高中物理 第四章第3节牛顿第二定律目标导学 新人教版必修1.doc

3牛顿第二定律课堂合作探究问题导学一、牛顿第二定律活动与探究11从牛顿第二定律可知，无论怎么小的力都可以使物体产生加速度，可是当我们用力推一个很重的箱子时却推不动它（如图所示），这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？2一个玩具火箭有两个发动机，可以提供大小相等的推力，当这两个发动机同时向前推火箭时，火箭的加速度为3 m/s2。如果这两个发动机以互成120角的力推火箭，求火箭的加速度。迁移与应用1如图所示，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，球和车厢相对静止，球的质量为1 kg。（g取10 m/s2，sin 37=0.6，cos 37=0.8）（1）求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况；（2）求悬线对球的拉力。（1）内容：物体的加速度跟所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。（2）数学表达式：f合ma。式中f、m、a的单位必须统一为国际单位。（3）牛顿第二定律的性质矢量性：牛顿第二定律的公式是矢量式，任一瞬间，a的方向均与f的方向一致。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：f、m及a是对同一物体或同一系统而言的。独立性：即力的独立作用原理，当物体受多个力作用时，每一个力都产生一个加速度，物体运动的加速度为每个力产生的加速度的矢量和。相对性：物体的加速度必须是对静止的或匀速直线运动的参考系而言的。对加速运动的参考系不适用。（4）用牛顿第二定律解题的一般步骤确定研究对象。进行受力分析和运动状态分析，画出示意图。求出合力或加速度。受两个力时一般用平行四边形定则求合力，受三个或三个以上的力时一般用正交分解法求合力。根据牛顿第二定律fma求解。二、合外力、加速度与速度的关系活动与探究21关于加速度的两个公式a、a，哪一个公式是加速度的定义式？哪一个公式是加速度的决定式？2物体所受的合外力f、加速度a、速度v三者在大小和方向上有什么关系？迁移与应用2在平直轨道上运动的车厢中，在光滑水平桌面上用弹簧拴着一个小球，弹簧处于自然长度，如图所示。当旅客看到弹簧的长度变长时，对火车运动状态的判断可能是（）a火车向右方运动，速度在增加中b火车向右方运动，速度在减小中c火车向左方运动，速度在增加中d火车向左方运动，速度在减小中（1）牛顿第二定律不仅指出了物体的加速度的大小与合外力之间的关系，而且也指明了加速度与合外力之间的方向关系，即加速度a的方向就是合外力f的方向，反过来说合外力f的方向就是加速度a的方向。（2）加速度a的大小和方向由物体的合力决定，而物体速度v的变化则由a和v的方向关系决定，a与v同向物体做加速运动，a与v反向物体做减速运动。（3）a是加速度的定义式，a是加速度的决定式，揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素。三、牛顿第二定律的瞬时性活动与探究3如图所示，质量均为m的a和b两球用轻弹簧连接，a球用细线悬挂起来，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两球的瞬间加速度各是多少？迁移与应用3如图所示，质量为m的小球用水平轻弹簧系住，并用倾角为30的光滑木板ab托住，小球恰好处于静止状态。当木板ab突然向下撤离的瞬间，小球的加速度大小为（）a0 bg cg dg分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析瞬时前后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）：认为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，其中弹力立即发生变化，不需要形变恢复时间，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）：此种物体的特点是形变量大，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。当堂检测1静止在光滑水平面上的物体，受到一个水平拉力，在力刚开始作用的瞬间，下列说法正确的是（）a物体立即获得加速度和速度b物体立即获得加速度，但速度仍为零c物体立即获得速度，但加速度仍为零d物体的速度和加速度均为零2下列说法正确的是（）a物体所受合外力为零时，物体的速度必为零b物体所受合外力越大，则加速度越大，速度也越大c速度方向、加速度方向、合外力方向三者总是相同的d速度方向可与加速度成任何夹角，但加速度方向总是与合外力的方向相同3某绿化用洒水车的牵引力不变，所受阻力与重力的关系为ffkmg（k为常数），未洒水时，做匀速直线运动，洒水时它的运动将是（）a做变加速运动b做初速度不为零的匀加速直线运动c做匀减速运动d仍做匀速直线运动4如图所示，轻弹簧下端固定在水平面上，一个小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度后停止下落。在小球下落的这一全过程中，下列说法中正确的是（）a小球刚接触弹簧瞬间速度最大b从小球接触弹簧起加速度变为竖直向上c从小球接触弹簧到到达最低点，小球的速度先增大后减小d从小球接触弹簧到到达最低点，小球的加速度先减小后增大5台阶式电梯与地面的夹角为，一质量为m的人站在电梯的一台阶上相对电梯静止，如图所示。则当电梯以加速度a匀加速上升时，求：（1）人受到的摩擦力是多大？（2）人对电梯的压力是多大？答案：课堂合作探究【问题导学】活动与探究1：1答案：没有矛盾。由公式fma可知，f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。现用力推一很重的箱子时，箱子静止，说明合外力为零。2答案：设每个发动机提供的推力为f，两个发动机同时向前推火箭时，受力如图甲所示，此时火箭受合力为f12f；两个发动机同时以成120角的力推火箭，受力如图乙所示，此时火箭受合力为f2f。由牛顿第二定律，在图甲情况下f12fma1，在图乙情况下f2fma2。由两式得a21.5 m/s2，其方向与合力方向相同，沿与f成60角方向。迁移与应用1：答案：（1）7.5 m/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（2）12.5 n解析：方法一：（合成法）（1）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所示，小球所受合力f合mgtan 37，由牛顿第二定律得小球的加速度为加速度方向向右。车厢的加速度与小球相同，车厢做的是向右的匀加速运动或向左的匀减速运动。（2）由图可知，悬线对球的拉力大小为。方法二：（正交分解法）（1）建立直角坐标系如图所示，正交分解各力，根据牛顿第二定律列方程得x方向fxma，y方向fymg0。即fsin ma，fcos mg0。化简解得7.5 m/s2，加速度方向向右。（2）。活动与探究2：1答案：（1）加速度定义为速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值，因此a是定义式，加速度等于速度的变化率，但不能说a与v成正比，a与t成反比；（2）根据牛顿第二定律，物体的加速度跟合外力成正比。跟物体的质量成反比，也就是说，物体的加速度由合外力与质量决定，因此a是加速度的决定式。2答案：（1）物体所受合外力的方向决定了其加速度的方向。合外力与速度同向时，物体做加速运动，反之做减速运动。（2）合外力与加速度的大小关系是fma，只要有合外力，不管速度是大还是小，都存在加速度。只要合外力为零，则加速度也为零，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。迁移与应用2：bc解析：本题如直接分析火车的运动，将不知从何处着手，由于小球随车一起运动，因此取小球作为研究对象。由于弹簧变长了，故小球受到向左的弹力，即小球受到的合力向左。因为加速度a与f合同向，故小球的加速度方向向左。加速度a方向向左，并不能说明速度方向也向左，应有两种可能：（1）速度v方向向左时，v增大，做加速运动，c正确；（2）速度v方向向右时，a与v方向相反，速度v减小，做减速运动，b正确。活动与探究3：答案：先分析细线未剪断时a和b的受力情况，如图所示。a球受重力mg、弹力f1及细线拉力f2；b球受重力mg、弹力f1，且f1mg。剪断细线瞬间，f2瞬时消失，但轻质弹簧尚未收缩，仍保持原来形变，f1不变，故b球受力不变，此时b球瞬间加速度ab0。此