4.3 牛頓第二定律2023-2024學(xué)年高一物理 （ 人教版2019必修第一冊(cè)）（原卷版）

4.3牛頓其次定律學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)1．能精確?????表述牛頓其次定律，并理解牛頓其次定律的概念及含義。2．知道國(guó)際單位制中力的單位是怎樣定義的。3．能運(yùn)用牛頓其次定律解釋生產(chǎn)、生活中的有關(guān)現(xiàn)象，解決有關(guān)問(wèn)題。4．初步體會(huì)牛頓其次定律在生疏自然過(guò)程中的有效性和價(jià)值。1、通過(guò)分析探究試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，能夠得出牛頓其次定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并精確?????表達(dá)牛頓其次定律的內(nèi)容，培育同學(xué)分析數(shù)據(jù)、從數(shù)據(jù)獵取規(guī)律的力量。2、能依據(jù)1N的定義，理解牛頓其次定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是如何從F=kma變成F=ma的，體會(huì)單位的產(chǎn)生過(guò)程。3、能夠從合力與加速度的同時(shí)性、矢量性等方面理解牛頓其次定律，理解牛頓其次定律是連接運(yùn)動(dòng)與力之間關(guān)系的橋梁。4、會(huì)運(yùn)用牛頓其次定律分析和處理實(shí)際生活中的簡(jiǎn)潔問(wèn)題，體會(huì)物理的有用價(jià)值，培育同學(xué)關(guān)注生活、關(guān)注實(shí)際的態(tài)度。002預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)學(xué)問(wèn)：一、牛頓其次定律的表達(dá)式1．內(nèi)容：物體加速度的大小跟它受到的作用力成、跟它的質(zhì)量成，加速度的方向跟作用力的方向。2．表達(dá)式F＝，其中力F指的是物體所受的。二、力的單位1．力的國(guó)際單位：牛頓，簡(jiǎn)稱，符號(hào)為N。2．“牛頓”的定義：使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力叫作1N，即1N＝。3．公式F＝kma中k的取值(1)k的數(shù)值取決于F、m、a的單位的選取。(2)在質(zhì)量的單位取kg，加速度的單位取m/s2，力的單位取N時(shí)，F(xiàn)＝中的k＝，此時(shí)牛頓其次定律可表示為F＝。留意：實(shí)際物體所受的力往往不止一個(gè)，式中F指的是物體所受的合力。（二）即時(shí)練習(xí)：【小試牛刀1】如圖所示，在光滑的水平桌面上，有一個(gè)靜止的物體，給物體施以水平作用力，在力作用到物體上的瞬間，則()A．物體同時(shí)具有加速度和速度B．物體馬上獲得加速度，速度仍為零C．物體馬上獲得速度，加速度仍為零D．物體的速度和加速度均為零【小試牛刀2】如圖所示，物塊1、2間用剛性輕質(zhì)桿連接，物塊3、4間用輕質(zhì)彈簧相連，物塊1、3質(zhì)量為m，2、4質(zhì)量為M，兩個(gè)系統(tǒng)均置于水平放置的光滑木板上，并處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)將兩木板沿水平方向突然抽出，設(shè)抽出后的瞬間，物塊1、2、3、4的加速度大小分別為a1、a2、a3、a4.重力加速度大小為g，則有()A．a(chǎn)1＝a2＝a3＝a4＝0B．a(chǎn)1＝a2＝a3＝a4＝gC．a(chǎn)1＝a2＝g，a3＝0，a4＝eq\f(m＋M,M)gD．a(chǎn)1＝g，a2＝eq\f(m＋M,M)g，a3＝0，a4＝eq\f(m＋M,M)g【小試牛刀3】一物塊靜止在粗糙的水平桌面上．從某時(shí)刻開(kāi)頭，物塊受到一方向不變的水平拉力作用．假設(shè)物塊與桌面間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力．以a表示物塊的加速度大小，F(xiàn)表示水平拉力的大?。苷_描述F與a之間的關(guān)系的圖象是()003探究提升【問(wèn)題探究1】對(duì)牛頓其次定律的理解(1)公式F＝ma中，若F是合力，加速度a為物體的實(shí)際加速度；若F是某一個(gè)力，加速度a為該力產(chǎn)生的加速度。