高中物理 4.4牛顿第二定律同步教学课件 粤教版必修1.ppt

1 在上一节课探究加速度与力 质量的定量关系时 小车的运动条件是什么 求出的加速度是瞬时加速度 还是一段时间内的加速度 提示 小车必须做匀变速直线运动 才能求出小车的加速度 并且现有知识用匀变速直线运动公式只能求出一段时间内的加速度 2 数据采集器的优点有哪些 提示 1 能求瞬时加速度 2 求出的加速度误差小 精度高 3 数据处理方便 快捷 4 采集的数据误差小 作出图象逼真 5 变定性为定量 变抽象为直观 典例1如图 a 是由采集器 传感器 组合教具 软件组成的探究 加速度与力 质量的定量关系 的实验系统装置 它能精确地实现各种实验数据的采集和数据分析处理 若图 b 是保持滑块m不变 改变拉力f时 利用软件分析数据得到的v t图象 由图象中数据分析实验结果 可得到什么结论 解答本题应注意以下两点 1 理解 探究加速度与力 质量的定量关系 的原理 2 会读电脑绘图 规范解答 由图 b 知 当滑块的质量不变时 即a f 变式备选 由牛顿第二定律知道 无论怎样小的力都可以使物体产生加速度 可是当我们用一个很小的力去推很重的桌子时 却推不动它 这是因为 a 牛顿第二定律不适用于静止的物体b 桌子的加速度很小 速度增量极小 眼睛不易觉察到c 推力小于静摩擦力 加速度是负的d 桌子所受的合力为零 解析 选d 牛顿第二定律中的力f是指合外力 用很小的力推桌子 推力小于最大静摩擦力 桌子未动 合力为零 故无加速度 a b c错误 d正确 1 通过上一节的实验 我们知道物体的加速度与物体的合外力成正比 与物体的质量成反比 那么 我们如何用数学式子把这个结论表示出来 提示 由结论可知a 引入比例系数k并变形 可以得到公式f kma 2 牛顿第二定律不仅描述了f m a的数量关系 还描述了它们之间的方向关系 结合上节课实验的探究 试分析它们的方向关系如何 提示 质量m是标量 没有方向 加速度方向与合外力的方向相同 3 试结合下表探究牛顿第二定律的四性 提示 牛顿第一定律与牛顿第二定律的区别与联系 1 对牛顿第二定律的理解 1 矢量性 2 瞬时性 3 同体性 4 独立性2 表达式 a 或f ma说明 1 a 是加速度的决定式 2 力是产生加速度的原因 3 m 中m与f a无关 典例2 2010 安徽高考 质量为2kg的物体在水平推力f的作用下沿水平面做直线运动 一段时间后撤去f 其运动的v t图象如图所示 g取10m s2 求 1 物体与水平面间的动摩擦因数 2 水平推力f的大小 3 0 10s内物体运动位移的大小 解答本题时可按以下思路分析 规范解答 1 设物体做匀减速运动时的时间为 t2 初速度为v20 末速度为v2t 加速度为a2 则m s2 2m s2 设物体所受的摩擦力为f 由牛顿第二定律得 f ma2 f mg 联立 式 代入数据得 0 2 2 设物体做匀加速直线运动的时间为 t1 初速度为v10 末速度为v1t 加速度为a1 则m s2 1m s2 根据牛顿第二定律 有 f f ma1 联立 式 代入数据得 f 6n 3 由匀变速直线运动的位移公式 得s s1 s2 v10 t1 a1 t12 v20 t2 a2 t22 46m 解答本题时一定要正确挖掘图象中的有用信息 对物体进行正确的受力分析和运动过程分析 变式备选 质量m 2kg的物体同时受到向右的作用力f1 2n和向左的作用力f2 4n作用时 求 1 f1使物体产生的加速度 f2使物体产生的加速度 2 物体运动的加速度 解析 1 根据牛顿第二定律的独立性 由f1产生的加速度a1 1m s2 根据加速度与力同向性 知f1使物体产生的加速度方向向右 同理f2产生的加速度a2 2m s2 方向向左 2 物体实际的加速度是这两个加速度的矢量和 即a a2 a1 1m s2 方向向左 答案 1 1m s2向右2m s2向左 2 1m s2向左 典例3 2011 漳州高一检测 如图所示 一轻绳上端系在车的左上角的a点 另一轻绳一端系在车左端b点 b点在a点正下方 a b距离为b 两绳另一端在c点相结并系一质量为m的小球 绳ac长度为绳bc长度为b 两绳能够承受的最大拉力均为2mg 求 1 绳bc刚好被拉直时 车的加速度是多大 2 为不拉断轻绳 车向左运动的最大加速度是多大 思路点拨 解答本题时明确以下两点 1 绳bc刚好被拉直时张力以及夹角 的大小 运用平行四边形定则求小球受到的合力 