2018高中物理第四章牛顿运动定律4.3牛顿第二定律2课件新人教版必修1.ppt

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1、3 牛顿第二定律,主题1 牛顿第二定律 研读教材自主认知 1.牛顿第二定律： (1)内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成_,跟它的质量 成_,加速度的方向跟作用力的方向_。 (2)表达式：F=_,其中F为物体所受的_。,正比,反比,相同,ma,合力,2.力的单位： (1)公式F=ma成立的条件：单位必须统一为_单位制中相应的单 位。 (2)力的国际单位：国际单位制中,力的单位是_,符号是_,使质 量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力,称为1N,即1N=_。,国际,牛顿,N,1kgm/s2,合作探究核心归纳 如图所示,质量为m的物体置于光滑水平面上,同时受到水平力F的作用。,试结合上述

2、情景讨论下列问题： (1)物体此时受哪些力的作用? 提示：物体此时受三个力的作用,分别是重力、支持力、水平力F。 (2)每一个力是否都产生加速度? 提示：由“力是产生加速度的原因”知,每一个力都应产生加速度。,(3)物体的实际运动情况如何? 提示：物体的实际运动是沿力F的方向以a= 加速运动。 (4)物体为什么会呈现这种运动状态? 提示：因为重力和支持力是一对平衡力,其作用效果相互抵消,此时作用于物体的合力相当于F。,(5)物体的加速度跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,表达式可写成F=kma,如何令比例系数k=1? 提示：F=kma中质量和加速度的单位分别用kg和m/s2,力的单位为k

3、gm/s2,即可令k=1,所以1N的含义为：使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度,所施加的力即为1N。 (6)公式F=ma中F是物体所受的某一个力还是合外力? 提示：F是物体受到的合外力。,(7)物体加速度的方向与合外力的方向有怎样的关系? 提示：物体加速度的方向与合外力的方向相同。 (8)外力需要对物体作用很短的一段时间,才会产生加速度,对吗? 提示：不对,加速度和合外力是同时产生的。,【归纳总结】牛顿第二定律的八个性质,过关小练即时应用 1.(多选)对于牛顿第二定律的公式F=kma的比例系数k的说法正确的是( ) A.k值是由研究对象来决定的 B.k值是由合外力来决定的 C.k值是由

4、力、质量和加速度的单位来决定的 D.在国际单位制中,k的数值取1,【解析】选C、D。国际单位制中关于力的单位的规定：1N=1kgm/s2。F=kma中的k值是由力、质量和加速度的单位来决定的,故C、D正确。,2.(多选)(2015信阳高一检测)如图所示,轻弹簧一端固定,另一端自由伸长时恰好到达O点,将质量为m(视为质点)的物体P与弹簧连接,并将弹簧压缩到A,由静止释放物体后,物体将沿水平面运动。最远能运动到B点,若物体与水平面的摩擦力不能忽略,则下列关于物体运动的说法中正确的是( ),A.从A到O速度不断增大,从O到B速度不断减小 B.从A到O速度先增大后减小,从O到B速度不断减小 C.从A到

5、O加速度先减小后增大,从O到B加速度不断增大 D.从A到O加速度不断减小,从O到B加速度不断增大 【解题指南】解答本题时,可参考以下思路：,【解析】选B、C。由A到O物体受力如图,由牛顿第二定律 kx-Ff=ma x减小、a减小,故物体先做a减小的加速运动。 kx=Ff时a=0,速度最大。 物体继续运动至O点, Ff-kx=ma,x减小,a增大,方向向左,与v反向,故物体做a增大的减速运动。故由A到O：a先减小后增大,速度先增大后减小。,由O到B物体受力如图由牛顿第二定律Ff+kx=ma x增大,a增大,方向向左,与v反向,故物体速度减小。,3.有经验的司机能通过控制油门使汽车做匀加速直线运动