(2)a＝eq\f(F,m)是加速度的打算式，它揭示了物體產(chǎn)生加速度的緣由及影響物體加速度的因素。(3)F、m、a三個(gè)物理量的單位都為國(guó)際單位制時(shí)，才有公式F＝kma中k＝1，即F＝ma。牛頓其次定律的六共性質(zhì)性質(zhì)理解因果性力是產(chǎn)生加速度的緣由，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的合力方向打算，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)消逝同體性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，即牛頓其次定律只適用于慣性參考系力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系【典型例題1】如圖，頂端固定著小球的直桿固定在小車上，當(dāng)小車向右做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，球所受合外力的方向沿圖中的()A．OA方向 B．OB方向C．OC方向 D．OD方向【典型例題2】下列關(guān)于速度、加速度、合外力之間的關(guān)系，正確的是()A．物體的速度越大，則加速度越大，所受的合外力也越大B．物體的速度為0，則加速度為0，所受的合外力也為0C．物體的速度為0，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大D．物體的速度很大，但加速度可能為0，所受的合外力可能很大【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】（多選）中國(guó)高速鐵路最高運(yùn)行時(shí)速350km，被譽(yù)為中國(guó)“新四大創(chuàng)造”之一、幾年前一位來(lái)中國(guó)旅行的瑞典人在網(wǎng)上發(fā)了一段視頻，高速行駛的列車窗臺(tái)上，放了一枚直立的硬幣，如圖所示。在列車行駛的過(guò)程中，硬幣始終直立在列車窗臺(tái)上，直到列車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，硬幣才倒下。這一視頻證明白中國(guó)高鐵極好的穩(wěn)定性。關(guān)于這枚硬幣，下列推斷正確的是（）A．硬幣直立過(guò)程中，列車肯定做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．硬幣直立過(guò)程中，肯定只受重力和支持力，處于平衡狀態(tài)C．硬幣直立過(guò)程中，可能受到與列車行駛方向相同的摩擦力作用D．列車減速行駛時(shí)，硬幣受到與列車運(yùn)動(dòng)方向相反的摩擦力作用【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】如圖所示，在光滑的水平桌面上，有一個(gè)靜止的物體，給物體施以水平作用力，在力作用到物體上的瞬間，則()A．物體同時(shí)具有加速度和速度B．物體馬上獲得加速度，速度仍為零C．物體馬上獲得速度，加速度仍為零D．物體的速度和加速度均為零【問(wèn)題探究2】牛頓其次定律的簡(jiǎn)潔應(yīng)用1．牛頓其次定律的用途：牛頓其次定律是聯(lián)系物體受力狀況與物體運(yùn)動(dòng)狀況的橋梁。依據(jù)牛頓其次定律，可由物體所受各力的合力，求出物體的加速度；也可由物體的加速度，求出物體所受各力的合力。2．應(yīng)用牛頓其次定律解題的一般步驟(1)確定爭(zhēng)辯對(duì)象。(2)進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，畫出受力分析圖，明確運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程。(3)求出合力或加速度。(4)依據(jù)牛頓其次定律列方程求解。3．兩種依據(jù)受力狀況求加速度的方法(1)矢量合成法：若物體只受兩個(gè)力作用，應(yīng)用平行四邊形定則求這兩個(gè)力的合力，再由牛頓其次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力的方向。