高中物理 4.3 牛顿第二定律课件 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 一 牛顿第二定律1 内容 物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比 跟它的质量成反比 加速度的方向跟作用力的方向相同 2 表达式 f kma 选取k 1 则f ma 自主探究 用一个较小的力向上提重物 根据牛顿第二定律 重物将向上加速运动 而事实上重物却没有动 你如何解释 当提力小于重力时 重物共受到 力 力和 力三个力的作用 三力合力为 由牛顿第二定律可知 重物的加速度为 成功发现物体受多个力时 f指的是 力 重 提 支持 0 0 合 二 力的单位1 国际单位 力的单位是 简称 符号 2 1n的定义 使质量1kg的物体产生1m s2的加速度的力规定为1n 即1n 3 比例系数k 在国际单位制中 f m a的单位分别为 关系式f kma中的k 1 牛顿 牛 n 1kg m s2 n kg m s2 要点1对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律揭示了加速度与力和质量的定量关系 指明了加速度大小和方向的决定因素 对牛顿第二定律 还应从以下几个方面深刻理解 思路点拨 审题时注意物理公式不同于数学公式 不能单从形式上判断正反比关系 要从物理意义角度去分析 精讲精析 牛顿第二定律的表达式f ma表明了各物理量之间的数量关系 即已知两个量 可求第三个量 作用在物体上的合外力 可由物体的质量和加速度计算 并不由它们决定 a错 质量是物体本身的属性 由物体本身决定 与物体是否受力无关 b错 由牛顿第二定律知加速度与合外力成正比 与质量成反比 m可由其他两量求得 故c d对 答案 cd 1 静止在光滑水平面上的物体 受到一个水平推力 在刚开始作用的瞬间 下列说法正确的是 a 物体立即获得加速度 但速度为零b 物体立即获得速度 但加速度为零c 物体同时获得速度和加速度d 物体的速度和加速度均为零 解析 选a 合力与物体的加速度有瞬时对应关系 在受到推力的瞬间 马上就有了加速度 但这一瞬间 时间变化仍为零 即 v a t 0 所以速度还没有变化 物体仍然是静止的 要点2应用牛顿第二定律解题的常用方法1 合成法 1 方法 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 2 步骤 确定研究对象 进行受力分析和运动状态分析 画出受力分析图 明确运动性质和运动过程 求出合力或加速度 根据牛顿第二定律列方程求解 如图4 3 1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1kg g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况 2 悬线对球的拉力 图4 3 1 精讲精析 法一 合成法 1 由于车厢沿水平方向运动 所以小球加速度 或合力 的方向水平向右 选小球为研究对象 受力分析如图4 3 2所示 由牛顿第二定律得f合 mgtan37 ma 图4 3 2 法二 正交分解法建立坐标系 并将悬线对小球的拉力正交分解 如图4 3 3所示 则沿水平方向有fsin37 ma 竖直方向有fcos37 mg 联立以上两式可解得车厢的加速度a和悬线对球的拉力f 图4 3 3 答案 见精讲精析 方法总结 合成法一般只适用于物体只受两个力的情况 物体受两个或两个以上的力的情况正交分解法都适用 2 如图4 3 4所示 质量为4kg的物体静止在水平面上 物体与水平面间的动摩擦因数为0 5 物体受到大小为20n 与水平方向成37 角斜向上的拉力f作用时 沿水平面做匀加速运动 求 1 物体加速度的大小 2 10s末的速度大小和10s内的位移大小 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 图4 3 4 解析 选取物体为研究对象 对其受力分析如图所示 1 在水平方向 fcos37 ff ma 在竖直方向 fn fsin37 mg 又因为 ff fn 解 可得 a 0 5m s2 答案 1 0 5m s2 2 5m s25m 要点3瞬时加速度的求解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 此类问题应注意以下两种基本模型 1 刚性绳 或接触面 可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 其弹力立即消失 不需要考虑形变恢复时间 一般题目中所给的细线和接触面 在不加特殊说明时 均可按此模型处理 2 弹簧 或橡皮绳 此类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 如图4 3 5甲所示 一质量为m的物体系于长度分别为l1 l2的两根细线上 l1的一端悬挂在天花板上 与竖直方向的夹角为 l2水平拉直 物体处于平衡状态 求解下列问题 图4 3 5 1 现将线l2剪断 求剪断l2的瞬间物体的加速度 2 若将图甲中的细线l1换成长度相同 质量不计的轻弹簧 如图乙所示 其他条件不变 求剪断l2的瞬间物体的加速度 思路点拨 解答本题时应注意以下两点 1 其他力改变时 细线上的弹力可以在瞬间发生突变 2 其他力改变时 弹簧的弹力瞬间不变 精讲精析 1 当线l2被剪断的瞬间 因细线l2对球的弹力突然消失 而引起l1上的张力发生突变 使物体的受力情况改变 瞬时加速度方向为沿垂直l1斜向下方 大小为a gsin 2 当线l2被剪断时 细线l2对球的弹力突然消失 而弹簧的形变还来不及变化 变化要有一个过程 不能突变 因而弹簧的弹力不变 它与重力的合力与细线l2对球的弹力是一对平衡力 等值反向 所以线l2剪断时的瞬时加速度为a gtan 方向水平向右 答案 1 gsin 方向沿垂直于l1斜向下方 2 gtan 方向水平向右 方法总结 对于发生突变后的力 应根据突变后的瞬间状态求解 对于不发生突变的力应根据原状态求解 3 如图4 3 6所示 天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的质量相同的小球 两小球均保持静止 当突然剪断细绳的瞬间 上面小球a与下面小球b的加速度分别为 以向上为正方向 a a1 ga2 gb a1 2ga2 0c a1 2ga2 0d a1 0a2 g 图4 3 6 解析 选c 分别以a b为研究对象 分析剪断前和剪断时的受力 剪断前a b静止 a球受三个力 绳子的拉力ft 重力mg和弹簧弹力f b球受两个力 重力mg和弹簧弹力f a球 ft mg f 0 b球 f mg 0 f f 解得ft 2mg f mg 剪断瞬间 a球受两个力 因为绳无弹性 剪断瞬间拉力不存在 而弹簧瞬间形状不可改变 弹力不变 如图 a球受重力mg 弹簧的弹力f 同理b球受重力mg和弹力f a球 mg f ma1 b球 f mg ma2解得a1 2g a2 0 牛顿第二定律与图象的综合应用 经典案例 12分 粗糙的水平面上一物体在水平方向拉力作用下做直线运动 水平拉力f及运动速度v随时间变化的图线如图4 3 7甲 乙所示 取重力加速度g 10m s2 求 1 前2s内物体运动的加速度和位移的大小 2 物体的质量m和物体与地面间的动摩擦因数 图4 3 7 思路点拨 解答此类问题时应注意以下关键点 1 将物体的运动过程及受力过程根据图象分段 2 弄清每一段的受力特点 运动特点 3 注意题目是否隐含物体还受其他力的作用 物体受力如图4 3 8所示 对前2s 由牛顿第二定律得f f1 maf1 mg 4分 后2s物体匀速运动 由平衡条件得f