2019_20学年高中物理第四章3牛顿第二定律课件新人教版必修.pptx

3 牛顿第二定律,新知预习,自主检测,一、牛顿第二定律 1.内容:物体的加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度方向跟作用力的方向相同。 2.表达式:F=kma,式中F为物体所受的合力,k是比例系数。,二、力的单位 1.国际单位制中,力的单位是牛顿,符号N。 2.力的单位“牛顿”的含义:使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力,称为1 N,即1 N=1 kgm/s2。 3.比例系数k的含义:根据F=kma知,k= ,因此k在数值上等于使单位质量的物体产生单位加速度的力的大小。k的大小由F、m、a三者的单位共同决定,如果三量分别取国际单位 N、kg、m/s2时,系数k=1,关系式简化为F=ma。,新知预习,自主检测,1.正误辨析 (1)由牛顿第二定律知,质量大的物体的加速度一定小。( ) 解析由牛顿第二定律知,合外力一定时,质量大的物体的加速度一定小。 答案 (2)物体的加速度大,说明它的合外力一定大。( ) 解析由牛顿第二定律知,质量相同时,加速度越大,合外力越大。 答案 (3)任何情况下,物体的合力方向一定与它的加速度方向相同。 ( ) 解析由牛顿第二定律知,物体的加速度方向总是与它的合力方向相同。 答案,新知预习,自主检测,(4)任何情况下,比例式F=kma中的k一定为1。 ( ) 解析只有在F、m、a三个量都取国际单位的情况下,比例式F=kma中的k才等于1。 答案 2.一个物体受到4 N的力作用时,产生的加速度是2 m/s2,那么这个物体在6 N的力作用下,产生的加速度大小是( ) A.1 m/s2 B.3 m/s2 C.5 m/s2 D.6 m/s2 答案B,新知预习,自主检测,3.关于牛顿第二定律,以下说法正确的是( ) A.由牛顿第二定律可知,加速度大的物体,所受的合外力一定大 B.牛顿第二定律说明了,质量大的物体,其加速度一定就小 C.由F=ma可知,物体所受到的合外力与物体的质量成正比 D.对同一物体而言,物体的加速度与物体所受到的合外力成正比,而且在任何情况下,加速度的方向始终与物体所受的合外力方向一致 解析加速度是由合外力和质量共同决定的,故加速度大的物体,所受合外力不一定大,选项A、B错误;物体所受到的合外力与物体的质量无关,故选项C错误;由牛顿第二定律可知,物体的加速度与物体所受到的合外力成正比,并且加速度的方向与合外力方向一致,故选项D正确。 答案D,探究一,探究二,随堂检测,对牛顿第二定律的理解 情景导引 如图所示,小明用力拉地面上的箱子,但箱子没动,请思考: (1)根据牛顿第二定律,有力就能产生加速度,但为什么箱子一直没动呢? (2)如果箱底光滑,当拉力作用在箱子上的瞬间,箱子是否立刻获得加速度?是否立刻获得速度?,探究一,探究二,随堂检测,要点提示(1)牛顿第二定律F=ma中的力F指的是物体受的合力,尽管小明对箱子有一个拉力作用,但箱子受的合力为零,所以不能产生加速度。 (2)加速度与力之间是瞬时对应关系,有力就立刻获得加速度,但速度的获得,需要一段时间,故不能立刻获得速度。,探究一,探究二,随堂检测,知识归纳 1.对牛顿第二定律的理解 牛顿第二定律揭示了加速度与力、质量的关系,指明了加速度大小和方向的决定因素,对于牛顿第二定律应该从以下六个方面进行深刻理解:,探究一,探究二,随堂检测,探究一,探究二,随堂检测,画龙点睛牛顿第一定律定性描述了力与运动的关系,无法用实验验证,牛顿第二定律定量描述了力和运动的关系,即a= ,可以用实验验证。故牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础而非特例。,探究一,探究二,随堂检测,2.合外力、加速度、速度的关系 (1)力与加速度为因果关系。力是因,加速度是果,只要物体所受的合外力不为零,就会产生加速度。加速度与合外力方向总相同、大小与合外力成正比。 (2)力与速度无因果关系。合外力与速度方向可以同向,可以反向;合外力与速度方向同向时,物体做加速运动,反向时物体做减速运动。 (3)两个加速度公式的区别 a= 是加速度的定义式,是比值定义法定义的物理量,a与v、v、t均无关;a= 是加速度的决定式,加速度由其受到的合外力和质量决定。 画龙点睛合外力决定物体的加速度,加速度决定速度如何变化。,探究一,探究二,随堂检测,典例剖析 例1由牛顿第二定律的公式F=ma可推出m= ,因此有人由此式得出如下一些结论,试判断这些结论中哪些是正确的( ) A.物体的质量m与合外力F成正比 B.物体的质量m与加速度a成反比 C.当加速度a不变时,物体的质量m才与合外力F成正比;当合外力F不变时,物体的质量m才与加速度a成反比 D.以上说法全是错误的,探究一,探究二,随堂检测,解析牛顿第二定律研究的是物体的加速度a与合外力F及物体的质量m三者之间的关系,而质量是指物体所含物质的多少的物理量。对一个物体来说,该物体的质量并不会随物体运动状态的改变而改变,也就是说质量是一个不变的量,m= 只是一种测量物体质量的动力学方法。对m= 的正确理解是:若已知物体所受的合外力及物体运动的加速度,则可求出物体的质量。合外力与加速度的比值大小对一个物体来说是一个不变的量。因此A、B、C三项均是错误的。 答案D,探究一,探究二,随堂检测,易混要点关于牛顿第二定律理解的三大误区 (1)认为先有力,后有加速度:物体的加速度和合外力是同时产生的,不分先后,但有因果性,力是产生加速度的原因,没有力就没有加速度。 (2)认为质量与力成正比,与加速度成反比:不能根据m= 得出mF、m 的结论,物体的质量m是由自身决定的,与物体所受的合外力和运动的加速度无关。 (3)认为作用力与m和a都成正比:不能由F=ma得出Fm、Fa的结论,物体所受合外力的大小是由物体的受力情况决定的,与物体的质量和加速度无关。,探究一,探究二,随堂检测,例2一质点受多个力的作用,处于静止状态。现使其中一个力的大小逐渐减小到零,再沿原方向逐渐恢复到原来的大小。在此过程中,其他力保持不变,则质点的加速度大小a和速度大小v的变化情况是( ) A.a和v都始终增大 B.a和v都先增大后减小 C.a先增大后减小,v始终增大 D.a和v都先减小后增大 解析质点受多个力的作用,处于静止状态,则多个力的合力为零,其中任意一个力与其余所有力的合力大小相等、方向相反,使其中一个力的大小逐渐减小到零再恢复到原来的大小,则其余所有力的合力先变大后变小,但合力的方向不变,根据牛顿第二定律,a先增大后减小,由v=v0+at可知,v始终增大,故选项C正确。 答案C,探究一,探究二,随堂检测,规律方法(1)物体的加速度变化情况,由物体的合外力变化来确定,只要分析物体受力情况,确定了合外力的变化规律,即可由牛顿第二定律确定加速度的变化规律。 (2)物体速度的变化由物体的加速度决定,速度与加速度同向,速度增加;速度与加速度反向,速度减小。,探究一,探究二,随堂检测,变式训练1如图所示,物体在水平拉力F的作用下沿水平地面做匀速直线运动,速度为v。现让拉力F逐渐减小,则物体的加速度和速度的变化情况应是( ) A.加速度逐渐变小,速度逐渐变大 B.加速度和速度都在逐渐变小 C.加速度和速度都在逐渐变大 D.加速度逐渐变大,速度逐渐变小,解析物体向右做匀速直线运动,滑动摩擦力Ff=F=FN=mg,当F逐渐减小时,Ff=mg不变,所以产生与v方向相反即向左的加速度,加速度的数值a= 随F逐渐减小而逐渐增大。因为a与v方向相反,所以v减小,故D正确。 答案D,探究一,探究二,随堂检测,牛顿第二定律的应用 情景导引 行车时驾驶员及乘客必须系好安全带,以防止紧急刹车时造成意外伤害。请思考: (1)汽车突然刹车,要在很短时间内停下来,会产生很大的加速度,这时如何知道安全带对人的作用力大小呢? (2)汽车启动时,安全带对驾驶员产生作用力吗? 要点提示(1)汽车刹车时的加速度可由刹车前的速度及刹车时间求得,由牛顿第二定律F=ma可得安全带产生的作用力。 (2)汽车启动时,有向前的加速度,此时座椅的后背对驾驶员产生向前的作用力,安全带不会对驾驶员产生作用力。,探究一,探究二,随堂检测,知识归纳 1.应用牛顿第二定律解题的步骤,探究一,探究二,随堂检测,2.