(2)正交分解法：當(dāng)物體受多個(gè)力作用時(shí)，常用正交分解法分別求物體在x軸、y軸上的合力Fx、Fy，再應(yīng)用牛頓其次定律分別求加速度ax、ay。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eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Fx＝max,Fy＝may。))【典型例題3】（多選）如圖所示，某旅游景點(diǎn)的傾斜索道與水平線夾角θ＝30°，當(dāng)載人車廂以加速度a斜向上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，人對(duì)車廂的壓力為體重的1.25倍，此時(shí)人與車廂相對(duì)靜止，設(shè)車廂對(duì)人的摩擦力為Ff，人的體重為G，下面正確的是()A．a(chǎn)＝eq\f(g,4)B．a(chǎn)＝eq\f(g,2)C．Ff＝eq\f(\r(3),3)GD．Ff＝eq\f(\r(3),4)G【典型例題4】為檢測(cè)某大路濕瀝青混凝土路面與汽車輪胎的動(dòng)摩擦因數(shù)，測(cè)試人員讓汽車在該大路水平直道行駛，當(dāng)汽車速度表顯示時(shí)緊急剎車（車輪抱死），車上人員用手機(jī)測(cè)得汽車滑行3.70s后停下來(lái)，g取，則測(cè)得約為（）A．0.2 B．0.3 C．0.4 D．0.5【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】(2021·高考全國(guó)甲卷)如圖，將光滑長(zhǎng)平板的下端置于鐵架臺(tái)水平底座上的擋板P處，上部架在橫桿上。橫桿的位置可在豎直桿上調(diào)整，使得平板與底座之間的夾角θ可變。將小物塊由平板與豎直桿交點(diǎn)Q處?kù)o止釋放，物塊沿平板從Q點(diǎn)滑至P點(diǎn)所用的時(shí)間t與夾角θ的大小有關(guān)。若由30°漸漸增大至60°，物塊的下滑時(shí)間t將（）A．漸漸增大 B．漸漸減小 C．先增大后減小 D．先減小后增大【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4】如圖所示，工人用繩索拉鑄件，鑄件的質(zhì)量是20kg，鑄件與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.25。工人用F＝80N的力拉動(dòng)鑄件，從靜止開(kāi)頭在水平面上前進(jìn)，繩與水平方向的夾角為α＝37°并保持不變，經(jīng)4s后松手(g取10m/s2，cos37°＝0.8，sin37°＝0.6)。求：(1)松手前鑄件的加速度大??；(2)松手后鑄件還能前進(jìn)的距離。【問(wèn)題探究3】瞬時(shí)加速度問(wèn)題1.問(wèn)題模型類別彈力表現(xiàn)形式彈力方向能否突變輕繩拉力沿繩收縮方向能橡皮條拉力沿橡皮條收縮方向不能輕彈簧拉力、支持力沿彈簧軸線方向不能輕桿拉力、支持力不確定能(1)輕繩、輕桿模型不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力，剪斷(或脫離)后，形變恢復(fù)幾乎不需要時(shí)間，故認(rèn)為彈力可以馬上轉(zhuǎn)變或消逝。(2)輕彈簧、橡皮條模型的形變量大，形變恢復(fù)需要較長(zhǎng)時(shí)間，在瞬時(shí)性問(wèn)題中，它們的自由端連接有物體時(shí)其彈力的大小不能突變，往往可以看成是不變的。2.兩個(gè)關(guān)鍵(1)分析瞬時(shí)前、后的受力狀況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)明確繩或線類、彈簧或橡皮條類模型的特點(diǎn)。3.“三個(gè)步驟”(1)分析原來(lái)物體的受力狀況。(2)分析物體在彈力發(fā)生突變時(shí)的受力狀況。(3)由牛頓其次定律列方程求解?！镜湫屠}5】如圖所示，質(zhì)量均為m的A和B兩球用輕彈簧連接，A球用細(xì)線懸掛起來(lái)，兩球均處于靜止?fàn)顟B(tài)，假如將懸掛A球的細(xì)線剪斷，此時(shí)A、B兩球的瞬時(shí)加速度為（）A．a(chǎn)A=0，aB=2g B．a(chǎn)A=2g，aB=0C．a(chǎn)A=0，aB=g D．