高三物理教案牛顿第二定律.doc

个性化教学辅导教案学科：物理 任课教师： 授课时间：2013 年 月 日(星期 四 ) : 00 : 00 姓名年级高三性别男 教学课题 牛顿第二定律教学目标理解牛顿第二定律的内容，熟练掌握两种动力学问题的解题思路和解题方法。重点难点熟练利用牛顿第二定律进行解题。重点培养学生的分析能力、审题能力和解题能力。课前检查作业完成情况：优 良 中 差 建议_第 3 次课第 3 讲 牛顿第二定律基础知识归纳（一）牛顿第二定律1. 内容：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比。公式：F=ma。2. 对牛顿第二定律的理解 （1）力是产生加速度的原因公式F合ma左边是物体受到的合外力，右边反映了质量为m的物体在此合外力作用下产生的加速度a，它突出了力是物体产生加速度的原因。所以可以说：“物体的加速度与合外力成正比.”而不能说：“合外力与加速度成正比。”（2）牛顿第二定律的“四性”，即“瞬时性、矢量性、同一性、同时性”。瞬时性：牛顿第二定律表明了物体的加速度与物体所受合外力的瞬时对应关系. a为某一瞬时的加速度，F即为该时刻物体所受的合外力，对同一物体的a与F关系为“同时变”。矢量性：公式Fma是矢量式，任一瞬时，a的方向均与合外力方向相同. 当合外力方向变化时，a的方向同时变化，且任意时刻两者方向均保持一致。同一性：牛顿第二定律的“同一性”有两层意思，一是指加速度a相对于同一个惯性系，一般以大地为参考系；二是指式中F、m、a三量必须对应同一个物体或同一个系统. 同时性：F、a只有因果关系而没有先后之分。F发生变化，a同时变化，包括大小和方向。3. F=ma这种形式只是在一定的单位制里才适用。一般地说F=kma，k是常数，但它的数值却与使用的单位有关。在国际单位制中，即F、m、a分别用N、kg、作单位，k=1，所以简写为F=ma.4. 牛顿第二定律适用于惯性参考系（相对地面的加速度为零的参考系）。牛顿运动定律适用于低速运动的宏观物体，不适用于高速运动的微观物体。（二）力、加速度、速度关系1. 物体所受合外力的方向决定了其加速度的方向，合力与加速度的大小关系是Fma，只要有合力，不管速度是大还是小，或是零，都有加速度，只有合力为零，加速度才能为零。一般情况下，合力与速度无必然的关系，只有速度变化才与合力有必然的联系. 2. 合力与速度同向时，物体加速，反之减速. 3. 力与运动的关系：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当时加速度的大小，而加速度的大小决定了单位时间内速度的变化量的大小，加速度大小与速度大小无必然的联系. 4. 区别加速度的定义式与决定式定义式：，即加速度定义为速度变化量与所用时间的比值，而aF/m则提示了加速度决定于物体所受的合外力与物体的质量. 问题1、力与运动的关系问题：如图所示，轻质弹簧上面固定一块质量不计的薄板，在薄板上放重物，用手将重物向下压缩到一定程度后，突然将手撤去，则重物将被弹簧弹射出去，则在弹射过程中（重物与弹簧脱离之前）重物的运动情况是（ ）A. 一直加速运动B. 匀加速运动C. 先加速运动后减速运动D. 先减速运动后加速运动答案：C变式1、在光滑的水平面上有一个物体同时受到两个水平力F1和F2的作用，在第1s内保持静止状态。若两个力F1、F2随着时间变化的图象如图所示，则据图可判断下列说法正确的是（ ）A. 在第2s内，物体做匀加速运动，加速度大小恒定，速度均匀增大B. 在第3s内，物体做匀加速运动，加速度的大小均匀减小，速度逐渐减小C. 在第5s内，物体做变加速运动，加速度的大小均匀减小，速度逐渐增大D. 在第6s内，物体的加速度与速度均为零答案：C变式2、如图所示，一足够长的木板静止在光滑水平面上，一物块静止在木板上，木板和物块间有摩擦。现用水平力向右拉木板，当物块相对木板滑动了一段距离但仍有相对运动时，撤掉拉力，此后木板和物块相对于水平面的运动情况为 （ ）A. 物块先向左运动，再向右运动B. 物块向右运动，速度逐渐增大，直到做匀速运动C. 木板向右运动，速度逐渐变小，直到做匀速运动D. 木板和物块的速度都逐渐变小，直到为零答案：BC（三）用牛顿第二定律解题的常用方法：1. 合成法：若物体只受两个力作用而产生加速度时，应用力的合成法较简单，注意合外力方向就是加速度方向。解题时只要知道合外力的方向，就可知道加速度的方向，反之亦然，解题时要准确画出力的平行四边形，然后利用几何关系进行求解。2. 正交分解法：当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时，常用正交分解法解题。