第3節(jié)　牛頓第二定律 課件

物理第四章運動和力的關系第3節(jié)牛頓第二定律[學習目標]1．知道牛頓第二定律的內(nèi)容、表達式的確切含義．(重點)2．知道國際單位制中力的單位“牛頓”是怎樣定義的．3．能應用牛頓第二定律解決簡單的動力學問題．(難點)01必備知識素養(yǎng)奠基02關鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達標知識點1牛頓第二定律的表達式1．牛頓第二定律的內(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．表達式：F＝______，式中k是比例系數(shù)，F(xiàn)指的是物體所受的______．3．物理意義：牛頓第二定律不僅闡述了力、質(zhì)量和加速度三者數(shù)量間的關系，還明確了加速度的方向與力的方向一致．正反相同kma合力[判一判]1．(1)由牛頓第二定律可知，加速度大的物體所受的合外力一定大．(

)(2)牛頓第二定律說明了質(zhì)量大的物體其加速度一定小．(

)(3)任何情況下，物體的加速度的方向始終與它所受的合外力方向一致．(

)×√×[想一想]1．(1)如圖甲所示，賽車車手要想贏得比賽，除了賽車手的技術高超外，賽車本身也是贏得比賽的關鍵．要想使賽車啟動獲得較大的加速度，該如何設計賽車？為什么？

甲(2)如圖乙所示，用一個力推大石頭，沒有推動，大石頭沒有產(chǎn)生加速度，為什么？要使大石頭產(chǎn)生加速度應該滿足什么條件？

乙提示：(1)設計賽車時要有大的加速度，一方面需要有強大動力的發(fā)動機，另一方面在保障安全的前提下減小賽車的質(zhì)量．(2)大石頭沒有運動的原因是推力與摩擦力相等，大石頭受到的合外力為0，加速度為0.要使大石頭產(chǎn)生加速度，則應加大推力，推力大于摩擦力時，合外力不為0，才能產(chǎn)生加速度．知識點2力的單位1．比例系數(shù)k的意義(1)在F＝kma中，k的數(shù)值取決于F、m、a的單位的選取．(2)在國際單位制中k＝______，牛頓第二定律的數(shù)學表達式為______，式中F、m、a的單位分別為______、______、______．1F＝maNkgm/s22．國際單位：力的單位是______，簡稱______，符號______．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＝____________．牛頓牛N1

kg·m/s2[判一判]2．關于牛頓第二定律表達式F＝kma中的比例系數(shù)k.(1)力F的單位用N時等于1.(

)(2)在國際單位制中才等于1.(

)(3)加速度單位用m/s2時等于1.(

)×√×[想一想]2．取質(zhì)量的單位是千克(kg)，加速度的單位是米每二次方秒(m/s2)，根據(jù)牛頓第二定律中加速度與力、質(zhì)量的關系，我們應該怎樣確定力的單位？提示：表達式F＝kma中，k為比例系數(shù)，那么F的單位應該與ma的單位一致，即力的單位為kg·m/s2.1．(對牛頓第二定律的理解)(多選)關于牛頓第二定律，下列說法中正確的是(

)A．加速度和力的關系是瞬時對應關系，即a與F同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失B．物體只有受到力作用時，才有加速度，但不一定有速度C．任何情況下，加速度的方向總與合外力的方向相同，但與速度v的方向不一定相同D．當物體受到幾個力作用時，可把物體的加速度看成是各個力單獨作用所產(chǎn)生的分加速度的合成√√√解析：加速度與力的關系是瞬時對應關系，即a與F同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失，故A正確；力是產(chǎn)生加速度的原因，物體所受的合力不為0時，才有加速度，靜止的物體在合力作用瞬時立即產(chǎn)生加速度，而瞬時速度為零，故B錯誤；加速度是矢量，加速度方向與合外力的方向相同，也與物體速度變化的方向相同，但與速度v的方向不一定相同，故C正確；加速度是矢量，其合加速度滿足矢量合成的法則平行四邊形定則，即物體的加速度等于所受各力單獨作用在物體上時產(chǎn)生加速度的矢量和，故D正確．2．(對牛頓第二定律的理解)(多選)關于速度、加速度、合力的關系，下列說法正確的是(

