高中物理 第四章 第四节 牛顿第二定律配套课件 粤教版必修1.ppt

第四节 牛顿第二定律 1 牛顿第二定律 物体的加速度跟所受的合外力成 跟物体的质量成 加速度的方向跟合外力的方向 2 在国际单位制中 力的单位是牛顿 1n等于质量为 的物体获得 的加速度时受到的合外力 3 在国际单位制中 公式f kma的比例系数k为 因此牛顿第二定律的数学表达式为 正比 反比 相同 1kg 1m s2 1 f ma 4 下列关于速度 加速度 力的关系的说法中正确的是 a 力是物体运动的原因b 物体运动的速度大 说明其受到的力大c 物体受到力的作用 一定具有加速度 物体具有加速度 一定受到力的作用d 力是改变物体运动状态的原因 加速度的方向和合外力的方向一致 解析 力是改变物体运动状态的原因 而不是使物体运动的原因 a错 d对 物体的加速度大 则受合力大 速度大 受到的力不一定大 b错 物体所受的合外力不为零时一定具有加速度 物体具有加速度 合外力一定不为零 c错 答案 d 5 一个质量为2kg的物体同时受到两个力的作用 这两个力的大小分别是2n和6n 当两个力的方向发生变化时 物 b 2m s2d 4m s2 体的加速度大小不可能为 a 1m s2c 3m s2答案 a 知识点1牛顿第二定律 1 在保持质量不变时 不同拉力作用下物体的加速度如下 表所示 由表格中的数据推算 0 302 0 302 由计算结果分析可得 当保持物体的质量不变时 会有 0 302 2 在保持拉力不变时 不同质量的物体的加速度如下表所示 由表中的数据分析可得 当保持物体所受拉力不变时结论 质量不变时 加速度与合外力成 合外力f不变时 加速度与质量成 加速度的方向跟 合外力的方向 正比 反比 相同 1 牛顿第二定律 数值上等于单位质量的物体产生单位加速度时力的大小 k的大小由f m a三者的单位共同决定 在国际单位制中 k 1 2 对牛顿第二定律的理解 1 因果性 只要物体所受合力不为零 物体就会获得加速 度 即力是产生加速度的原因 2 瞬时性 对于质量确定的物体 其加速度的大小和方向完全由物体受到的合外力的大小和方向决定 加速度和物体受到的合外力是瞬时对应关系 即加速度随合外力同时产生 同时变化 同时消失 保持时刻对应的关系 3 矢量性 力和加速度都是矢量 物体加速度的方向由物体 所受合外力的方向决定 两者方向一定相同 4 同体性 牛顿第二定律中的质量是研究对象的质量 它可以是某个物体的质量 也可以是由若干物体构成的系统的质量 作用力是研究对象所受到的合外力 对于系统而言 不包括系统内各物体之间的相互作用力 m f a必须是对同一研究对象而言的 例1 关于牛顿第二定律 下列说法正确的是 a 根据f ma可知 只要有力作用在物体上 物体就一定能产生加速度d 物体的运动方向一定跟合外力的方向相同 解析 根据牛顿第二定律f ma f指的是合外力 故b合题 而当物体受到的合外力为零时 即使物体有力的作用 物体也没有加速度 m是运动物体的质量 它是物体的固有属性 与物体是否运动及是否有加速度无关 物体的运动方向可以与合外力的方向相同或相反 答案 b 点拨 物体的加速度方向与合外力方向相同 与运动方向 无必然关系 触类旁通 1 双选 关于牛顿第二定律的下列说法中 正确的是 a 物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合力的大小决定 与物体的速度无关b 物体加速度的方向只由它所受合力的方向决定 与速度方向无关c 物体所受合力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的d 一旦物体所受合力为零 则物体的加速度立即为零 其运动也就逐渐停止了 解析 对于某个物体 合力的大小决定加速度的大小 合力的方向决定加速度的方向 而速度的方向与加速度方向无关 根据牛顿第二定律的瞬时性特征 合力一旦为零 则加速度立即为零 则速度不再发生变化 以后做匀速直线运动 选项a b正确 答案 ab 知识点2牛顿第二定律的简单应用 不可能 可能 加速 如图4 4 1所示 在前进的车厢的竖直后壁上放一个物体 如果物体与厢壁接触面是光滑的 物体 相对车厢静止 如果物体与车厢壁间的动摩擦因数为 物体 不下滑 要使物体不下滑 车厢应该向右做 运动 图4 4 1 1 应用牛顿第二定律解题的步骤 1 确定研究对象 2 进行受力分析和运动情况分析 作出运动或受力示意图 3 求合力或加速度 4 据f合 ma列方程求解 2 解题方法 1 矢量合成法 若物体只受两个力作用 先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力 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 应用牛顿第二定律求加速度时 在实际中常将受到的力分解 且将加速度所在的方向选为坐标系的x轴或y轴所在的方向 有时也可分解加速度 即fx max fy may 例2 用3n的水平恒力 在水平面上拉一个质量为2kg的木块 从静止开始运动 2s内的位移为2m 则木块所受的滑动摩擦力为多大 解 设物体所受滑动摩擦力为f 加速度大小为a 物体从 根据牛顿第二定律有 f合 f f ma故f f ma 3 2 