6、,某品牌轿车连同司机在内总质量为m=1 500kg,当轿车受到大小为F1=500N的牵引力时恰好在水平路面上匀速行驶。现司机通过控制油门使轿车受到F2=2 000N的牵引力,从v0=5m/s开始加速。假设汽车运动时所受的阻力保持不变,试求：,(1)轿车运动过程中所受到的阻力大小。 (2)轿车做加速运动时的加速度大小。 (3)轿车开始加速后3s内通过的位移大小。 【解析】(1)轿车匀速运动时受力平衡,则： Ff=F1=500N,(2)由牛顿第二定律： F2-Ff=ma 则：a= 代入数据得：a=1m/s2 (3)轿车做匀加速运动的位移为：x=v0t+ at2 代入数据得：x=19.5m 答案：(

7、1)500N (2)1m/s2 (3)19.5m,【补偿训练】 1.静止在光滑水平面上的物体,受到一个水平拉力,在力刚开始作用的瞬间,下列说法中正确的是( ) A.物体立即获得加速度和速度 B.物体立即获得加速度,但速度仍为零 C.物体立即获得速度,但加速度仍为零 D.物体的速度和加速度均为零 【解析】选B。由牛顿第二定律的瞬时性可知,当力作用的瞬间即可获得加速度,但无速度,故B正确,A、C、D错误。,2.根据牛顿第二定律,下列叙述正确的是( ) A.物体加速度的大小跟它的质量和速度大小的乘积成反比 B.物体所受合外力必须达到一定值时,才能使物体产生加速度 C.物体加速度的大小跟它所受的作用力

8、中的任一个的大小成正比 D.当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时,物体水平加速度大小与其质量成反比 【解题指南】牛顿第二定律F=ma,物体的加速度由合外力和物体的质量共同决定。,【解析】选D。物体加速度的大小与物体受到的合力成正比,与物体的质量成反比,选项A错误;力是产生加速度的原因,只要有合力,物体就有加速度,它们之间有瞬时对应关系,不存在累积效应,选项B错误;物体加速度的大小与它受到的合力成正比,选项C错误;根据矢量的合成和分解,即Fx=max,选项D正确。,3.(2013新课标全国卷)一物块静止在粗糙的水平桌面上。从某时刻开始,物块受到一方向不变的水平拉力作用。假设物块与桌面间的最

9、大静摩擦力等于滑动摩擦力。以a表示物块的加速度大小,F表示水平拉力的大小。能正确描述F与a之间关系的图像是( ),【解析】选C。物块在水平方向上受到拉力和摩擦力的作用,根据牛顿 第二定律,有F-Ff=ma,即F=ma+Ff,该关系为线性函数。当a=0时,F=Ff; 当F=0时,a= 。符合该函数关系的图像为C。,【通法悟道】力、加速度、速度的动态分析思路 (1)物体所受合外力的方向决定其加速度的方向。 合力与加速度的大小关系是F=ma,只要有合力,不管速度是大还是小,或是零,都有加速度,只有合力为零时,加速度才能为零。 一般情况下,合力与速度无必然的联系,只有加速度与合力有必然的联系。 (2)

10、速度与加速度同向时,物体加速,反之减速。,(3)力与运动的关系。 力是改变物体运动状态的原因,即力加速度速度变化(运动状态变化)。 物体受到的合外力决定了物体当时加速度的大小,而加速度的大小决定了单位时间内速度变化量的大小。加速度大小与速度大小无必然的联系。,主题2 牛顿第二定律的应用 合作探究核心归纳情景1：如图甲所示,斜面静止不动,物体沿斜面向上滑动。 情景2：如图乙所示,小车做匀加速运动,小球相对小车静止。 情景3：如图丙所示,在粗糙水平面上的物体在斜向上的拉力作用下做匀加速运动。,试结合上述情景,讨论下列问题： (1)如果物体受几个力的共同作用,求物体的加速度有哪些方法? 提示：方法一

11、：先求物体所受几个力的合力,再求合力产生的加速度。 方法二：先求每个力产生的加速度,再将每个力产生的加速度矢量合成。 (2)物体所受合外力增大时,加速度一定增大吗? 提示：一定增大。物体的加速度和合外力是瞬时对应关系,合外力增大,加速度一定增大。,(3)常用的求合力的方法有哪些? 提示：合成法：当物体只受两个力的作用时,直接应用平行四边形定则求这两个力的合力。 正交分解法：当物体受多个力的作用时,可以规定合力的方向(即沿加速度)为x轴方向,垂直于合力的方向(即垂直于加速度)为y轴的方向,将所有不在这两个方向上的力沿这两个相互垂直的方向分解,则在x轴方向各力的分力分别为F1x、F2x、F3x在y

