，只有C正確．變式2殲-20是我國(guó)適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)需要、自主研發(fā)的首型第四代超音速隱身戰(zhàn)斗機(jī)．在某次環(huán)繞某島航行維護(hù)國(guó)家主權(quán)任務(wù)時(shí)，正朝斜向下方做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，示意圖如下，用G表示殲-20受到的重力，F(xiàn)表示空氣對(duì)它的作用力，下列四幅圖中能正確表示此過(guò)程中殲-20受力情況的是

(

)【答案】B【解析】飛機(jī)斜向下做勻加速運(yùn)動(dòng)，則合力方向斜向下，因重力豎直向下，可知F的方向斜向右上方．故B正確．1．應(yīng)用牛頓第二定律解題的一般步驟．牛頓第二定律的應(yīng)用2．常用方法.合成法(1)確定研究對(duì)象，畫(huà)出受力分析圖，將各個(gè)力按照力的平行四邊形定則在加速度方向上合成，直接求出合力(2)根據(jù)牛頓第二定律列式求解分解法(1)確定研究對(duì)象，畫(huà)出受力分析圖，根據(jù)力的實(shí)際效果，將某一個(gè)力分解成兩個(gè)分力(2)根據(jù)牛頓第二定律列式求解，應(yīng)用此法時(shí)要求對(duì)力的作用效果有清楚的認(rèn)識(shí)，要按照力的實(shí)際效果進(jìn)行分解正交分解法當(dāng)物體受到多個(gè)力的作用時(shí)，利用正交分解法較為簡(jiǎn)單，利用正交分解法需要建立直角坐標(biāo)系，建系原則是盡可能少分解力，因此建系有兩種情況：(1)沿加速度的方向建一坐標(biāo)軸，沿垂直加速度方向建一坐標(biāo)軸，這種方法不需要分解加速度(2)沿某特定方向建立坐標(biāo)系，這樣可能少分解力，但可能需要分解加速度，此時(shí)需應(yīng)用Fx＝max，F(xiàn)y＝may進(jìn)行求解例2如圖所示，沿水平方向做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的車(chē)廂中，懸掛小球的懸線偏離豎直方向角度為θ＝37°.小球和車(chē)廂相對(duì)靜止，小球的質(zhì)量為1kg.(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：(1)車(chē)廂運(yùn)動(dòng)的加速度；(2)懸線對(duì)小球的拉力．【答案】(1)7.5m/s2，方向水平向右(2)12.5N【解析】方法一：合成法．(1)由于車(chē)廂沿水平方向運(yùn)動(dòng)，且小球和車(chē)廂相對(duì)靜止，所以小球加速度(或合力)的方向水平向右．選小球?yàn)檠芯繉?duì)象，受力分析如圖所示，由牛頓第二定律得：(1)(2)建立直角坐標(biāo)系，并將懸線對(duì)小球的拉力正交分解，如圖所示．沿水平方向有Fsinθ＝ma，沿豎直方向有Fcosθ＝mg，解以上兩式得a＝7.5m/s2，F(xiàn)＝12.5N，a的方向水平向右．變式3