2 明确车向左运动的加速度最大时 bc绳上的张力及夹角 是否变化 规范解答 1 绳bc刚好被拉直时 小球受力如图所示 因为ab bc b ac b故绳bc方向与ab垂直 cos 45 由牛顿第二定律 得mgtan ma 可得a g 2 小车向左的加速度增大 ac bc绳方向不变 所以ac绳拉力不变 bc绳拉力变大 bc绳拉力最大时 小车向左的加速度最大 小球受力如图 由牛顿第二定律 得tm mgtan mam 因为tm 2mg 所以最大加速度为am 3g答案 1 g 2 3g 1 双选 在牛顿第二定律的数学表达式f kma中 有关比例系数k的说法 正确的是 a k的数值由f m a的数值决定b k的数值由f m a的单位决定c 在国际单位制中 k 1d 在任何情况下k都等于1 解析 选b c 物理公式在确定物理量数量关系的同时 也确定了物理量的单位 在f kma中 只有 m 的单位取kg a 的单位取m s2 f 的单位取n时 k 1 故a d错 选项b c正确 2 关于速度 加速度 合外力间的关系正确的是 a 物体的速度越大 则加速度越大 所受的合外力越大b 物体的速度为零 则加速度一定为零 所受合外力也为零c 物体的速度为零 加速度可能很大 所受合外力也可能为零d 物体的速度很大 加速度可能为零 所受的合外力也可能为零 解析 选d 由牛顿第二定律f ma和加速度公式a 可知 加速度与合外力存在对应关系 一个确定的物体 加速度越大 则物体所受合外力越大 c错误 加速度与物体的速度变化率有关 而与物体的速度无直接关系 综上所述选项a b错 d正确 3 质量为1kg的物体受3n和4n的两个共点力的作用 物体的加速度可能是 a 0 5m s2b 7m s2c 8m s2d 9m s2 解析 选b 由 f1 f2 f合 f1 f2知 3n和4n两力的合力范围是1n至7n 由a 知 加速度大小范围是1m s2至7m s2 故选项b正确 a c d错误 4 双选 关于牛顿第二定律的下列说法中 正确的是 a 物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合外力大小决定 与物体的速度大小无关b 物体加速度的方向只由它所受合力的方向决定 与速度方向无关c 物体所受合力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的d 一旦物体所受合力为零 则物体的加速度立即为零 其速度也一定立即变为零 解析 选a b 加速度与速度或合外力没有必然关系 由公式a 可知 加速度的大小由合外力和质量决定 加速度方向与合外力方向一定相同a b正确 它们瞬时对应 合外力一旦为零 加速度会立即为零 速度不一定为零 d错误 合外力方向和加速度方向相同 而速度方向和加速度方向可能相同 也可能相反 故c错 5 2010 海南高考 雨滴下落时所受到的空气阻力与雨滴的速度有关 雨滴速度越大 它受到的空气阻力越大 此外 当雨滴速度一定时 雨滴下落时所受到的空气阻力还与雨滴半径的 次方成正比 1 2 假设一个大雨滴和一个小雨滴从同一云层同时下落 最终它们都 填 加速 减速 或 匀速 下落 填 大 或 小 雨滴先落到地面 接近地面时 填 大 或 小 雨滴的速度较小 解析 由于雨滴受到的空气阻力与速度有关 速度越大阻力越大 因此最终当阻力增大到与重力平衡时都做匀速运动 设雨滴半径为r 则当雨滴匀速下落时受到的空气阻力f r 而重力mg r3g 由于1 2 因此半径大的匀速运动的速度大 先落地且落地速度大 小雨滴落地速度小 答案 匀速大小 一 选择题 本题共5小题 每小题5分 共25分 1 2010 海南高考 下列说法正确的是 a 若物体运动速率始终不变 则物体所受合力一定为零b 若物体的加速度均匀增加 则物体做匀加速直线运动c 若物体所受合力与其速度方向相反 则物体做匀减速直线运动d 若物体在任意的相等时间间隔内位移相等 则物体做匀速直线运动 解析 选d 若物体运动速率始终不变 速度大小不变 但速度方向可能变化 因此合力不一定为零 a错 物体的加速度均匀增加 即加速度在变化 是非匀加速运动 b错 物体所受合力与其速度方向相反 只能判断其做减速运动 但加速度大小不可确定 c错 若物体在任意的相等时间间隔内位移相等 则物体做匀速直线运动 d对 2 双选 下面说法中正确的是 a 物体先有加速度 根据f ma物体才受到力作用b 