高中物理 第5章 研究力和运动的关系 5.3 牛顿第二定律课件 沪科版必修1.ppt

5 3牛顿第二定律 第5章研究力和运动的关系 目标定位 1 知道牛顿第二定律的内容 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 能应用牛顿第二定律解决简单的实际问题 4 了解什么是单位制 知道力学中的三个基本单位 内容索引 知识探究新知探究点点落实 达标检测当堂检测巩固反馈 知识探究 由上一节的探究我们已经知道当小车的质量不变时 小车的加速度与它所受的力成正比 即a f 当小车所受的力不变时 小车的加速度与它的质量成反比 即a 那么小车的加速度a 小车的质量m以及小车所受的力f的关系是怎样的 一 牛顿第二定律 答案 问题设计 写成等式为f kma若f m a都用国际单位 则f ma 1 牛顿第二定律 1 内容 物体的加速度跟受到的成正比 跟物体的质量成 加速度的方向跟作用力的方向 2 公式 f f指的是物体所受的 当各物理量的单位都取国际单位时 k 1 f 3 力的国际单位 牛顿 简称 符号为 牛顿 的定义 使质量为1kg的物体产生1m s2的加速度的力叫做1n 即1n 要点提炼 作用力 反比 相同 合力 kma ma n 1kg m s2 牛 2 对牛顿第二定律的理解 1 瞬时性 a与f同时产生 同时 同时 为瞬时对应关系 2 矢量性 f ma是矢量表达式 任一时刻a的方向均与的方向一致 当合力方向变化时a的方向同时变化 即a与f的方向在任何时刻均 3 同体性 公式f ma中各物理量都是针对的 4 独立性 当物体同时受到几个力作用时 各个力都满足f ma 每个力都会产生一个加速度 这些加速度的矢量和即为物体具有的 故牛顿第二定律可表示为 变化 合力f 相同 同一物体 合加速度 消失 fx maxfy may 3 合力 加速度 速度的关系 1 力与加速度为因果关系 力是因 加速度是果 只要物体所受的合力不为0 就会产生加速度 加速度与合力方向总是 大小与合力成 2 力与速度无因果关系 合力与速度方向可以同向 可以反向 合力与速度方向时 物体做加速运动 时物体做减速运动 相同 正比 同向 反向 比值 无关 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力 大卡车在水平方向上不只受到推力 还同时受到地面摩擦力的作用 它们相互平衡 即卡车受到的合力为零 加速度为零 故卡车不做加速运动 在地面上 停着一辆卡车 你使出全部力气也不能使卡车做加速运动 这与牛顿第二定律矛盾吗 为什么 答案 延伸思考 二 物理量与单位制 答案在国际上采用统一的单位制是非常重要的 也是非常必要的 美国国家航空航天局 nasa 在20世纪末曾发射过一个火星探测器 但它由于靠火星过近 结果因温度过高而起火 并脱离轨道坠入火星的大气层 航空航天局调查事故原因时发现 原来探测器的制造商洛克希德 马丁公司计算加速时的力使用了英制单位 而喷气推动实验室的工程师理所当然地认为他们提供的数据是以国际单位制算出来的 并把这些数据直接输入电脑 从这次事故的原因上 你能得到什么启示 答案 问题设计 1 单位制 单位和单位一起组成了单位制 1 基本量和基本单位首先被选定的几个物理量叫做基本量 基本物理量的单位叫基本单位 国际单位制中选定 电流 i 热力学温度 t 物质的量 n 发光强度 i 七个量为基本量 对应的七个基本单位是 安培 开尔文 摩尔 坎德拉 2 导出单位 由根据推导出来的其他物理量的单位 例如速度 加速度的单位 叫做导出单位 要点提炼 基本 导出 长度 l 质量 m 时间 t 米 千克 秒 基本量 物理关系 2 国际单位制中的力学单位 1 基本单位长度l 单位 质量m 单位 时间t 单位 2 常用的导出单位 m kg s 速度 v 由公式导出 单位 加速度 a 由公式a 导出 单位 力 f 由公式导出 单位 此外还有功 功率 压强等 m s m s2 f ma n 或kg m s2 3 单位制的应用 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 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 一 对牛顿第二定律的理解例1 多选 下列对牛顿第二定律的理解正确的是a 由f ma可知 m与a成反比b 牛顿第二定律说明当物体有加速度时 物体才受到外力的作用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 答案 解析 解析虽然f ma 但m与a无关 因a是由m和f共同决定的 即a 且a与f同时产生 同时消失 同时存在 同时改变 a与f的方向永远相同 综上所述 可知a b错误 c d正确 解析在物理计算中 如果各物理量的单位都统一到国际单位制中 则最后结果的单位也一定是国际单位制中的单位 二 对单位制的理解与应用例2质量m 200g的物体以加速度a 20cm s2做匀加速直线运动 则关于它受到的合外力的大小及单位 下列运算既简洁又符合一般运算要求的是a f 200 20 4000nb f 0 2 0 2n 0 04nc f 0 2 0 2 0 