2020版新教材高中物理第5章第3节牛顿第二运动定律教案鲁科版.docx

第3节牛顿第二运动定律学习目标核心素养形成脉络1.知道牛顿第二运动定律的内容、表达式的确切含义2知道国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的3能应用牛顿第二运动定律解决简单的动力学问题4知道基本单位、导出单位和单位制，知道力学中的三个基本单位 学生用书P91一、牛顿第二运动定律及其意义1内容：物体加速度的大小与所受合外力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度方向与合外力方向相同2表达式：Fma3单位“牛顿”的定义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力规定为1 N，即1 N1_kgm/s2二、国际单位制1国际单位(1)基本单位：在力学中有米(m)(长度单位)、千克(kg)(质量单位)、秒(s)(时间单位)(2)导出单位：在力学中利用物理公式从三个基本单位导出的其他单位2意义与作用：用公式计算的时候，所列的等式中就不必一一写出每个物理量的单位，只要在计算结果的数据后面写出待求量的单位即可 思维辨析(1)牛顿第二运动定律可以理解为物体的质量与物体的加速度成反比，与合外力成正比()(2)牛顿第二运动定律表明，物体受到的合外力与物体的加速度成正比，加速度越大，合外力就越大()(3)牛顿第二运动定律的关系式是矢量关系式，加速度的方向由合外力的方向决定()(4)在有关力学的分析计算中，只能采用国际单位制，不能采用其他单位制()(5)力学单位制中，选为基本单位的物理量有长度、质量和速度()提示：(1)(2)(3)(4)(5) 基础理解甲、乙两同学对加速度有如下认识，甲说：“由a可知物体的加速度a与v成正比，与t成反比”乙说：“由a知物体的加速度a与F成正比，与m成反比”你认为哪一种说法是正确的？提示：乙的说法正确物体的加速度的大小是由物体所受合力的大小和物体的质量共同决定的，与速度的变化量及所用时间无关其中a描述了加速度的大小，而a 则揭示了加速度取决于物体所受合力与物体的质量对牛顿第二运动定律的理解学生用书P92 问题导引1静止在光滑水平面上的物体，受到一个水平拉力，在拉力刚开始作用的瞬间，物体是否立即获得加速度，是否立即有了速度？2物体的合外力增大，加速度是否一定增大？速度是否一定增大？要点提示1.立即获得加速度，但速度为零2物体的加速度一定增大，速度不一定增大【核心深化】1合外力与加速度的关系2力与运动的关系3牛顿第二运动定律的五个性质性质理解因果性力是产生加速度的原因，只要物体所受的合力不为0，物体就具有加速度矢量性Fma是一个矢量式物体的加速度方向由它受的合力方向决定，且总与合力的方向相同瞬时性加速度与合外力是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失同体性Fma中F、m、a都是对同一物体而言的独立性作用在物体上的每一个力都产生加速度，物体的实际加速度是这些加速度的矢量和 关键能力1对公式Fma的理解(多选)下列对牛顿第二运动定律的表达式Fma及其变形公式的理解，正确的是()A由Fma可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比B由m可知，物体的质量与其所受合力成正比，与其运动的加速度成反比C由a可知，物体的加速度与其所受合力成正比，与其质量成反比D由m可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合力求出解析a是加速度的决定式，a与F成正比，与m成反比；Fma说明力是产生加速度的原因，但不能说F与m成正比，与a成反比；m中m与F、a皆无关，但可以通过作用在物体上的力和它的加速度求出m的值答案CD 关键能力2合外力、速度、加速度的关系如图所示，静止在光滑水平面上的物体A，一端靠着处于自然状态的弹簧现对物体作用一水平恒力，在弹簧被压缩到最短的这一过程中，物体的速度和加速度变化的情况是()A速度增大，加速度增大B速度增大，加速度减小C速度先增大后减小，加速度先减小后增大D速度先增大后减小，加速度先增大后减小思路点拨 加速度的变化要看所受合外力的变化，而速度的变化要看速度方向与加速度方向之间的关系，所以此题最好先找出物体A运动过程中的平衡位置，然后再分析平衡位置左右两侧各物理量的变化情况解析力F作用在A上的开始阶段，弹簧弹力kx较小，合力与速度方向同向，物体速度增大，而合力(Fkx)随x增大而减小，加速度也减小，当Fkx以后，随物体A向左运动，弹力kx大于F，合力方向与速度反向，速度减小，而加速度a随x的增大而增大综上所述，只有C正确答案C关于对牛顿第二运动定律理解的三大误区(1)误认为先有力，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(2)误认为质量与力成正比，与加速度成反比：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)误认为作用力与m和a都成正比：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 