1 n 1n 触类旁通 2 双选 2014年江门一中期末 用力f1单独作用于某一物体上可产生加速度为3m s2 力f2单独作用于这一物体可产生加速度为1m s2 若f1 f2同时作用于该物体 可能产生的加速度为 a 1m s2b 5m s2c 3m s2d 4m s2 解析 设物体的质量为m 根据牛顿第二定律得f1 ma1 3mf2 ma2 m 则f1 f2两个力的合力范围为2m f合 4m 若f1 f2同时作用于该物体时 根据牛顿第二定律f ma 得 物体的加速度范围为2m s2 f合 4m s2 故ab错误 cd 正确 答案 cd 对牛顿第二定律瞬时性的理解 所谓瞬时性 就是物体的加速度与其所受的合外力有瞬时对应的关系 每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力 即物体一旦受到不为零的合外力的作用 物体立即产生加速度 当合外力的方向 大小改变时 物体的加速度方向 大小也立即发生相应的改变 当物体的合外力为零时 物体的加速度也立即为零 1 轻绳不需要形变恢复时间 在瞬时问题中 其弹力可以 突变 成为零或者别的值 2 轻弹簧 或者橡皮绳 需要较长的形变恢复时间 在瞬时 问题中其弹力不能突变 大小方向均不变 例3 如图4 4 2所示 物体b c分别连接在轻质弹簧两端 将其静置于吊篮a的水平底板上 已知a b c三者质量相等 均为m 那么烧断悬挂吊篮的轻绳的瞬间 各物体的加速度是多少 图4 4 2 解 此问题要应用到弹簧的弹力不能突变的性质 未烧断绳子之前 c受到重力mg和弹力f的作用 且f mg 绳烧断瞬间 f不能突变 大小仍为mg 所以ac 0 a b可看成一个整体来分析 绳子未断之前 它们受重力2mg 弹簧向下的弹力f mg 绳子向上的拉力ft 3mg的作用 处于平衡状态 绳子断的瞬间 拉力ft消失 而弹簧的弹力不能突变 所以它们受到的合力向下 大小为f 2mg 3mg 触类旁通 3 2013年无锡期末 如图4 4 3所示 两根完全相同的轻弹簧下挂一个质量为m的小球 小球与地面间有一竖直细线相连 系统平衡 已知两弹簧之间的夹角是120 且弹簧产生的弹力均 为3mg 则剪断细线的瞬间 小球的加速度是 a a 3g 竖直向上b a 3g 竖直向下c a 2g 竖直向上 d a 2g 竖直向下 图4 4 3 解析 开始小球处于平衡状态 两根弹簧弹力的合力等于重力和绳子的拉力之和 即两根弹簧弹力的合力f1 t mg 3mg 剪断细线的瞬间 弹簧弹力不变 根据牛顿第二定律得 a 2g 方向竖直向上 故c正确 a b d错误 答案 c 4 如图4 4 4所示 小球m在水平细绳和与竖直方向成 角的细绳作用下处于静止状态 在剪断水平细绳的瞬间 小球的加速度大小和方向会怎样 图4 4 4 解 将图中的水平绳剪断瞬间 斜拉绳的拉力发生突变 小球受力如图d10所示 小球沿绳方向合力为零 f1 mgcos 小球所受合力f mgsin 方向垂直斜绳向下 图d10 牛顿第二定律正交分解的应用 物体在受到三个或三个以上的不同方向的力作用时 一般 都要用到正交分解法 牛顿第二定律的正交分解为 fx max fy may 为减少矢量的分解 在建立直角坐标 确定x轴正方向时 一般有两种方法 1 分解力而不分解加速度 此时应规定加速度方向为x轴 的正方向 2 分解加速度而不分解力 此种方法一般是在以某种力的方向为x轴正方向时 其他力都落在两坐标轴上而无需再分解 例4 风洞实验室中可产生水平方向的 大小可调节的风力 现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室 小球孔径略大于细杆直径 图4 4 5 1 当杆在水平方向上固定时 调节风力的大小 使小球在杆上做匀速运动 这时小球所受的风力为小球所受重力的0 5倍 求小球与杆间的滑动摩擦因数 2 保持小球所受风力不变 使杆与水平方向间夹角为37 并固定 如图4 4 5所示 则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需的时间为多少 sin37 0 6 cos37 0 8 解 风洞实验室是对飞机 导弹等在实验室中进行模拟动态力学分析实验的装置 解题时不要过多追求它的技术细节 只需在对题中小球进行受力分析时多分析一个风力f即可 1 杆水平时小球受力如图4 4 6甲所示 由于小球匀速运 动 加速度a 0 由f 0 5mg 解得 0 5 则小球与杆间的滑动摩擦因数为 0 5 图4 4 6 2 杆倾斜 37 时 小球受力如图乙 建立如图乙所示坐标系 由牛顿第二定律得x轴 fcos mgsin f ma y轴 n fsin mgcos 0 f n 触类旁通 5 2013年安徽卷 如图4 4 7所示 细线的一端系一质量为m的小球 另一端固定在倾角为 的光滑斜面体顶端 细线与斜面平行 在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中 小球始终静止在斜面上 小球受到细线的拉力t和斜面的支持力fn分别为 重力加速度 为g 图4 4 7 a t m gsin acos fn m gcos asin b t m gcos asin fn m gsin acos c t m