a(chǎn)A=g，aB=0【典型例題6】如圖所示，細(xì)繩OA一端系在小球上，另一端固定在傾斜天花板上的A點(diǎn)，細(xì)繩OA恰好豎直；輕質(zhì)彈簧OB一端與小球連接，另一端固定在豎直墻上的B點(diǎn)，輕質(zhì)彈簧OB恰好水平，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)。將細(xì)繩剪斷的瞬間，小球的加速度（）A．方向沿BO方向B．方向沿OB方向 C．方向豎直向下 D．方向沿右下方【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練5】如圖，傾角為α=30°的斜面固定在水平地面上，斜面上有兩個(gè)質(zhì)量分別為m和2m的小球A、B，它們用勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧連接，彈簧軸線與斜面平行。現(xiàn)對(duì)A施加一水平向右、大小為F的恒力，使A、B在斜面上都保持靜止，假如斜面和兩個(gè)小球間的摩擦均忽視不計(jì)，此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則下列說(shuō)法正確的是（）A．恒力B．彈簧的原長(zhǎng)為C．小球A對(duì)斜面的壓力大小為D．撤去恒力F后的瞬間小球B的加速度為2g【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練6】（多選）如圖所示，A、B、C三球的質(zhì)量均為m，輕質(zhì)彈簧一端固定在斜面頂端、另一端與A球相連，A、B間固定一個(gè)輕桿，B、C間由一輕質(zhì)細(xì)線連接。傾角為的光滑斜面固定在地面上，彈簧、桿與細(xì)線均平行于斜面，初始系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，細(xì)線被燒斷的瞬間，下列說(shuō)法正確的是（）A．A球的受力狀況未變，加速度為零B．A、B兩個(gè)小球的加速度均沿斜面對(duì)上，大小均為C．A、B之間桿的拉力大小為D．C球的加速度沿斜面對(duì)下，大小為004體系構(gòu)建課堂小結(jié)：005記憶清單一、對(duì)牛頓其次定律的理解（1）物體的加速度大小不變，則物體不肯定受恒力作用。由于F=ma是矢量式，加速度大小不變，方向有可能變化，故（2）物體受到幾個(gè)力共同作用時(shí)，每個(gè)力各自獨(dú)立地使物體產(chǎn)生一個(gè)加速度，就像其他力不存在一樣,這共性質(zhì)叫作力的獨(dú)立作用原理。牛頓其次定律的獨(dú)立性是后面講解正交分解法求合力、求加速度的依據(jù)。（3）合外力與速度無(wú)關(guān)，與加速度有關(guān)。速度變大或變小由加速度(合外力)與速度的方向打算，速度與加速度力向相同時(shí)，物體做加速運(yùn)動(dòng),反之，則做減速運(yùn)動(dòng)。（4）物體所受的合外力和物體的速度沒(méi)有直接關(guān)系.有力必有加速度,合外力為零時(shí)，加速度為零，但此時(shí)速度不肯定為零，同樣速度為零時(shí)，加速度不肯定為零，即合外力不肯定為零.二、瞬時(shí)加速度的求解1.輕繩（或接觸面）不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力，剪斷（或脫離）后,其彈力馬上消逝，不需要時(shí)間恢復(fù)形變。2．輕桿（1）輕桿的質(zhì)量為零.（2）輕桿的受力特點(diǎn)=1\*GB3①輕桿的彈力不肯定沿著桿.具體方向與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、桿與物體的連接方式有關(guān)；=2\*GB3②桿既可以對(duì)物體產(chǎn)生拉力，也可以對(duì)物體產(chǎn)生推力;=3\*GB3③當(dāng)輕桿的一端連著轉(zhuǎn)軸或鉸鏈時(shí)彈力肯定沿著桿。3.輕彈簧（或橡皮繩）兩端同時(shí)連接（或附著）有物體的彈簧（或橡皮繩）,特點(diǎn)是形變量大，其恢復(fù)形變需要較長(zhǎng)時(shí)間,在瞬時(shí)性問(wèn)題中,其彈力的大小往往可以看成保持不變.00601強(qiáng)化訓(xùn)練1.（2023全國(guó)甲卷）一小車沿直線運(yùn)動(dòng)，從t=0開(kāi)頭由靜止勻加速至t=t1時(shí)刻，此后做勻減速運(yùn)動(dòng)，到t=t2時(shí)刻速度降為零在下列小車位移x與時(shí)間t的關(guān)系曲線中，可能正確的是（）A. B.C. D.2.