高中物理 4.3牛顿第二定律课件 新人教版必修1.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修1 牛顿运动定律 第四章 3牛顿第二定律 第四章 短跑运动员在起跑时的好坏 对于取得好成绩十分关键 因此 发令枪响必须奋力蹬地 见下图 发挥自己的最大体能 以获取最大的加速度 在最短的时间内达到最大的运动速度 1 内容 物体加速度的大小跟作用力 跟物体的质量 加速度的方向跟 2 表达式 1 表达式 f 式中k是比例系数 f是物体所受的 2 国际单位制中 f 牛顿第二定律 成正比 成反比 作用力的方向相同 kma 合外力 ma 1 国际单位 简称 符合为 2 牛顿 的定义 使质量为1kg的物体产生 的加速度的力 称为1n 即1n 3 比例系数k的含义 关系式f kma中的比例系数k的数值由f m a三量的单位共同决定 三个量都取国际单位 即三量分别取 作单位时 系数k 力的单位 牛顿 牛 n 1m s2 1kg m s2 n kg m s2 1 一 牛顿第二定律的六个特性 静止在光滑水平面上的重物 受到一个很小的水平推力 在力刚开始作用的瞬间 重物是否立即获得加速度 是否立即有了速度 答案 力是产生加速度的原因 力与加速度具有同时性 故在力作用的瞬间 物体立即获得加速度 但由 v a t可知 要使物体获得速度必须经过一段时间 特别提醒 物体的加速度的方向与物体所受的合外力是瞬时对应关系 即a与合力f方向总是相同 但速度v的方向不一定与合外力的方向相同 如图所示 一个小孩沿水平方向用力推静止在水平地面上的小汽车 但无论怎样用力都无法使它做加速运动 这与牛顿第二定律矛盾吗 为什么 答案 不矛盾 牛顿第二定律公式中的f指的是物体受到的合外力 汽车在水平方向上不只受到小孩的推力 还同时受到地面摩擦力的作用 它们相互平衡 所以汽车不会加速运动 三 牛顿第二定律的应用1 解题的一般步骤 1 明确研究对象 根据问题的需要和解题的方便 选出被研究的物体 2 进行受力分析和运动状态分析 画好受力分析图 明确运动性质和运动过程 3 建立坐标系 一般以加速度方向和垂直加速度方向为两坐标轴的方向 4 根据牛顿第二定律列方程求解 2 常用方法 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力 再由牛顿第二定律求出物体的加速度的大小及方向 加速度的方向就是物体所受合外力的方向 反之 若知道加速度的方向 也可应用平行四边形定则求物体所受的合外力 2 正交分解法 当物体受到多个力的作用时 利用正交分解法较为简单 利用正交分解法需要建立直角坐标系 建系原则是尽可能少分解矢量 因此建系有两种情况 沿加速度的方向建一坐标轴 沿垂直加速度方向建一坐标轴 这种方法不需要分解加速度 沿某特定方向建立坐标轴 这样可能少分解力 但需要分解加速度 此时应用 fx max fy may 一辆小车在水平地面上沿直线行驶 在车厢上悬挂的摆球相对小车静止 其悬线与竖直方向成 角 如图所示 问小车的加速度多大 方向怎样 答案 gtan 方向水平向左解析 摆球与小车相对静止 摆球的加速度等于小车的加速度 解法一 利用合成法求解 摆球的受力情况如图所示 其合力水平向左 关于牛顿第二定律 下列说法中正确的是 a 牛顿第二定律的表达式f ma在任何情况下都适用b 某一瞬时的加速度 只能由这一瞬时的外力决定 而与这一瞬时之前或之后的外力无关c 在公式f ma中 若f为合力 则a等于作用在该物体上的每一个力产生的加速度的矢量和d 物体的运动方向一定与物体所受合力的方向一致 对牛顿第二定律的理解 解析 牛顿第二定律只适用于宏观物体在低速时的运动 a错误 f ma具有同时性 b正确 如果f ma中f是合力 则a为合力产生的加速度 即各分力产生加速度的矢量和 c正确 如果物体做减速运动 则v与f反向 d错误 答案 bc 答案 cd解析 牛顿第二定律的表达式f ma表明了各物理量之间的数量关系 即已知两个量 可求第三个量 