高一物理牛顿第二定律.ppt

牛 顿 第 二 定 律 1、牛顿第二定律的实验过程 2、牛顿第二定律的推导及意义 3、牛顿第二定律的运用 1、什么是物体运动状态的改变？其原因是 什么？ 2、物体运动状态改变除了与力有关，还与 哪些因素有关？ 复习思考： 物体运动状态的改变指的是物体的速度 发生了变化；其原因是受到了力的作用 还与质量有关 物体运动状态发生改变 速度发生了改变 产生了加速度 实质 实质 与力和质量有关 1、力是使物体产生加速度的原因。 决定物体加速度大小 的因素有哪些？ 2、质量是物体惯性大小的量度， 质量越大的物体运动状态越难改变 。 复习 物体的加速度与什么有关？ 回顾：我们是怎样研究电流与电 压和电阻的关系？ 控制变量法 设计实验 物体的质 量m和物体受的外力F。 物体加速度a与F 质量m是什么关系呢 ？ 猜想？ 实验装置如图： 可加减砝码改变小车和 砝码的总质量 可加减钩码改变小车和 砝码所受的力 1、 控制变量m.探讨加速度a与F的关系 原理：如图示 s1 s2 F1 F2 F1=2 F2在相 同的时间内 s1= a1t2 s2 = a2t2 S1/ s2=a1/a2 测量s1 s2 1、质量m一定，加速度a与力F的关系 第二次 第一次 加速度 (m/s2) 位移 (m) 时间 (s) 力 (N) 质量 (kg) 1、质量m一定，加速度a与力F的关系 第二次 第一次 加速度 (m/s2) 位移 (m) 时间 (s) 力 (N) 质量 (kg) 0.20.09820.980.49 1、质量m一定，加速度a与力F的关系 第二次 第一次 加速度 (m/s2) 位移 (m) 时间 (s) 力 (N) 质量 (kg) 0.20.09820.980.49 实验结论： 质量一定，即 1、质量m一定，加速度a与力F的关系 第二次 第一次 加速度 (m/s2) 位移 (m) 时间 (s) 力 (N) 质量 (kg) 0.20.09820.980.49 0.20.19621.960.98 实验看到： 质量一定，加速度与力成正比，即a=kF 2、质量F一定，加速度a与m的关系 第二次 第一次 加速度 (m/s2) 位移 (m) 时间 (s) 力 (N) 质量 (kg) 2、质量F一定，加速度a与m的关系 第二次 第一次 加速度 (m/s2) 位移 (m) 时间 (s) 力 (N) 质量 (kg) 0.40.19643.920.245 2、质量F一定，加速度a与m的关系 第二次 第一次 加速度 (m/s2) 位移 (m) 时间 (s) 力 (N) 质量 (kg) 0.40.19643.920.245 2、质量F一定，加速度a与力m的关系 第二次 第一次 加速度 (m/s2) 位移 (m) 时间 (s) 力 (N) 质量 (kg) 0.40.243.920.245 0.80.241.960.1225 实验结论： 所受外力一定，即 实验看到： 所受外力一定，加速度与质量成反比，即 实验1：小车的质量相同时，研究小车的拉力与加速度的关系： 根据 1 2 a t2S = 在相同的时间 t 内 s1 s2 = a1 a2 = 2拉力 F1 F2 = 2 F2 故 s1 s2 = a1 a2 F1 = 对于质量相同的物体来说，物体的加速度跟作用在物休上的外 力成正比并可表述为： F2 a2 a1 F1 = 实验2：控制变量F,小车的拉力相同时，研究小车的 质量与加速度的关系： m2=2m1, s1/s2=a1/a2 测量s1 ，s2 实验表明：s1=2s2 实验表明： s1/s2=2/1 m2 m1 = s1 s2 = a1 a2 故 根据 1 2 a t2S = 在相同的时间 t 内 s1 s2 = a1 a2 = 2 在相同力的作用下，物体的加速度跟物体的质量成反比， 可表示为： m2 m1 = a1 a2 练习： 1、质量为 m 的物体在力F的作用下产生的加速度为 a ，那么要使 物体的加速度变为原来的2倍，则应_。质量减半或者F加倍 由以上两个实验可知物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的 质量成比。 a F m 或者Fma 进一步可以将表达式改为：F = k ma 其中 k 为比例常数，当所有物理量均取国际单位（即：力的 单位取 N ，质量单位取 kg ，加速度单位取 m/s2 ）时： k =1，此时关系式变为： F =ma 此即为牛顿第二定律的数学表达式。 a1F1 分析： F2 a2 =由 可将力 F 加倍 m2 m1 = a1 a2 由可将质量减半 F a= m 思考： 1、在牛顿第二定律的表达式 F = ma 中，哪些是矢量，哪些是标量？ m 是标量，F 和 a 是矢量。 2、在这两个矢量中它们的关系是怎么样？ “力是产生加速度的原因”，即物体受力方向决定物体的加速度方向 。故力 F 的方向和加速度 a 的方向是一致的。 3、一辆小汽车的质量 m1=8.0102kg ，所载乘客的质量是 m2=2.0102kg ，用同样大小的牵引力，如果不载人时小汽车产生的 加速度是a1=1.5 m/s2，载人时产生的加速度a2是多少（忽略阻力） 解：由牛顿第二定律： F = ma 可知牵引力的大小 F = m1 a1 = 8.0102 1.5 =1.2 103N 由于载人和不载人时牵引力是同样大的,故： a2 = F m2+m1 =1.2 m/s2 注意事项: 1.矢量性:(a与F合方向相同) 2.瞬时性:(a与F合 同时产生,同时消失,同时变化) 3.同体性:( a与F合 , m都属于同一物体，既研究对象统一性） 4.