黑龙江省孙吴县第一中学高考物理 4.3 牛顿第二定律课件.ppt

4 3牛顿第二定律 学习目标 1 牛顿第二定律的实验过程 2 牛顿第二定律的推导及意义 3 牛顿第二定律的运用 1 什么是物体运动状态的改变 其原因是什么 2 物体运动状态改变除了与力有关 还与哪些因素有关 物体运动状态的改变指的是物体的速度发生了变化 其原因是受到了力的作用 还与质量有关 物体运动状态发生改变 速度发生了改变 产生了加速度 实质 实质 与力和质量有关 联系 物体的加速度与什么有关 回顾 我们是怎样研究电流与电压和电阻的关系 控制变量法 设计实验 物体的质量m和物体受的外力f 物体加速度a与f质量m是什么关系呢 猜想 实验装置如图 可加减砝码改变小车和砝码的总质量 可加减钩码改变小车和砝码所受的力 1 控制变量m 探讨加速度a与f的关系 原理 如图示 f1 2f2在相同的时间内 s1 a1t2 s2 a2t2 s1 s2 a1 a2 测量s1s2 第一次演示 0 2 0 098 2 0 98 0 49 第一次 第二次演示 实验结论 质量一定 即 实验看到 质量一定 加速度与力成正比 即a kf 第二次演示 0 4 0 196 4 3 92 0 245 第二次 第二次演示 实验结论 所受外力一定 即 实验看到 所受外力一定 加速度与质量成反比 即 练习 1 质量为m的物体在力f的作用下产生的加速度为a 那么要使物体的加速度变为原来的2倍 则应 质量减半或者f加倍 其中k为比例常数 当所有物理量均取国际单位 即 力的单位取n 质量单位取kg 加速度单位取m s2 时 k 1 此时关系式变为 f ma此即为牛顿第二定律的数学表达式 思考 1 在牛顿第二定律的表达式f ma中 哪些是矢量 哪些是标量 m是标量 f和a是矢量 2 在这两个矢量中它们的关系是怎么样 力是产生加速度的原因 即物体受力方向决定物体的加速度方向 故力f的方向和加速度a的方向是一致的 3 一辆小汽车的质量m1 8 0 102kg 所载乘客的质量是m2 2 0 102kg 用同样大小的牵引力 如果不载人时小汽车产生的加速度是a1 1 5m s2 载人时产生的加速度a2是多少 忽略阻力 解 由牛顿第二定律 f ma可知牵引力的大小f m1a1 8 0 102 1 5 1 2 103n 由于载人和不载人时牵引力是同样大的 故 注意事项 1 矢量性 a与f合方向相同 2 瞬时性 a与f合同时产生 同时消失 同时变化 3 同体性 a与f合 m都属于同一物体 既研究对象统一性 4 独立性 x方向的合外力产生x轴方向的加速度 y方向的合外产生y轴方向的加速度 fx maxfy maya2 a2x a2y 此前我们所讲述的是物体只受到一个力作用的情况 物体受几个力作用时 牛顿第二定律公式f ma中的f表示合力 这样我们可以把牛顿第二定律进一步表述为 一个物体质量是2kg 受到互成1200角的两个力f1 10n和f2 10n的共同作用 这个物体产生的加速度是多大 解法1 先由平行四边形法则可知 f1 f2 f合构成了一个等边三角形 故f合 10na f合 m 10 2 5m s2 物体的加速度跟物体所受的合力成正比 跟物体的质量成反比加速度的方向跟合力的方向相同 即f合 ma 练习 解法2 先分别求出f1 f2产生的加速度a1 a2再根据平行四边形法则求a1 a2的合加速度a合 a1 f1 m 10 2 5m s2a2 f2 m 10 2 5m s2由于加速度的方向与力的方向一至 故a1 a2也成1200角a1 a2 a合构成了一个等边三角形 故a合 5m s2 提示 矢量合成法正交分解法 答 没有矛盾 由公式f合 ma看 f合为合外力 无论怎样小的力都可以使物体产生加速度 这个力应是合外力 现用力提一很重的物体时 物体仍静止 说明合外力为零 由受力分析可知f n mg 0 例2 下列说法中正确的是 a 物体所受合外力越大 加速度越大 b 物体所受合外力越大 速度越大 c 物体在外力作用下做匀加速直线运动 当合外力逐渐减小时 物体的速度逐渐减小 d 物体的加速度大小不变一定受恒力作用 根据牛顿第二定律 物体受的合外力决定了物体的加速度 而加速度大小和速度大小无关 所以 b说法错误 例2 下列说法中正确的是 a 物体所受合外力越大 加速度越大 b 物体所受合外力越大 速度越大 c 物体在外力作用下做匀加速直线运动 当合外力逐渐减小时 物体的速度逐渐减小 d 物体的加速度大小不变一定受恒力作用 加速度是矢量 其方向与合外力方向一致 加速度大小不变 若方向发生变化时 合外力方向必然变化 d说法错 答案 a 练习 1 一质量为1kg的物体只受到两个大小米2n和3n的共点力作用 则这个物体运动的加速度的范围是 1m s2 a 5m s2 2 25n的力作用在一个物体上 能使它产生2m s2的加速度 则要使它产生5m s2的加速度 作用力为 分析 由于是同一个物体 故质量不变 先可以由f1 25n和加速度a1 2m s2求出质量 再由f2 ma求出作用力f2 ma2 12 5 5 62 5n 62 5n 1 质量为m的物体放在粗糙水平面上受水平f时产生加速度为a1 当水平力为2f时 加速度a2 关于a1与a2的关系正确的是 解析 关键要考虑摩擦力f 2 物体受几个力作用处于静止状态 若将其中一个力逐渐减小到0 再逐渐恢复到原值 物体加速度和速度怎样变化 答案 加速度先增大后减小 速度一直增大 小试牛刀 a a2 2a1b a2 2a1c a2 2a1d a1 a2 c 由a1 f f m a2 2f f m 2 f f 2a1 思考 一力作用在质量m1的物体上能产生3m s2 该力作用在质量为m2的物体上能产生1 5m s2的加速度 若将m1m2合为一体能使它产生多大的加速度 以m1为研究对象 f m1 3则m1 f 3 以m2为研究对象 f m2 1 5则m2 f 1 5 以整体为研究对象 f m1 m2 a则a f m1 m2 1m s2 分析指导 1 为了安全 在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离已知某高速公路的最高限速v 144km h 假设前方车辆突然停止 后车司机从发现这一情况 经操纵刹车 到汽车开始减速所经历的时间 即反应时间 t 0 50s 刹车时汽车受到的阻力的大小f为汽车重力的0 40倍 该高速公路上汽车间的距离s至少应为多少 g 10m s2 分析 汽车间的距离s s1 s2汽车在s1做匀速直线运动s1 vt在s2汽车做初速度v0 144km hvt 0的匀减速直线运动 解 s1 vt 40 0 5 20m s2 400m s s1 s2 420m 小结 1 加速度a与f的关系 物体质量一定时 加速度a与合外力f合成正比 2 加速度a与m的关系 物体受合外力一定时 加速度a