12、轴方向各力的分力分别为F1y、F2y、F3y求出这两个方向上的合力,就是所有力的合力。,【归纳总结】 1.应用牛顿运动定律的常用方法： (1)合成法。 若物体只受两个力作用而产生加速度时,根据牛顿第二定律可知,利用平行四边形定则求出的两个力的合外力方向就是加速度方向。特别是两个力互相垂直或相等时,应用力的合成法比较简单。,(2)正交分解法。 当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时,常用正交分解法。通常是分解力,但在有些情况下分解加速度更简单。 分解力：一般将物体受到的各个力沿加速度方向和垂直于加速度方向分解,则F合x=ma(沿加速度方向),F合y=0(垂直于加速度方向)。 分解加速度：当物体

13、受到的力相互垂直而加速度不在这两个方向上时,沿这两个相互垂直的方向分解加速度,再应用牛顿第二定律列方程求解,则F合x=max,F合y=may(ax、ay分别为加速度a沿x、y坐标轴的分量)。,2.牛顿第二定律的瞬时性问题： (1)问题界定：牛顿第二定律是力的瞬时作用规律,加速度和力同时产生、同时变化、同时消失。分析物体在某一时刻的瞬时加速度,关键是分析该时刻前后物体的受力情况及其变化。 (2)两种基本模型。 刚性绳模型(细钢丝、细线、轻杆等)：这类形变的发生和变化过程时间极短,在物体的受力情况改变(如某个力消失)的瞬间,其形变可随之突变,弹力可以突变。,轻弹簧模型(轻弹簧、橡皮绳、弹性绳等)：

14、此类形变发生改变需要的时间较长,在瞬时问题中,其弹力的大小不能突变,可看成是不变的。,过关小练即时应用 1.(2014重庆高考)以不同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时,一个物体所受空气阻力可忽略,另一物体所受空气阻力大小与物体速率成正比,下列用虚线和实线描述两物体运动的v-t图像可能正确的是( ),【解析】选D。竖直上抛运动不受空气阻力,向上做匀减速直线运动至 最高点再向下做自由落体运动,v-t图像为倾斜向下的直线,四个选项 均正确表示;考虑阻力f=kv的上抛运动,上升中a上= ,随着v减 小,a上减小,对应v-t图像的斜率减小,选项A错误;下降中a下= , 随着v增大,a下继续减小

15、,而在最高点时v=0,a=g,对应v-t图与t轴的交 点,其斜率应该等于g,即过t轴交点的切线应该与竖直上抛运动的直线 平行,只有D选项满足,故选D。,2.(2015莱芜高一检测)如图所示,在光滑的水平面上,质量分别为m1和m2的木块A和B之间用轻弹簧相连,在大小为F的拉力作用下做匀加速直线运动。某时刻突然撤去拉力F,此瞬时A和B的加速度大小分别为a1和a2,则有( ),【解析】选D。据题意，在F拉力作用下，A和B的加速度相同，即 aAB= ，弹簧弹力为：T= ；当撤去拉力F后木块A和B在 水平方向上都只受到弹力，此瞬间弹力保持原值，故木块A的加速度 为：a1= ；木块B的加速度为：a2= ，

16、故 选项D正确。,3.如图所示,一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上,L1的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为,L2水平拉直,物体处于平衡状态。现将L2剪断,求剪断L2的瞬间物体的加速度。,【解题指南】解答本题应明确以下三点： (1)L2的弹力突变为零。 (2)L1的弹力发生突变。 (3)小球的加速度方向垂直于L1斜向下。,【解析】细线L2被剪断的瞬间,因细线L2对物体的弹力突然消失,而引起L1上的张力发生突变,使物体的受力情况改变,小球受力如图所示,瞬时加速度垂直L1斜向下方,大小为答案：gsin,方向垂直于L1斜向下,【互动探究】在上题中,若将图中的细线L1换成长度相同(