多数情况下是把力正交分解在加速度方向和垂直加速度方向上，此时有Fx=ma，Fy=0，特殊情况下分解加速度比分解力更简单，应用步骤一般为：（1）确定研究对象；（2）分析研究对象的受力情况并画出受力图；（3）建立直角坐标系，把力或加速度分解在x轴和y轴上；（4）分别沿x轴方向和y轴方向应用牛顿第二定律列出方程；（5）统一单位，计算数值。3. 整体法：是将一组连接体作为一个整体看待。牛顿第二定律F合ma，F合是指研究对象所受的合外力，将连接体作为整体看待，简化了受力情况，因为连接体的相互作用力是内力而不是外力。在研究连接体的加速度与力的关系时，往往是将连接体视为整体。把连接体视为整体时，连接体各部分的运动状态可以相同，也可以不相同。对牛顿第二定律F合ma，F合是整体所受的合外力，ma是整体与外力对应的效果，对各个部分运动状态不同的情况。将各个部分的效果求矢量和，即，在平面内可用x、y分量表示：4. 隔离法：多是在求解连接体的相互作用力时采用，即将某个部分从连接体中分离出来，其他部分对它的作用力就成了外力。整体法与隔离法在研究连接体问题时经常交替使用。问题2、合成法与正交分解法在牛顿运动定律中的应用问题：一倾角为的斜面上放一木块，木块上固定一支架，支架末端用细绳悬挂一小球，木块在斜面上下滑时，小球与滑块相对静止共同运动，当细线（1）沿竖直方向；（2）与斜面方向垂直；（3）沿水平方向，求上述3种情况下滑块下滑的加速度（如下图）解析：由题意知，小球与木块相对静止有共同的加速度。（1）如图（a）所示，与mg都是竖直方向，故不可能有加速度。，说明木块沿斜面匀速下滑。（2）如图（b）所示，的合力必为加速度方向，即沿斜面方向，作出平行四边形。可知由牛顿第二定律知即加速度沿斜面向下，大小为。（3）由于细绳只能产生拉力且沿绳的方向，故小球受力情况如图（c）所示，由图可见即，方向沿斜面向下。答案：（1）0 （2） 沿斜面向下 （3） 沿斜面向下变式3、如图所示，质量M=400g的劈形木块B上叠放一木块A，A的质量m=200g。A、B一起放在斜面上，斜面倾角，B的上表面呈水平，B与斜面之间及B与A之间的动摩擦因数均为。当B受到一个F=5.76N的沿斜面向上的作用力时，A相对B静止，并一起沿斜面向上运动。求（1）B的加速度大小。（2）A受到的摩擦力及A对B的压力大小（sin370.6，cos370.8，g=10m/s2）。解析：此题应先将A、B当成一个整体，进行受力分析，求出整体的加速度（即B的加速度），再沿水平方向和竖直方向建立坐标系，求A受到的摩擦力及A对B的压力。A、B整体受到重力G、推力F、斜面的支持力及斜面的摩擦力，受力如图所示，有此三式联立得B的加速度为。A与B保持相对静止，故A也以的加速度沿斜面向上运动。A所受的合力方向与加速度方向一致也沿斜面向上。对A受力分析，A在竖直方向上受B对它的支持力及重力GA。为了使A的合力沿斜面向上，可推知B必然要给A一个向左的静摩擦力，故A的受力图如图所示，将A的加速度a分解到水平和竖直方向上得到两个分加速度a1、a2，根据牛顿第二定律可列式：竖直方向：水平方向：代入数据得：由牛顿第三定律得：A对B的压力与B对A的支持力为一对作用力与反作用力，则A对B的压力为。问题3、整体法和隔离法在连接体问题中的运用：如图所示，三物体以细绳相连，A、C与水平桌面间的动摩擦因数，求系统的加速度和绳中的张力。解析：系统的加速度大小可由系统沿绳运动方向的受力情况来求，求绳中的张力时必须把物体A、C、B隔离开，此题是由整体的受力情况来求加速度，绳中张力用隔离法求解。以A、B、C系统为研究对象，其所受的外力在绳的方向上，有则系统的加速度为设A、C间绳的张力为F1，以C为研究对象，则有，所以.设A、B之间的张力为F2，以A、C为研究对象有所以变式5、如图所示，一小车静止在水平面上，其顶板上的O点悬挂一根串联着不同质量的A、B两小球的细绳，其中Mm。若小车沿水平面以加速度a向右加速运动，问稳定后OA绳、AB绳与竖直方向的夹角分别为多少？（设小球不会碰到车壁）解析：设两绳与竖直方向的夹角分别为、，对A、B球整体进行分析，受力如图甲所示，有：对B球，其受力如图乙所示，有：即O、A、B在同一斜线上。变式6、如下图所示，光滑水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块，其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连，木块间的最大静摩擦力是。