但物体的质量是由物体本身决定的 与受力无关 作用在物体上的合力 是由和它相互作用的物体作用产生的 与物体的质量和加速度无关 故排除a b 选c d 如皋市2013 2014学年高一上学期期末 如图所示 自由下落的小球下落一段时间后 与弹簧接触 从它接触弹簧开始 到将弹簧压缩到最短的过程中 小球的速度和加速度的变化情况是 a 速度变大 加速度变小b 速度变小 加速度变大 根据牛顿第二定律分析力与运动的关系 c 速度先变小 后变大 加速度先变大 后变小d 速度先变大 后变小 加速度先变小 后变大 解析 开始阶段 弹簧的压缩量较小 因此弹簧对小球向上的弹力小于向下重力 此时合外力大小 f mg kx 方向向下 随着压缩量的增加 弹力增大 故合外力减小 则加速度减小 由于合外力与速度方向相同 小球的速度变大 当mg kx时 合外力为零 此时速度最大 由于惯性物体继续向下运动 此时合外力大小为 f kx mg 方向向上 物体减速 随着压缩量增大 物体合外力增大 加速度增大 故整个过程中加速度先变小后变大 速度先变大后变小 故d正确 答案 d 点评 本题容易错误地认为小球接触弹簧后 立即做减速运动 建立正确的受力图景 是处理此类问题的关键 天津市2014 2015学年高一上学期五校期末联考 如图所示 在光滑水平面上 轻质弹簧的右端固定在竖直墙壁上 一物块在水平恒力f作用下做直线运动 接触弹簧后 压缩弹簧 直至速度为零 整个过程中 物体一直受到力f作用 弹簧一直在弹性限度内 在物体与弹簧接触后向右运动的过程中 下列说法正确的是 a 物块接触弹簧后立即做减速运动b 物块接触弹簧后先加速后减速c 当弹簧形变量最大时 物块的加速度等于零d 当物块的速度最大时 它所受的合力为零答案 bd解析 当木块接触弹簧后 水平方向受到向右的恒力f和弹簧水平向左的弹力 弹簧的弹力先小于恒力f 后大于恒力f 木块所受的合力方向先向右后向左 则木块先做加速运动 后做减速运动 当弹力大小等于恒力f时 木块的速度为最大值 当弹簧压缩量最大时 弹力大于恒力f 合力向左 加速度大于零 故a c错误 b d正确 如图所示 自动扶梯与水平面夹角为 上面站着质量为m的人 当自动扶梯以加速度a加速向上运动时 求扶梯对人的弹力fn和扶梯对人的摩擦力ff 牛顿第二定律的应用 解法二 建立如图乙所示的直角坐标系 水平向右为x轴正方向 竖直向上为y轴正方向 由于人的加速度方向是沿扶梯向上的 这样建立直角坐标系后 在x轴方向和y轴方向上各有一个加速度的分量 其中x轴方向的加速度分量ax acos y轴方向的加速度分量ay asin 根据牛顿第二定律有x轴方向 ff max y轴方向 fn mg may解得 fn mg masin ff macos 比较以上两种解法 很显然 两种解法都得到了同样的结果 但是 第二种解法较简便 答案 mg masin macos 点评 用正交分解法解答牛顿第二定律问题 多数情况下是加速度落在坐标轴上 分解力建立方程求解 但有些问题分解加速度较为方便 解题中应注意总结 中国 史上最严交规 于2013年1月1日正式实施 交规规定行车时驾驶员及乘客必须系好安全带 如图 探究 应用 据报道 1989年在美国加利福尼亚州发生的6 9级地震 中断了该地尼米兹高速公路的一段 致使公路上高速行驶的约200辆汽车发生了重大的交通事故 车里的人大部分当即死亡 只有部分系安全带的人幸免 假设汽车高速行驶的速度达到108km h 乘客的质量为60kg 当汽车遇到紧急情况时 在2s内停下来 试通过计算说明系安全带的必要性 易错点 对牛顿第二定律的瞬时性理解不深导致错误案例 如图所示 质量相等的三个物块a b c a与天花板之间 b与c之间均用轻弹簧相连 a与b之间用细绳相连 当系统静止后 突然剪断a b间的细绳 则此瞬间a b c的加速度分别为 取向下为正 a g 2g 0b 2g 2g 0c 0 2g 0d 2g g g 易错分析 本题易错选项及错误原因分析如下 正确解答 剪断细绳前 对b c整体进行受力分析 受到总重力和细