17、接物体后)、质量不计的轻弹簧,如图所示,其他条件不变,求剪断L2的瞬间物体的加速度。,【解析】当L2被剪断时,细线L2对物体的弹力突然消失,而 弹簧的形变还来不及变化(变化要有一个过程,不能突变), 受力如图所示,因而弹簧的弹力不变,它与重力的合力和细 线L2对物体的弹力是一对平衡力,等大反向,所以细线L2被 剪断的瞬间,物体加速度的大小为a= =gtan,方向水平向右。 答案：gtan,方向水平向右,【补偿训练】 1.(多选)(2015中山高一检测)如图所示,当小车向右加速运动时,物块M相对车厢静止于竖直车厢壁上,当车的加速度增大时( ) A.M受静摩擦力增大 B.M对车厢壁的压力不变 C.

18、M仍相对于车厢静止 D.M受静摩擦力不变,【解析】选C、D。对M受力分析如图所示,由于M相对车厢静止,则f=Mg,FN=Ma,当a增大时,FN增大,f不变,故C、D正确。,2.如图所示,电梯与水平面夹角为30,当电梯加速向上运动时,人对梯面的压力是其重力的 ,人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍?,【解析】对人受力分析,人受到重力mg、支持力FN、摩擦力Ff(摩擦力方向一定与接触面平行,由加速度的方向推知,Ff水平向右)的作用。建立直角坐标系：取水平向右(即Ff的方向)为x轴正方向,竖直向上为y轴正方向。此时只需分解加速度,其中ax=acos30,ay=asin30(如图)。根据牛顿第二定律有,

19、x方向：Ff=max=macos30 y方向：FN-mg=may=masin30 又有FN= mg 联立式,解得：Ff= mg 所以人与梯面间的摩擦力是其重力的 倍。 答案：,3.如图所示,沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中,悬挂小球的悬线偏离竖直方向37角,球和车厢相对静止,球的质量为1kg(g取10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8)。 (1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况。 (2)求悬线对球的拉力。,【解析】法一：合成法 (1)小球和车厢相对静止,它们的加速度相同。以小球为研 究对象,对小球进行受力分析如图所示,小球所受合力F合= mgtan37,由牛顿第二定律得小

20、球的加速度为a= =gtan37= g=7.5m/s2,加速度方向水平向右。 车厢的加速度与小球相同,车厢做的是向右的匀加速运动或向左的匀减速运动。 (2)由图可知,悬线对球的拉力大小为F= =12.5N。,法二：正交分解法 (1)建立直角坐标系如图所示, 正交分解各力,根据牛顿第二定律列方程得x方向Fx=ma, y方向Fy-mg=0 即Fsin37=ma,Fcos37-mg=0 化简解得a= g=7.5m/s2,加速度方向水平向右。 车厢的加速度与小球相同,车厢做的是向右的匀加速运动或向左的匀减速运动。 (2)F= =12.5N。,答案：(1)7.5m/s2,方向水平向右 车厢可能向右做匀加

21、速直线运动或向左做匀减速直线运动 (2)12.5N,【通法悟道】整体法与隔离法在牛顿第二定律中的应用 (1)整体法。 一般当系统中各物体的加速度相同时,我们可以把系统内的所有物体看成一个整体,这个整体的质量等于各物体的质量之和。当整体受到的外力F已知时,可用牛顿第二定律求出整体的加速度,这种处理问题的思维方法叫作整体法。,(2)隔离法。 从研究的方便出发,当求系统内物体间相互作用的内力时,常把某个物体从系统中“隔离”出来进行受力分析,依据牛顿第二定律列方程,这种处理连接体问题的思维方法叫作隔离法。 (3)外力和内力。 如果以物体系统为研究对象,受到系统之外的物体的作用力,这些力是该系统受到的外力,而系统内各物体间的相互作用力为内力。应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力。如果把某物体隔离出来作为研究对象,则内力将转换为隔离体的外力。,