现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块，使四个木块以同一加速度运动，则轻绳对m的最大拉力为（ ）A. B. C. D. 答案：B牛顿第二定律 课后练习一、选择题1如图，一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧，其左端固定在小车上，右端与一小球相连设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态，若忽略小球与小车间的摩擦力，则在此段时间内小车可能是()A向右做加速运动B向右做减速运动C向左做加速运动 D向左做减速运动解析：选AD.弹簧压缩，小球受向右的弹力，由牛顿第二定律知小球加速度必向右，因此，小球可能向右加速或向左减速，A、D正确，B、C错误2. 如图所示，车内绳AB与绳BC拴住一小球，BC水平，车由原来的静止状态变为向右加速直线运动，小球仍处于图中所示的位置，则()AAB绳、BC绳拉力都变大BAB绳拉力变大，BC绳拉力变小CAB绳拉力变大，BC绳拉力不变DAB绳拉力不变，BC绳拉力变大解析： 选D.如图，车加速时，球的位置不变，则AB绳拉力沿竖直方向的分力仍为FT1cos，且等于重力G，即FT1，故FT1不变向右的加速度只能是由BC绳上增加的拉力提供，故FT2增加，所以D正确3一物块以某一初速度沿粗糙的斜面向上沿直线滑行，到达最高点后自行向下滑动，不计空气阻力，设物块与斜面间的动摩擦因数处处相同，下列图象能正确表示物块在这一过程中的速率与时间关系的是()答案：C4将一个物体以某一速度从地面竖直向上抛出，物体在运动过程中所受空气阻力大小不变，则物体()A刚抛出时的速度最大B在最高点的加速度为零C上升时间大于下落时间D上升时的加速度等于下落时的加速度解析：选A.最高点速度为零，物体受重力和阻力，合力不可能为零，加速度不为零，故B项错上升时做匀减速运动，ha1t，下落时做匀加速运动，ha2t，又因为a1，a2，所以t1gsin，A才受沿传送带向上的静摩擦力作用B只有agsin，A才受沿传送带向上的静摩擦力作用C只有agsin，A才受沿传送带向上的静摩擦力作用D无论a为多大，A都受沿传送带向上的静摩擦力作用解析：选B.A与传送带相对静止，倾角为的传送带沿逆时针方向以加速度a加速转动时，A有沿斜面向下的加速度a，对A受力分析可知只有aFf1，做匀减速直线运动，所以正确选项为C.10. 如图所示，一个质量为m的圆环套在一根固定的水平长直杆上，环与杆的动摩擦因数为.现给环一个向右的初速度v0，同时对环施加一个竖直向上的作用力F，并使F的大小随v的大小变化，两者的关系为Fkv，其中k为常数，则环运动过程中的vt图象可能是()解析：选ABD.若Fmg，则合力为0，环做匀速运动，A正确；若Fmg，则合力等于(Fmg)(kvmg)，环做减速运动，随着v减小，合力减小，加速度也减小，当速度减小到一定值时，Fmg，环匀速运动，D正确；若Fmg，则合力等于(mgF)(mgkv)，环做减速运动，随着v减小，合力增大，加速度也增大，最终速度减小为0，B正确二、计算题11在倾斜角为的长斜面上，一带有风帆的滑块从静止开始沿斜面下滑，滑块(连同风帆)的质量为m，滑块与斜面间的动摩擦因数为，风帆受到的沿斜面向上的空气阻力与滑块下滑的速度大小成正比，即Ffkv.滑块从静止开始沿斜面下滑的vt图象如图所示，图中的倾斜直线是t0时刻速度图线的切线(1)由图象求滑块下滑的最大加速度和最大速度的大小(2)若m2 kg，37，g10 m/s2，求出和k的值解析：(1)由图象知：vm2 m/st0时，加速度a最大am3 m/s2.(2)根据牛顿第二定律得mg sin37mgcos37mam解得0.375达最大速度后，滑块做匀速直线运动，有：mgsin37mgcos37kvm解得k3 Ns/m.答案：(1)3 m/s22 m/s(2)0.3753 Ns/m12有一种大型游戏机叫“跳楼机”，参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，由电动机将座椅沿光滑的竖直轨道提升到离地面40 m高处，然后由静止释放可以认为座椅沿轨道做自由落体运动2 s后，开始受到恒定阻力而立即做匀减速运动，且下落到离地面4 m高处时速度刚好减小到零然后再让座椅以相当缓慢的速度稳稳下落，将游客送回地面(取g10 m/s2)求：(1)座椅在自由下落结束时刻的速度是多大？(2)座椅在匀减速阶段的时间是多少？(3)在匀减速阶段，座椅对游客的作用力大小是游客体重的多少倍？解析：(1)设座椅在自由下落结束时刻的速度为v，由vgt1得：v20 m/s.(2)设座椅自由下落和匀减速运动