)A．原來靜止在光滑水平面上的物體，受到水平推力的瞬間，物體立刻獲得加速度B．加速度的方向與合力的方向總是一致的，但與速度的方向可能相同，也可能不同C．在初速度為0的勻加速直線運動中，速度、加速度與合力的方向總是一致的D．合力變小，物體的速度一定變小√√√解析：力和加速度存在瞬時對應關系，則原來靜止在光滑水平面上的物體，受到水平推力的瞬間，物體立刻獲得加速度，A正確；加速度的方向與合力的方向總是一致的，加速度的方向與速度的方向可能相同，也可能不同，B正確；在初速度為0的勻加速直線運動中，加速度與合力的方向一致，速度與加速度方向一致，C正確；合力變小，加速度變小，若加速度和速度同向，則物體的速度仍然變大，D錯誤．3．(牛頓第二定律的應用)小孩從滑梯上滑下的運動可看作勻加速運動，第一次小孩單獨從滑梯上滑下，加速度為a1，第二次小孩抱上一只小狗后再從滑梯上滑下(小狗不與滑梯接觸)，加速度為a2，則(

)A．a(chǎn)1＝a2B．a(chǎn)1<a2C．a(chǎn)1>a2D．無法判斷a1與a2的大小√解析：設小孩的質(zhì)量為m，與滑梯的動摩擦因數(shù)為μ，滑梯的傾角為θ，小孩下滑過程中受到重力mg、滑梯的支持力N和滑動摩擦力f，根據(jù)牛頓第二定律得：mgsinθ－f＝ma，N＝mgcosθ，又f＝μN，聯(lián)立得：a＝g(sinθ－μcosθ)，可見，加速度a與小孩的質(zhì)量無關，則當?shù)诙涡『⒈弦恢恍」泛笤購幕萆匣聲r，加速度與第一次相同，即有a1＝a2.4．(牛頓第二定律的應用)(多選)質(zhì)量為1kg的物體受到2N的水平拉力作用從靜止開始沿光滑水平面運動．下列說法正確的是(

)A．物體的加速度大小為1m/s2B．物體的加速度大小為2m/s2C．運動1s時間，物體的速度大小為2m/sD．運動1s時間，物體的速度大小為

4m/s√√解析：根據(jù)牛頓第二定律，可得F＝ma，代入數(shù)據(jù)，解得a＝2m/s2，A錯誤，B正確；根據(jù)速度時間公式，可得v＝at，代入數(shù)據(jù)，可得運動1s時間，物體的速度大小為v＝2m/s，D錯誤，C正確．探究一對牛頓第二定律的理解【情景導入】1．加速度方向取決于合力方向還是速度方向？2．你了解賽車嗎？如圖所示是一輛方程式賽車，車身結(jié)構(gòu)一般采用碳纖維等材料進行輕量化設計，比一般小汽車的質(zhì)量小得多，而且還安裝了功率很大的發(fā)動機，可以在4～5s的時間內(nèi)從靜止加速到100km/h.你知道為什么要使賽車具備質(zhì)量小、功率大兩個特點嗎？提示：1．加速度方向取決于合力的方向．如圖所示，光滑水平面上物體受一大小不變、方向向右的力F1的作用，物體的加速度a1方向向右．一段時間后，只改變F1的方向，即改為向左，這時物體速度v的方向向右，但是加速度的方向向左．2．賽車的質(zhì)量小，賽車的運動狀態(tài)容易改變；功率大，可以為賽車提供較大的動力．因此，這兩大特點可以使賽車提速非?？?加速度大)．1．對表達式F＝ma的理解(1)單位統(tǒng)一：表達式中F、m、a三個物理量的單位都必須是國際單位．(2)F的含義：F是合力時，加速度a指的是合加速度，即物體的加速度；F是某個力時，加速度a是該力產(chǎn)生的加速度．2．牛頓第二定律的六個性質(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性質(zhì)理解瞬時性加速度與合外力是瞬時對應關系，同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失同體性F＝ma中F、m、a都是對同一物體而言的獨立性作用在物體上的每一個力都產(chǎn)生加速度，物體的實際加速度是這些加速度的矢量和相對性物體的加速度是相對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【例1】如圖所示，在粗糙的水平桌面上，有一個物體在水平力F作用下向右做勻加速直線運動．現(xiàn)在使力F逐漸減小直至為零，但方向不變，則該物體在向右運動的過程中，加速度