【达标练习】1(多选)(2019长沙高一检测)对牛顿第二运动定律的理解正确的是()A牛顿第二运动定律说明当物体有加速度时，物体才受到外力的作用B合力产生的加速度，可认为作用于物体上的每个力所产生的加速度的矢量和C加速度的方向总跟合外力的方向一致D当外力停止作用时，加速度随之消失解析：选BCD.力是产生加速度的原因，A项因果关系颠倒，故A错；合力产生的加速度与每个分力产生的加速度的合加速度是相同的，只是矢量合成的先后差别，故B对；a与F的方向时时刻刻都相同，故C对；加速度与外力是瞬时对应关系，外力停止作用，加速度同时消失，故D对2(多选)初始时静止在光滑水平面上的物体，受到一个逐渐减小的方向不变的水平力的作用，则这个物体运动情况为()A速度不断增大，但增大得越来越慢B加速度不断增大，速度不断减小C加速度不断减小，速度不断增大D加速度不变，速度先减小后增大解析：选AC.水平面光滑，说明物体不受摩擦力作用，物体所受到的水平力即为其合外力水平力逐渐减小，合外力也逐渐减小，由公式Fma可知，当F逐渐减小时，a也逐渐减小，但速度逐渐增大牛顿第二运动定律的应用学生用书P93【核心深化】1应用牛顿第二运动定律解题的一般步骤2常用方法合成法(1)确定研究对象，画出受力分析图，将各个力按照力的平行四边形定则在加速度方向上合成，直接求出合力(2)根据牛顿第二运动定律列式求解分解法(1)确定研究对象，画出受力分析图，根据力的实际效果，将某一个力分解成两个分力(2)根据牛顿第二运动定律列式求解，应用此法时要求对力的作用效果有清楚的认识，要按照力的实际效果进行分解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：(1)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(2)沿某特定方向建立坐标系，这样可能少分解力，但需要分解加速度，此时应用：Fxmax，Fymay 关键能力1瞬时加速度的求解如图所示，物块1、2间用刚性轻质杆连接，物块3、4间用轻质弹簧相连，物块1、3质量为m，2、4质量为M，两个系统均置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态现将两木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，物块1、2、3、4的加速度大小分别为a1、a2、a3、a4，重力加速度大小为g，则有()Aa1a2a3a40Ba1a2a3a4gCa1a2g，a30，a4gDa1g，a2g，a30，a4g思路点拨 (1)支托1、2的木板突然抽出的瞬间，连接1、2的轻质杆弹力发生突变，1、2作为一个整体有自由下落的趋势(2)支托3、4的木板突然抽出的瞬间，连接3、4的弹簧弹力不会发生突变，物块3受到的合外力仍为0，物块4受弹力和自身重力两个力作用解析在抽出木板的瞬间，物块1、2与刚性轻杆接触处的形变立即消失，受到的合力均等于各自重力，所以由牛顿第二运动定律知，a1a2g；而物块3、4间的轻质弹簧的形变还来不及改变，此时弹簧对3向上的弹力大小和对物块4向下的弹力大小仍为mg，因此物块3满足mgF，a30，由牛顿第二运动定律得物块4满足a4g.所以C对答案C1两种“模型”根据牛顿第二运动定律知，加速度与合力存在瞬时对应关系分析物体的瞬时问题，关键是分析该时刻前后的受力情况和运动状态，再由牛顿第二运动定律求出瞬时加速度此类问题应注意两种基本模型的建立“绳”或“线”类“弹簧”或“橡皮筋”类不同只能承受拉力，不能承受压力弹簧既能承受拉力，也能承受压力；橡皮筋只能承受拉力，不能承受压力将绳和线看作理想化模型时，无论受力多大(在它的限度内)，绳和线的长度都不变，但绳和线的张力可以发生突变由于弹簧和橡皮筋受力时，其形变较大，形变恢复需经过一段时间，所以弹簧和橡皮筋的弹力不可以突变相同质量和重力均可忽略不计，同一根绳、线、弹簧或橡皮筋两端及中间各点的弹力大小相等2.