04nd f 0 2kg 0 2m s2 0 04n 答案 解析 三 牛顿第二定律的简单应用例3如图1所示 一质量为8kg的物体静止在粗糙的水平地面上 物体与地面间的动摩擦因数为0 2 用一水平力f 20n拉物体由a点开始运动 经过8s后撤去拉力f 再经过一段时间物体到达b点停止 求 g 10m s2 1 在拉力f作用下物体运动的加速度大小 图1 解析对物体受力分析 如图所示竖直方向mg n水平方向 由牛顿第二定律得f n ma1 答案0 5m s2 答案 解析 2 撤去拉力时物体的速度大小 答案4m s 答案 解析撤去拉力时物体的速度v a1t解得v 4m s 解析 3 撤去拉力f后物体运动的距离 答案4m 答案 解析撤去拉力f后由牛顿第二定律得 mg ma2解得a2 g 2m s2 由0 v2 2a2s 解析 例4如图2所示 质量为1kg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20n 与水平方向成37 角斜向右下的推力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10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 图2 答案5m s2 答案 解析 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 在水平方向上 fcos37 f ma 在竖直方向上 n mg fsin37 又因为 f n 联立 得 a 5m s2 课堂要点小结 1 牛顿第二定律和力的单位 1 内容 2 表达式 f ma 3 国际单位制中力的单位 n 1n 1kg m s22 牛顿第二定律的特点 1 因果性 2 瞬时性 3 矢量性 4 同体性 5 独立性 3 单位制 1 国际单位制中的力学单位 长度的单位米 m 时间的单位秒 s 质量的单位千克 kg 2 单位制的应用 简化计算过程 推导物理量的单位 判断比例系数的单位 检查物理量关系式的正误 达标检测 1 对单位制的理解 多选 关于力学单位制 下列说法正确的是a kg m s n是导出单位b kg m s是基本单位c 在国际单位制中 质量的单位可以是kg 也可以是gd 只有在国际单位制中 牛顿第二定律的表达式才是f ma 答案 1 2 3 4 解析 解析所谓导出单位 是利用物理公式和基本单位推导出来的 力学中的基本单位只有三个 即kg m s 其他单位都是由这三个基本单位衍生 推导 出来的 如 牛顿 n 是导出单位 即1n 1kg m s2 f ma 所以a项错误 b项正确 在国际单位制中 质量的单位只能是kg c项错误 在牛顿第二定律的表达式中 f ma k 1 只有在所有物理量都采用国际单位制时才能成立 d项正确 1 2 3 4 2 牛顿第二定律的理解 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 答案 1 2 3 4 解析 解析水平面光滑 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 即合外力逐渐减小 由公式f ma可知 当f逐渐减小时 a也逐渐减小 但速度逐渐增大 1 2 3 4 1 2 3 4 解析水平面光滑时物体的受力情况如图甲所示由牛顿第二定律 fcos37 ma1解得a1 8m s2 3 牛顿第二定律的简单应用 如图3所示 质量为4kg的物体静止于水平面上 现用大小为40n 与水平方向夹角为37 的斜向右上的力f拉物体 使物体沿水平面做匀加速运动 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 若水平面光滑 物体的加速度是多大 解析 答案8m s2 答案 图3 1 2 3 4 解析水平面不光滑时 物体的受力情况如图乙所示fcos37 f ma2n fsin37 mgf n 联立解得 a2 6m s2 2 若物体与水平面间的动摩擦因数为0 5 物体的加速度是多大 解析 答案6m s2 答案 1 2 3 4 4 牛顿第二定律的简单应用 如图4所示 沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中 悬挂小球的悬线偏离竖直方向37 角 小球和车厢相对静止 小球的质量为1kg g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 图4 1 求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况 解析 答案7 5m s2 方向水平向右车厢可能向右做匀加速直线运动或向左做匀减速直线运动 答案 解析解法一 合成法 小球和车厢相对静止 它们的加速度相同 以小球为研究对象 对小球进行受力分析如图甲所示 小球所受合力为f合 mgtan37 由牛顿第二定律得小球的加速度为 车厢的加速度与小球相同 车厢做的是向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 甲 1 2 3 4 解法二 正交分解法 建立直角坐标系如图