（2023全國(guó)甲卷）用水平拉力使質(zhì)量分別為、的甲、乙兩物體在水平桌面上由靜止開(kāi)頭沿直線運(yùn)動(dòng)，兩物體與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為和。甲、乙兩物體運(yùn)動(dòng)后，所受拉力F與其加速度a的關(guān)系圖線如圖所示。由圖可知（）A. B. C. D.3．（2020·江蘇·高考真題）中歐班列在歐亞大陸開(kāi)拓了“生命之路”，為國(guó)際抗疫貢獻(xiàn)了中國(guó)力氣。某運(yùn)送防疫物資的班列由40節(jié)質(zhì)量相等的車廂組成，在車頭牽引下，列車沿平直軌道勻加速行駛時(shí)，第2節(jié)對(duì)第3節(jié)車廂的牽引力為F。若每節(jié)車廂所受摩擦力、空氣阻力均相等，則倒數(shù)第3節(jié)對(duì)倒數(shù)第2節(jié)車廂的牽引力為（）A．F B． C． D．4.（2022·全國(guó)·高考真題）如圖，一不行伸長(zhǎng)輕繩兩端各連接一質(zhì)量為m的小球，初始時(shí)整個(gè)系統(tǒng)靜置于光滑水平桌面上，兩球間的距離等于繩長(zhǎng)L。一大小為F的水平恒力作用在輕繩的中點(diǎn)，方向與兩球連線垂直。當(dāng)兩球運(yùn)動(dòng)至二者相距時(shí)，它們加速度的大小均為（）A． B． C． D．5．如圖所示x、y、z為三個(gè)物塊，K為輕質(zhì)彈簧，L為輕線，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)若將L突然剪斷，用ax、ay分別表示剛剪斷時(shí)x、y的加速度，則有（）A．a(chǎn)x=0、ay=0 B．a(chǎn)x=0、ay≠0C．a(chǎn)x≠0、ay≠0 D．a(chǎn)x≠0、ay=06.如圖所示，吊籃P用細(xì)線懸掛在天花板上，與P質(zhì)量相同的物體Q被固定在吊籃中的輕彈簧上端，保持靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)懸掛吊籃的細(xì)線被剪斷的瞬間，吊籃P與物體Q的加速度分別為(重力加速度為g)()A.aP=gaQ=g B.aP=2gaQ=0C.aP=2gaQ=g D.aP=gaQ=07.如圖甲、乙所示，質(zhì)量為m的小球均處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)將細(xì)線L2剪斷，則剪斷L2的瞬間()甲乙A.甲圖小球加速度為a=gsinθ，垂直L1斜向下方B.乙圖小球加速度為a=gsinθ，垂直L1斜向下方C.甲圖小球加速度為a=gtanθ，水平向右D.乙圖小球加速度為a=gtanθ，水平向左8.一質(zhì)量為1kg的物體，在5個(gè)共點(diǎn)力的作用下保持靜止。若同時(shí)撤去其中大小分別為6N和5N的兩個(gè)力，其余的力保持不變，則此時(shí)該物體的加速度大小不行能為()A.13m/s2 B.8m/s2C.3m/s2 D.2m/s29.底板光滑的小車上有一個(gè)質(zhì)量為1kg的木塊，其兩頭用兩個(gè)完全相同的最大測(cè)量值均為20N的彈簧測(cè)力計(jì)甲和乙系住。小車在水平地面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，這兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)均為10N。當(dāng)小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)力計(jì)甲的示數(shù)變?yōu)?N，這時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小是()A.2m/s2 B.4m/s2C.6m/s2 D.8m/s210.（2023山東卷）質(zhì)量為M的玩具動(dòng)力小車在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引力F和受到的阻力f均為恒力，如圖所示，小車用一根不行伸長(zhǎng)的輕繩拉著質(zhì)量為m的物體由靜止開(kāi)頭運(yùn)動(dòng)。當(dāng)小車拖動(dòng)物體行駛的位移為時(shí)，小車