物体先受到力作用 才有加速度c 物体受到的力发生改变 物体的加速度的改变要迟后一点d 物体受到的力和加速度同时变化 解析 选b d 根据牛顿第二定律的 因果性 知物体受到了力才会有加速度 故a错b对 根据牛顿第二定律的 同时性 物体受到的力发生改变 物体的加速度要同时改变 故c错d对 3 从正在加速上升的气球上落下一个物体 在物体刚离开气球的瞬间 下列说法正确的是 a 物体向下做自由落体运动b 物体向上做匀加速运动 加速度向上c 物体向上做匀减速运动 加速度向下d 物体向上还是向下运动 要看物体离开气球时的速度 解析 选c 刚离开气球瞬间 物体由于惯性保持向上的速度 但由于合外力向下且大小恒定 故物体的加速度大小为g 方向向下 做匀减速运动 4 如图所示为杂技 顶竿 表演的示意图 一人站在地上 肩上扛一质量为m的竖直竹竿 当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时 竿对 底人 的压力大小为 a m m gb m m g mac m m g mad m m g 解析 选b 对竿上的人分析 受重力mg 摩擦力f 有mg f ma f m g a 竿对人有摩擦力 人对竿也有反作用力 摩擦力 且大小相等 方向相反 对竿分析 受重力mg 竿上的人对竿向下的摩擦力f 底人 对竿的支持力fn 有mg f fn 又因为竿对 底人 的压力和 底人 对竿的支持力是一对作用力与反作用力 由牛顿第三定律 得到f n mg f m m g ma b项正确 5 2010 全国高考 如图 轻弹簧上端与一质量为m的木块1相连 下端与另一质量为m的木块2相连 整个系统置于水平放置的光滑木板上 并处于静止状态 现将木板沿水平方向突然抽出 设抽出后的瞬间 木块1 2的加速度大小分别为a1 a2 重力加速度大小为g 则有 a a1 0 a2 gb a1 g a2 gc a1 0 a2 d a1 g a2 解析 选c 在抽出木板的瞬时 弹簧对木块1的支持力和对木块2的压力并未改变 木块1受重力和支持力 mg f a1 0 木块2受重力和压力 根据牛顿第二定律a2 规律方法 瞬时问题的分析方法在求解涉及弹簧 绳子等的瞬时问题时 可从以下两个方面去进行分析 1 变化瞬间力未能变的情况 像弹簧 橡皮筋等物体两端连接其他物体时 若其一端受力有变化 则不会引起这些物体上的力立即发生变化 原因是它们的形变需要一定的时间 2 变化瞬间力发生突变的情况 像用绳 轻杆 硬的物质连接物体时 当其连接物体的受力发生变化时 将会引起绳 轻杆等物体上力的突变 二 非选择题 本题共3小题 共25分 要有必要的文字叙述 6 7分 如图所示 质量相等的物体a b均与轻弹簧相连 剪断细线的瞬间 物体a b的加速度各是多少 解析 剪断细线瞬间 细线的拉力不再存在 两物体间的弹簧要恢复原状 但在收缩过程中 受到两端重物a b的影响 弹簧不能立即恢复原状 剪断的瞬间 弹簧的弹力与剪断前是相同的 对于物体b 受重力和弹力 它们大小相等 方向相反 b的合力为零 加速度为零 即f mbg 对于物体a 细线上弹力消失 物体受重力和弹簧的拉力作用 如图所示 f mag maaa 且f f ma mb 则aa 2g 答案 aa 2gab 0 7 2011 十堰高一检测 8分 如图所示 物体在有动物毛皮的斜面上运动 由于毛皮表面的特殊性 引起物体的运动有如下特点 顺着毛的生长方向运动时毛皮产生的阻力可以忽略 逆着毛的生长方向运动会受到来自毛皮的滑动摩擦力 1 试判断如图所示情况下 物体在上滑还是下滑时会受到摩擦力 2 一物体在有动物毛皮的斜面底端以初速度v0 2m s冲上足够长的斜面 斜面的倾斜角为 30 过了t 1 2s物体回到出发点 若认为毛皮产生滑动摩擦力时 动摩擦因数 为定值 g取10m s2 则 的值为多少 解析 1 因毛的生长方向向上 故物体上滑时不受摩擦力 而下滑时受到摩擦力 2 上滑过程 mgsin ma1 v0 a1t1 0 s 下滑过程 mgsin mgcos ma2 s a2t22 又t t1 t2 以上各式联立可求得 0 433 答案 1 下滑时受摩擦力 2 0 433 8 挑战能力 10分 如图甲所示 一个人用与水平方向成 37 角的斜向下的推力f推一个重g 200n的箱子匀速前进 箱子与地面间的动摩擦因数为 0 5 取g 10m s2 1 求推力f的大小 sin37 0