解题方法 (1)矢量合成法:若物体只受两个力作用时,应用平行四边形定则求这两个力的合外力,加速度的方向即是物体所受合外力的方向。 (2)正交分解法:当物体受多个力作用时,常用正交分解法求物体的合外力。 建立坐标系时,通常选取加速度的方向作为某一坐标轴(如x轴)的正方向(也就是不分解加速度),将物体所受的力正交分解后,列出方程Fx=ma,Fy=0。 特殊情况下,若物体的受力都在两个互相垂直的方向上,也可将坐标轴建立在力的方向上,正交分解加速度a。根据牛顿第二定律 列方程求解。,探究一,探究二,随堂检测,典例剖析 例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的夹角=37,小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg(sin 37=0.6,cos 37=0.8,g取10 m/s2)。求: (1)车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况; (2)悬线对小球的拉力大小。,点拨(1)小球运动的加速度方向是水平向右的,合力与加速度方向相同,也是水平向右的。(2)小球受绳的拉力和重力两个力的作用,合力的方向与加速度方向相同。,探究一,探究二,随堂检测,解析方法一 合成法,探究一,探究二,随堂检测,方法二 正交分解法 以水平向右为x轴正方向建立坐标系,并将悬线对小球的拉力FT正交分解,如图所示。 则沿水平方向有FTsin =ma 竖直方向有FTcos -mg=0 联立解得a=7.5 m/s2, FT=12.5 N 且加速度方向向右,故车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动。,答案(1)7.5 m/s2 方向向右 车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 (2)12.5 N,探究一,探究二,随堂检测,规律方法在牛顿第二定律的应用中,采用正交分解法时,在受力分析后,建立直角坐标系是关键。坐标系的建立原则上是任意的,但常常使加速度在某一坐标轴上,另一坐标轴上的合力为零,或在坐标轴上的力最多。,探究一,探究二,随堂检测,变式训练2如图所示,质量为1 kg的物体静止在水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数=0.5,物体受到大小为20 N、与水平方向成37斜向下的推力F作用时,沿水平方向做匀加速直线运动,求物体加速度的大小。(g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8),解析取物体为研究对象,受力分析如图所示,建立直角坐标系。 在水平方向上:Fcos 37-Ff=ma 在竖直方向上:FN=mg+Fsin 37 又因为Ff=FN 联立得a=5 m/s2。 答案5 m/s2,探究一,探究二,随堂检测,1.(多选)关于速度、加速度、合外力的关系,下列说法正确的是( ) A.物体的速度越大则加速度越大,所受合外力也越大 B.物体的速度为零则加速度为零,所受合外力也为零 C.物体的速度为零而加速度可能很大,所受合外力也可能很大 D.物体的速度很大而加速度可能为零,所受合外力也可能为零 答案CD,2.如图所示,长木板A的右端与桌边相齐,木板与桌面间的动摩擦因数为,今用一水平恒力F将A推出桌边,在长木板开始翻转之前,木板的加速度大小将会( ) A.逐渐减小 B.逐渐增大 C.不变 D.先减小后增大 答案C,探究一,探究二,随堂检测,3.(多选)从匀速上升的气球上释放一物体,在释放的瞬间,物体相对地面将具有( ) A.向上的速度 B.向下的速度 C.向上的加速度 D.向下的加速度 解析由牛顿第二定律a= 可知,a与F同向,在释放的瞬间,物体只受重力,方向竖直向下,C错误,D正确;在释放的瞬间,物体和气球具有相同的速度,A正确,B错误。 答案AD,探究一,探究二,随堂检测,4.如图所示,质量为4 kg的物体静止在水平面上。现用大小为40 N,与水平方向夹角为37的斜向上的力拉物体,使物体沿水平面做