如圖，將質(zhì)量m＝0.1kg的圓環(huán)套在固定的水平直桿上，環(huán)的直徑略大于桿的截面直徑．環(huán)與桿間動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.8.對(duì)環(huán)施加一位于豎直平面內(nèi)斜向上，與桿夾角θ＝53°的拉力F，使圓環(huán)以a＝4.4m/s2的加速度沿桿運(yùn)動(dòng)，求F的大小為多少？(取sin53°＝0.8，cos53°＝0.6，g取10m/s2)【答案】1N或9N【解析】由牛頓第二定律得F合＝ma＝0.44N.若Fsin53°＝mg，可得F＝1.25N.情況一：當(dāng)F<1.25N時(shí)，桿對(duì)環(huán)的彈力向上．由合力計(jì)算Fcosθ－μFN＝F合，F(xiàn)N＋Fsinθ＝mg，解得F＝1N.情況二：當(dāng)F>1.25N時(shí)，桿對(duì)環(huán)的彈力向下．由合力計(jì)算Fcosθ－μFN＝F合，F(xiàn)sinθ＝mg＋FN，解得F＝9N.核心素養(yǎng)應(yīng)用加速度計(jì)由檢測(cè)質(zhì)量(也稱(chēng)敏感質(zhì)量)、支承、電位器、彈簧、阻尼器和殼體組成．檢測(cè)質(zhì)量受支承的約束只能沿一條軸線移動(dòng)，這個(gè)軸常稱(chēng)為輸入軸或敏感軸．當(dāng)儀表殼體隨著運(yùn)載體沿敏感軸方向做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)牛頓定律，具有一定慣性的檢測(cè)質(zhì)量力圖保持其原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變．它與殼體之間將產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使彈簧變形，于是檢測(cè)質(zhì)量在彈簧力的作用下隨之加速運(yùn)動(dòng)．當(dāng)彈簧力與檢測(cè)質(zhì)量加速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性相平衡時(shí)，檢測(cè)質(zhì)量與殼體之間便不再有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)彈簧的變形反映被測(cè)加速度的大?。铀俣扔?jì)的原理例3慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)，加速度計(jì)構(gòu)造原理如圖所示．沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連，滑塊上有指針，可通過(guò)標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)．設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)距離為s，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度

(

)【答案】D小練|隨堂鞏固1．(多選)對(duì)牛頓第二定律的理解正確的是 (

)A．牛頓第二定律說(shuō)明當(dāng)物體有加速度時(shí)，物體才受到外力的作用B．合力產(chǎn)生的加速度，可認(rèn)為作用于物體上的每個(gè)力所產(chǎn)生的加速度的矢量和C．加速度的方向總跟合外力的方向一致D．當(dāng)外力停止作用時(shí)，加速度隨之消失【答案】BCD【解析】力是產(chǎn)生加速度的原因，A選項(xiàng)因果關(guān)系顛倒，故A錯(cuò)誤；合力產(chǎn)生的加速度與每個(gè)分力產(chǎn)生的加速度的合加速度是相同的，只是矢量合成的先后差別，故B正確；a與F的方向時(shí)刻都相同，故C正確；加速度與外力是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，外力停止作用，加速度同時(shí)消失，故D正確．2．(多選)一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體，放在光滑水平面上，受到兩個(gè)水平方向的大小為5N和7N的共點(diǎn)力作用，則物體的加速度可能是

(

)A．1m/s2 B．4m/s2C．7m/s2 D．10m/s2【答案】AB【解析】?jī)蓚€(gè)水平方向的大小為5N和7N的共點(diǎn)力作用，合力的范圍為2N≤F≤12N，再由牛頓第二定律知加速度的范圍為1m/s2≤a≤6m/s2，故A、B正確．3．如圖所示，兩完全相同的重錘間用輕彈簧連接，上方重錘與細(xì)線相連，細(xì)線另一端固定在鐵架臺(tái)上，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)將上方細(xì)線燒斷，則在細(xì)線燒斷后經(jīng)過(guò)極短時(shí)間，兩重錘所處位置符合實(shí)際情況的是

(

)【答案】A4．如圖所示，A、B兩球質(zhì)量相等，光滑斜面的傾角為θ，圖甲中，A、B兩球用輕彈簧相連，圖乙中A、B兩球用輕質(zhì)桿相連，系統(tǒng)靜止時(shí)，擋板C與斜面垂直，輕彈簧、輕桿均與斜面平行，則在突然撤去擋板的瞬間有

(

)A．兩圖中兩球加速度均為gsinθB．兩圖中A球的加速度均為0C．圖乙中輕桿的作用力一定不為0D．圖甲中B球的加速度是圖乙中B球的加速度的2倍【答案】D【解析】撤去擋板前，對(duì)整體分析，擋板對(duì)B球的彈力大小均為2mgsinθ，因彈簧彈力不能突變，而桿的彈力會(huì)突變，所以撤去擋板瞬間，題圖甲中A球所受合力為零，加速度為零，B球所受合力為2mgsinθ，加速度為2gsinθ；