高中物理 4.3牛顿第二定律课件 新人教版必修1.ppt

3 牛顿第二定律 一 牛顿第二定律1 内容 物体加速度的大小跟作用力成 跟物体的质量成 加速度的方向跟作用力的方向 2 关系式 f 式中f为物体所受的 k是 二 力的单位1 在国际单位制中力的单位是 符号为n 它是根据牛顿第二定律定义的 使质量为1kg的物体产生1m s2的加速度的力 叫做1n 即1n 1 2 比例系数k的意义 1 在f kma中 k的取值与所选单位制有关 2 在国际单位制中k 1 牛顿第二定律的数学表达式为 式中f m a的单位分别为 一 牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础 牛顿第一定律指出了力与运动的关系 力是改变物体运动状态的原因 从而完善了力的内涵 而牛顿第二定律则进一步定量地给出了决定物体加速度的因素 在相同的外力作用下 质量越大的物体加速度越小 说明物体的质量越大 运动状态越难以改变 质量是惯性大小的量度 特别提醒 牛顿第一定律不是牛顿第二定律中当合外力为零的特定条件下的一种特殊情形 二 对牛顿第二定律的进一步理解1 因果性力是产生加速度的原因 反之不对 没有力也就没有加速度 2 矢量性公式f ma是矢量式 任一时刻 a的方向均与f合方向相同 当f合方向变化时 a的方向同时变化 3 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为某一时刻的加速度 f为该时刻物体所受的合外力 4 同一性有两层意思 一是指加速度a相对同一惯性系 一般指地球 二是指f ma中f m a必须对应同一物体或同一个系统 5 独立性作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律 而物体的实际加速度则是每个力产生的加速度的矢量和 分力和加速度在各个方向上的分量关系也遵从牛顿第二定律 即 fx max fy may 特别提醒 物体的加速度的方向与物体所受的合外力是瞬时对应关系 即a与合力f方向总是相同 但速度v的方向不一定与合外力的方向相同 关于牛顿第二定律 下列说法正确的是 a 公式f ma中 各量的单位可以任意选取b 某一瞬间的加速度只决定于这一瞬间物体所受合外力 而与这之前或之后的受力无关c 公式f ma中 a实际上是作用于该物体上每一个力所产生的加速度的矢量和d 物体的运动方向一定与它所受合外力方向一致 解析 f m a必须选取统一的国际单位 才可写成f ma的形式 否则比例系数k 1 所以选项a错误 牛顿第二定律表述的是某一时刻合外力与加速度的对应关系 它既表明f合 m a三者数值上的对应关系 同时也表明合外力的方向与加速度的方向是一致的 即矢量对应关系 而与速度方向不一定相同 所以选项b正确 选项d错误 由力的独立作用原理知 作用在物体上的每个力都将各自产生一个加速度 与其他力的作用无关 物体的加速度是每个力所产生的加速度的矢量和 故选项c正确 答案 bc 三 力 加速度和速度 速度的变化量的关系 关于速度 加速度和合力之间的关系 下述说法正确的是 a 做匀变速直线运动的物体 它所受合力是恒定不变的b 做匀变速直线运动的物体 它的速度 加速度 合力三者总是在同一方向上c 物体受到的合力增大时 物体的运动速度一定加快d 物体所受合力为零时 一定处于静止状态 解析 匀变速直线运动就是加速度恒定不变的直线运动 所以做匀变速直线运动的物体的合力是恒定不变的 选项a正确 做匀变速直线运动的物体 它的加速度与合力的方向一定相同 但加速度与速度的方向就不一定相同了 加速度与速度的方向相同时做匀加速运动 加速度与速度的方向相反时做匀减速运动 b选项错误 物体所受的合力增大时 它的加速度一定增大 但速度不一定增大 选项c错误 物体所受合力为零时 加速度为零 但物体不一定处于静止状态 也可以处于匀速运动状态 选项d错误 答案 a 说一说 质量不同的物体 所受的重力不一样 它们自由下落时加速度却是一样的 你怎样解释 a 加速度越来越大 速度越来越小b 加速度和速度都是先增大后减小c 速度是先增大后减小 加速度方向是先向下后向上d 速度是一直减小 加速度大小是先减小后增大 解析 小球接触弹簧时受两个力作用 