a和速度

v的大小變化為(

)A．a(chǎn)不斷減小，v不斷增大B．a(chǎn)不斷增大，v不斷減小C．a(chǎn)先增大再減小，v先減小再增大D．a(chǎn)先減小再增大，v先增大再減小√[解析]

物體在豎直方向受到重力和支持力，二力平衡，合力在水平方向上．水平方向物體受到水平力F和滑動摩擦力，摩擦力不變，力F方向不變，在F逐漸減小到等于摩擦力的過程中，合力減小，但合力方向與速度方向一致，速度一直增大，即物體做加速度減小的加速運動；力F從等于摩擦力再減小直至為零過程中，物體的合力又從零開始增大，但合力方向與速度方向相反，物體做減速運動，由牛頓第二定律可知，加速度大小與合力成正比，所以a先減小再增大，v先增大再減小，D正確．[針對訓練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)對物體作用一水平恒力，在彈簧被壓縮到最短的這一過程中，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√解析：力F作用在A上的開始階段，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F＝kx以后，隨物體A向左運動，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，C正確．探究二牛頓第二定律的應用【情景導入】1．如何理解加速度與合力的瞬時對應關系？2．如圖所示，籃球離開手后的瞬間，這樣畫籃球的受力和加速度對嗎？(不計空氣阻力)提示：1.合力隨時間改變時，加速度也隨時間改變．2．受力正確，加速度錯誤，加速度方向應豎直向下．1．應用牛頓第二定律解題的一般步驟2．兩種“模型”

“繩”或“線”類“彈簧”或“橡皮筋”類不同只能承受拉力，不能承受壓力彈簧既能承受拉力，也能承受壓力；橡皮筋只能承受拉力，不能承受壓力將繩和線看作理想化模型時，無論受力多大(在它的限度內(nèi))，繩和線的長度都不變，但繩和線的張力可以發(fā)生突變由于彈簧和橡皮筋受力時，其形變較大，形變恢復需經(jīng)過一段時間，所以彈簧和橡皮筋的彈力不可以突變相同質(zhì)量和重力均可忽略不計，同一根繩、線、彈簧或橡皮筋兩端及中間各點的彈力大小相等3.解決此類問題的基本方法(1)分析原狀態(tài)(給定狀態(tài))下物體的受力情況，求出各力大小(若物體處于平衡狀態(tài)，則利用平衡條件；若處于加速狀態(tài)，則利用牛頓第二定律)．(2)分析當狀態(tài)變化時(燒斷細線、剪斷彈簧、抽出木板、撤去某個力等)，哪些力變化，哪些力不變，哪些力消失(被剪斷的繩、彈簧中的彈力，發(fā)生在被撤去物接觸面上的彈力都是立即消失)．(3)求物體在狀態(tài)變化后所受的合外力，利用牛頓第二定律求出瞬時加速度．【例2】如圖所示，小車的頂棚上用繩線吊一小球，質(zhì)量為m＝1kg，車廂底板上放一個質(zhì)量為M＝3kg的木塊，當小車沿水平面勻加速向右運動時，小球懸線偏離豎直方向30°，木塊和車廂保持相對靜止，重力加速度g取10m/s2，求：(1)小車運動的加速度大??；(2)木塊受到的摩擦力大?。纠?】如圖所示，質(zhì)量為2kg的物體靜止放在水平地面上，已知物體與水平地面間的動摩擦因數(shù)為0.2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，現(xiàn)給物體施加一個與水平面成3