解决此类问题的基本方法(1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况，求出各力大小(若物体处于平衡状态，则利用平衡条件；若处于加速状态，则利用牛顿第二运动定律)(2)分析当状态变化时(烧断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等)，哪些力变化，哪些力不变，哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力，发生在被撤去物接触面上的弹力都是立即消失)(3)求物体在状态变化后所受的合外力，利用牛顿第二运动定律求出瞬时加速度 关键能力2牛顿第二运动定律的简单应用如图所示，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角斜向下的推力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 370.6，cos 370.8)解析取物体为研究对象，受力分析如图所示，建立直角坐标系水平方向上：Fcos 37Ffma竖直方向上：FNmgFsin 37又因为：FfFN联立式得：a5 m/s2.答案5 m/s2【达标练习】1如图所示，天花板上用细绳吊起两个用轻质弹簧相连的质量相同的小球，两小球均保持静止当突然剪断细绳时，上面的小球A与下面的小球B的加速度为()AaAg，aBgBaAg，aB0CaA2g，aB0DaA0，aBg解析：选C.先分析整体平衡(细绳未剪断)时，A和B的受力情况如图所示，A球受重力、弹簧弹力F1及绳子拉力F2；B球受重力、弹簧弹力F1，且F1mg，F1F1.剪断细绳瞬间，F2消失，但弹簧尚未收缩，仍保持原来的形态，F1不变，故B球所受的力不变，此时aB0，而A球的加速度为aAg2g，方向竖直向下2一个质量为m的物体被竖直向上抛出，在空中运动过程所受的空气阻力大小为Ff，求该物体在上升和下降过程中的加速度解析：由牛顿第二运动定律知：物体上升过程的加速度：a1g，方向竖直向下物体下降过程的加速度：a2g，方向竖直向下答案：见解析单位制及其应用学生用书P94【核心深化】1单位制可以简化计算过程：计算时首先将各物理量的单位统一到国际单位制中，用国际单位制中的基本单位和导出单位表示，这样就可以省去计算过程中单位的代入，只在数字后面写上相应待求量的单位即可，从而使计算简便2单位制可检查物理量关系式的正误：根据物理量的单位，如果发现某公式在单位上有问题，或者所求结果的单位与采用的单位制中该量的单位不一致，那么该公式或计算结果肯定是错误的3比较某个物理量不同值的大小时，必须先把它们的单位统一到同一单位制中，再根据数值来比较一物体在2 N的外力作用下，产生10 cm/s2的加速度，求该物体的质量下面是几种不同的求法，其中单位运用正确、简洁而又规范的是()Am kg0.2 kgBm20 20 kgCm20 kgDm kg20 kg解析在进行数量运算的同时，也要把单位带进去运算带单位运算时，每一个数据均要带上单位，且单位换算要准确也可以把题中的已知量的单位都用国际单位表示，计算的结果就用国际单位表示，这样在统一已知量的单位后，就不必一一写出各个量的单位，只要在数字后面写出正确的单位即可在备选的四个选项中，选项A、C均错误，选项B解题过程正确，但不简洁，只有选项D运算正确，且简洁又规范答案D(2019嘉兴一中月考)导出单位是由基本单位组合而成的，则下列说法正确的是()A加速度的单位是m/s2，是由m、s两个基本单位组合而成的B加速度的单位是m/s2，由公式a可知它是由m/s和s两个基本单位组合而成的C加速度的单位是m/s2，由公式a可知，它是由N、kg两个基本单位组合而成的D以上说法都是正确的解析：选A.m、kg、s是基本单位加速度的单位是m/s2，是由m、s两个基本单位组合而成的，选项A正确；m/s是导出单位而不是基本单位，选项B、D错误；N也是导出单位，选项C错误随堂检测学生用书P951下列说法正确的是()A物体所受合外力为零时，物体的加速度可以不为零B物体所受合外力越大，速度越大C速度方向、加速度方向、合外力方向总是相同的D速度方向可与加速度方向成任意夹角，但加速度方向总是与合外力方向相同解析：选D.由牛顿第二运动定律：Fma知，F合为0，加速度为零；当F合越大，a也越大，由a知，a大只能说明速度变化率大，速度不一定大，故A、B项错误；F合、a、v三者方向一定相同，而速度方向与这三者方向不一定相同，C项错误，故正确答案为D.2(多选)一个质量为2 kg的物体，放在光滑水平面上，受到两个水平方向的大小为5 N和7 N的共点力作用，则物体的加速度可能是()A1 m/s2 B4 m/s2C7 m/s2 D10 m/s2解析：选AB.两个水平方向的大小为5 N和7 N的共点力作用，合力的范围为2 NF12 N，再由牛顿第二运动定律知加速度的范围为：1 m/s2a6 m/s2，A、B对3如图所示，用手提一轻质弹簧，弹簧下端挂一金属球在将整个装置匀加速上提的过程中，手突然停止不动，则在此后一小段时间内()A小球立即停止运动B小球继续向上做减速运动C小球的速度与弹簧的形变量都要减小D小球的加速度减小解析：选D.以球为研究对象，小球只受到重力G和弹簧对它的拉力FT，由题可知小球向上做匀加速运动，即Gmgcos