向下的重力和向上的弹力 其中重力为恒力 向下压缩过程可分为 两个过程和一个临界点 具体分析如下 过程一 综上所述 小球向下压缩弹簧的过程中 f合的方向先向下后向上 大小先变小后变大 a的方向先向下后向上 大小先变小后变大 v的方向向下 大小先变大后变小 答案 c 解析 物体从a到b的过程中 水平方向一直受到向左的滑动摩擦力ff mg 大小不变 还一直受到向右的弹簧的弹力 从某个值逐渐减小为0 开始时 弹力大于摩擦力 合力向右 物体向右加速 随着弹力的减小 合力越来越小 到a b间的某一位置时 弹力和摩擦力大小相等 方向相反 合力为0 速度达到最大 随后 摩擦力大于弹力 合力增大但方向向左 合力方向与速度方向相反 物体开始做减速运动 所以 小物体由a到b的过程中 先做加速度减小的加速运动 后做加速度增加的减速运动 正确选项为b d 答案 bd 答案 1 g sin cos 方向沿斜面向下 2 g sin cos 方向沿斜面向下 反思总结 应用牛顿第二定律解题的一般步骤及常用方法 1 一般步骤 确定研究对象 进行受力分析和运动状态分析 画出受力的示意图 建立坐标系 或选取正方向 写出已知量 根据定律列方程 统一已知量单位 代值求解 检查所得结果是否符合实际 舍去不合理的解 2 常用方法 矢量合成法 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 答案 1 7 5m s2方向水平向右车厢可能水平向右做匀加速直线运动 也可能水平向左做匀减速直线运动 2 12 5n 答案 b 解析 设两物体质量均为m 未加f时 整体 kx1 2mg 当木块a下移4cm 撤去f的瞬间 对a b整体有 kx2 2mg 2ma 对a有fba mg ma 联立 并代入数据a 20m s2 得fba 1 5n 答案 c 常见的轻绳 轻杆 轻弹簧物理模型在应用牛顿第二定律求解物体的瞬时加速度时 经常会遇到轻绳 轻杆 轻弹簧和橡皮绳这些常见的力学模型 全面准确地理解它们的特点 可帮助我们灵活正确地分析问题 一 这些模型的共同点是都是质量可忽略的理想化模型 都会发生形变而产生弹力 同一时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关 二 这些模型的不同点1 轻绳 只能产生拉力 且方向一定沿着绳子背离受力物体 不能承受压力 认为绳子不可伸长 即无论绳子所受拉力多大 长度不变 只要不被拉断 绳子的弹力可以发生突变 瞬时产生 瞬时改变 瞬时消失 2 轻杆 既能承受拉力 又能承受压力 施力或受力方向不一定沿着杆 认为杆既不可伸长 也不可缩短 杆的弹力也可以发生突变 3 轻弹簧 既能承受拉力 又能承受压力 力的方向沿弹簧的轴线 受力后发生较大形变 弹簧的长度既可变长 又可变短 遵循胡克定律 因形变量较大 产生形变或使形变消失都有一个过程 故弹簧的弹力不能突变 在极短时间内可认为弹力不变 4 橡皮绳 只能承受拉力 不能承受压力 其长度只能变长 不能变短 同样遵循胡克定律 因形变量较大 产生形变或使形变消失都有一个过程 故橡皮绳的弹力同样不能突变 答案 1 aa ab g 方向竖直向下 2 aa 2g 方向竖直向上 ab g 方向竖直向下 答案 cd 2 静止在光滑水平地面上的物体 受到一个水平拉力 当力刚开始作用的瞬间 正确的说法是 a 物体同时获得速度和加速度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 但加速度为零d 物体的速度和加速度均为零 解析 由牛顿第二定律知 物体受到的合外力与加速度是瞬时对应关系 故物体立即获得加速度 而速度变化量是加速度对时间的积累 刚获得加速度瞬间 还没有时间积累 所以速度变化量为零 则物体速度为零 所以b正确 牛顿第二定律中物体受到的合外力与物体的加速度具有瞬时对应关系 即同存同失 同变化 答案 b 答案 c 解析 竖直方向上 杆对小球的作用力的分力与重力平衡 即fy mg 大小不变 水平方向上的分力fx ma 大小逐渐增大 答案 c 解析 撤去恒力f后 物体在阻力作用下运动 由v t图象可知 1 3s内物体的加速度为3m s2 由牛顿第二定律ff ma可知 阻力ff 3n 由图象可知