独立性:(X方向的合外力产生X轴方向的加速度 ,Y方向的合外产生Y轴方向的加速度, Fx=max Fy=may a2=a2x+a2y 此前我们所讲述的是物体只受到一个力作用的情况，物体受几 个力作用时，牛顿第二定律公式 F = ma 中的 F 表示合力，这样我 们可以把牛顿第二定律进一步表述为： 一个物体质量是2kg，受到互成1200角的两个力 F1 = 10 N 和 F2 = 10 N 的共同作用，这个物体产 生的加速度是多大？ F合 F2 F1 解法1：先由平行四边形法则可知， F1、 F2、F合 构成 了一个等边三角形，故 F合 =10 N a = F合 /m =10/2 = 5 m/s2 物体的加速度跟物体所受的合力成正比，跟物 体的质量成反比加速度的方向跟合力的方向相 同。即 F合 = ma 练习： 解法2：先分别求出 F1、 F2 产生 的加速度a1、 a2 再根据平行四边 形法则求 a1、 a2 的合加速度a合 a1 = F1/m =10/2 = 5 m/s2 a2 = F2/m =10/2 = 5 m/s2 由于加速度的方向与力的方向一至，故a1、 a2也成 1200角a1、 a2、a合 构成了一个等边三角形，故 a合 =5 m/s2 a合 a2 a1 应用举例 例1、从牛顿第二定律知道，无论怎样小的 力都可以使物体产生加速度。可是我们用力 提一个很重的物体时却提不动它，这跟牛顿 第二定律有无矛盾？为什么？ 答：没有矛盾，由公式F合=ma看，F合为合 外力，无论怎样小的力都可以使物体产生加 速度，这个力应是合外力。现用力提一很重 的物体时，物体仍静止，说明合外力为零。 由受力分析可知F+N-mg=0。 例2、下列说法中正确的是（ ） A物体所受合外力越大，加速度越大。 B物体所受合外力越大，速度越大。 C物体在外力作用下做匀加速直线运动，当 合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。 D物体的加速度大小不变一定受恒力作用 根据牛顿第二定律，物体受的合外力决定了物体 的加速度。而加速度大小和速度大小无关。所以 ，B说法错误。 例2、下列说法中正确的是（ ） A物体所受合外力越大，加速度越大。 B物体所受合外力越大，速度越大。 C物体在外力作用下做匀加速直线运动，当 合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。 D物体的加速度大小不变一定受恒力作用 加速度是矢量，其方向与合外力方向一致。加速 度大小不变，若方向发生变化时，合外力方向必 然变化。D说法错。 答案：A 例2、下列说法中正确的是（ ） A物体所受合外力越大，加速度越大。 B物体所受合外力越大，速度越大。 C物体在外力作用下做匀加速直线运动，当 合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。 D物体的加速度大小不变一定受恒力作用 应用举例 练习： 1、 一质量为1Kg的物体只受到两个大小米2N和3N的共点力作用， 则这个物体运动的加速度的范围是_。 分析：合力 F合的范围 1N F合5N所以加速度 a 的范围 1N 1kg 5N 1kg a 1 m/s2 a 5 m/s2 2、25N的力作用在一个物体上，能使它产生 2 m/s2的加速度， 则要使它产生 5 m/s2的加速度，作用力为_ 。 分析：由于是同一个物体，故质量不变。先可以由F1 = 25N和 加速度 a1 = 2 m/s2 求出质量 m = F1 a1 25 2 = = 12.5 kg 再由 F2 = ma 求出作用力 F2 = ma2 =12.55 = 62.5N 62.5N 1.质量为m的物体放在粗糙水平面上受水平F时产生 加速度为a1 ,当水平力为2F时,加速度a2,关于a1 与a2 的关系正确的是： （ ） 解析:关键要考虑摩擦力f。 2.物体受几个力作用处于静止状态,若将其中一个力逐渐减小 到0,再逐渐恢复到原值,物体加速度和速度怎样变化? 答案:加速度先增大后减小,速度一直增大. A. a2 2a1 B. a2 2a1 C. a2 2a1 D. a1 a2 C 由a1 =(Ff)/m, a2 =(2Ff)/m 2(F f) =2 a1 思考：一力作用在质量m1 的物体上能产生3m/s2 , 该力作用在质量为m2的物体上能产生1.5 m/s2 的 加速度,若将 m1 m2 合为一体能使它产生多大的加 速度? 以m1 为研究对象:F= m1 3则m1 =F/3 以m2 为研究对象:F= m2 1.5 则m2 =F/1.5 以整体为研究对象:F=(m1 m2 )a则 a=F/ (m1 m2 )=1 m/s2 分析指导: 1 、为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离已知 某高速公路的最高限速 v = 144 km/h 。假设前方车辆突然停止， 后车司机从发现这一情况，经操纵刹车，到汽车开始减速所经历 的时间（即反应时间）t = 0.50s 。刹车时汽车受到的阻力的大小F 为汽车重力的0.40倍。该高速公路上汽车间的距离 s 至少应为多少 （g = 10 m/s2） t = 0.50s 匀速直线运动 F = 0.4mg 匀减速直线运动 v = 144 km/h s1 s2 分析：汽车间的距离 s = s1 s2 汽车在 s1 做匀速直线运动 s1 = v t 在s2 汽车做初速度 v0 = 144 km/h v t = 0 的匀减速直线运动 解： s1 = v t = 400.5 =20 m a = F m -0.4mg m = = -0.4g = -4 m/s2 S2 = 400 m