吉林省长市第五中学高中物理 第四章 第三节 牛顿第二定律同步创新课件 新人教版必修1.ppt

第三节牛顿第二定律 学习目标 1 理解牛顿第二定律 知道牛顿第二定律表达式的确切含义 2 了解国际单位制中力的单位 牛顿 是怎样定义的 3 掌握牛顿第二定律并能进行有关计算 重点难点 1 牛顿第二定律内容的理解 2 应用牛顿第二定律解决动力学问题 易错问题 1 不能理解f与a的因果关系 2 不注意牛顿第二定律表达式及变形式的物理意义 从而对f m a的关系做出错误判断 一 牛顿第二定律1 内容 物体的加速度跟成正比 跟物体的成反比 这就是牛顿第二定律 2 表达式 a 或f 或f 实际物体所受的力往往不止一个 这时式中f指的是物体所受的合力 基础知识梳理 质量 作用力 kma ma 二 力的单位1 单位推导质量为m 1kg的物体在某力的作用下获得的加速度是1m s2时 我们选取牛顿第二定律表达式f kma中的k 1 此时力f ma 1kg 1m s2 1kg m s2 这个力叫做 在公式f kma中 若各个量都取国际单位 则k 1 2 为了纪念牛顿 把力的单位kg m s2叫做 用符号表示 一个单位的力 牛顿 n 思考 一 对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律的几个特性 核心要点突破 1 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 二 合外力 加速度 速度的关系1 物体所受合外力的方向决定了其加速度的方向 合外力与加速度的大小关系是f ma 只要有合外力 不管速度是大还是小 或是零 都有加速度 只要合外力为零 则加速度为零 与速度的大小无关 只有速度的变化率才与合外力有必然的联系 2 合力与速度同向时 物体做加速运动 反之减速 3 力与运动关系 力是改变物体运动状态的原因 即力 加速度 速度变化 运动状态变化 物体所受到的合外力决定了物体加速度的大小 而加速度的大小决定了单位时间内速度变化量的大小 加速度的大小与速度大小无必然的联系 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与合外力f方向总相同 但速度v的方向不一定与合外力的方向相同 三 应用牛顿第二定律解题的一般步骤及常用方法1 一般步骤 1 确定研究对象 2 进行受力分析和运动状态分析 画出受力示意图 3 建立坐标系 或选取正方向 写出已知量 根据定律列方程 4 统一已知量单位 代值求解 5 检查所得结果是否符合实际 舍去不合理的解 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力 2010年开封测试 如图4 3 1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这一过程中 物体的速度和加速度变化的情况是 课堂互动讲练 图4 3 1 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 速度增大还是减小 要看速度和加速度的方向关系 加速度大小的变化是由合力大小变化决定的 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 f kx 随x增大而减小 加速度减小 当f kx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 方法总结 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 1 如图4 3 2所示 自由下落的小球 从它接触竖直放置的弹簧开始 到弹簧压缩到最大限度的过程中 小球的速度和加速度的变化情况是 a 加速度变大 速度变小b 加速度变小 速度变大c 加速度先变小后变大 速度先变大后变小d 加速度先变小后变大 速度先变小后变大 图4 3 2 解析 选c 小球与弹簧刚接触时的速度竖直向下 刚开始阶段 弹簧弹力较小 mg kx ma a向下 随弹簧压缩量x的增大而减小 因a v同向 速度增大 当mg kx以后 随着x的增大 弹力大于重力 合外力向上 加速度向上 小球的加速度与速度的方向相反 小球做减速运动 直到弹簧的压缩量最大 综上所述 答案选c 如图4 3 3所示 质量分别为ma和mb的a和b两球用轻弹簧连接 a球用细绳悬挂起来 两球均处于静止状态 如果将悬挂a球的细线剪断 此时a和b两球的瞬时加速度各是多少 图4 3 3 思路点拨 牛顿第二定律的核心是加速度与合力的瞬时对应关系 求瞬时加速度时 当物体受到的某个力发生变化时 可能还隐含着其他力也发生变化 像弹簧 橡皮绳等提供弹力时 由于形变量较大 弹力不会瞬间改变 而细绳 钢丝 轻杆则不同 由于形变量太小 所提供的弹力会在瞬间改变 解析 物体在某一瞬间的加速度 由这一时刻的合力决定 分析绳断瞬间两球的受力情况是关键 由于轻弹簧两端连着物体 物体要发生一段位移 需要一定时间 故剪断细线瞬间 弹簧的弹力与剪断前相同 先分析细线未剪断时 a和b的受力情况 如图4 3 4所示 a球受重力 弹簧弹力f1及细线的拉力f2 b球受重力 弹力f1 且f1 f1 mbg 图4 3 4 剪断细线瞬间 f2消失 但弹簧尚未收缩 仍保持原来的形变 即 f1 f1 不变 故b球所受的力不变 此时ab 0 而a球的加速度为 方法总结 分析物体在某一时刻的瞬时加速度 关键是分析这一瞬时的受力情况及运动状态 再由牛顿第二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 1 刚性绳 或接触面 是一种不发生明显形变就能产生弹力的物体 若剪断 或脱离 后 其中弹力立即消失 不需要形变恢复时间 即线的拉力可突变 一般题目中所给细线和接触面在不加特殊说明时 均可按此模型处理 2 弹簧 或橡皮绳 的特点是形变量大 形变恢复需要较长时间 在瞬时问题中 其弹力的大小往往可以看成不变 即弹力不能突变 但当弹簧的一端不与有质量的物体连接时 轻弹簧的形变也不需要时间 弹力可以突变 2 在例题中 将ab之间的轻弹簧与悬挂a球的细绳交换位置 如图4 3 5所示 如果把ab之间的细绳剪断则a b两球的瞬时加速度各是多少 图4 3 5 解析 当两球均静止时受力分析如图所示 由物体的平衡条件可得f 1 mbgf2 f1 mag而f1 f 1故f2 ma mb g当剪断ab之间的细线时f1 f 1变为0 f2不变 如图4 3 6所示 位于水平地面上的质量为m的小木块 在大小为f 方向与水平方向成 角的拉力作用下沿地面做加速运动 若木块与地面之间的动摩擦因数为 则木块的加速度为多少 图4 3 6 思路点拨 可以先求物体所受合外力 再利用f ma求加速度 或者利用正交分解的方法求加速度 解析 取m为研究对象 其受力情况如图4 3 7所示 在竖直方向合力为零 即fsin fn mg 在水平方向由牛顿第二定律得fcos fn ma 由 两式得加速度 图4 3 7 方法总结 应用牛顿第二定律解题时 首先要分析受力 并画出受力分析图 然后以运动方向为x轴进行正交分解 在互相垂直的两个方向上列式求解 3 一个质量为20kg的