全程学习方略高中物理_5.2.2 牛顿第二定律（精讲优练课型）课件 鲁科版必修1

第2课时牛顿第二定律 一 牛顿第二定律1 内容 物体加速度的大小与所受 的大小成正比 与物体的 成反比 加速度方向与合外力方向相同 2 表达式 3 单位 牛顿 的定义 使质量为1kg的物体产生1m s2的加速度的力规定为1N 即1N 合外力 质量 F ma 1kg m s2 判一判 1 由牛顿第二定律可知 物体的质量与物体所受合外力成正比 与物体的加速度成反比 2 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 3 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 提示 1 物体的质量是物体的属性 只与物体本身有关 与物体的受力和加速度无关 2 由牛顿第二定律可知 加速度的大小由合外力和质量决定 与速度无关 3 由牛顿第二定律知道 加速度方向与合外力方向一定相同 加速度方向和速度方向可能相同 也可能相反 二 力学单位制1 国际单位 1 基本单位 在力学中有 长度单位 质量单位 时间单位 2 导出单位 在力学中利用 A 物理公式B 物理图像 从三个基本单位导出的其他单位 米 m 千克 kg 秒 s A 2 意义与作用 用公式计算的时候 所列的等式中就 A 必须B 不必 一一写出每个物理量的单位 只要在计算结果的 A 方程B 数据 后面写出待求量的单位即可 B B 想一想 在力学问题的分析计算中 只能采用国际单位 不能采用其他单位吗 提示 国际单位制只是诸多单位制中的一种 实际生活中还有其他单位制 在力学问题的分析计算中也可根据情况采用其他单位制 如计算汽车的速度时常用千米 小时 一 对牛顿第二定律的理解思考探究 如图所示 一物体放在光滑的水平面上 在一水平向左的力F作用下弹簧被压缩 物体处于静止状态 1 突然撤掉力F的瞬间 物体的速度为多少 有加速度吗 2 加速度的方向如何 大小为多少 提示 1 突然撤去力F瞬间 物体的运动状态没变 速度为零 但力发生了变化 合外力不为零 产生加速度 力是产生加速度的原因 2 加速度的方向水平向右 与弹力的方向相同 根据牛顿第二定律可知 加速度大小为a 归纳总结 1 力与加速度的关系 由牛顿第二定律F合 ma可知 只要作用在物体上的合外力不为零 物体就产生加速度 速度就要变化 但物体产生的加速度与原来物体的运动状态无关 2 牛顿第二定律的性质 1 因果性 力是产生加速度的原因 物体的加速度是力 外因 和质量 内因 共同影响产生的结果 2 矢量性 物体加速度的方向总是与合外力的方向相同 3 瞬时性 加速度与力是瞬时对应关系 即同时产生 同时变化 同时消失 4 同体性 加速度 合外力和质量对应于同一个物体 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单独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 6 相对性 加速度a是相对于地面 或相对于地面静止和匀速运动的物体 而言的 典例示范 2013 海南高考 一质点受多个力的作用 处于静止状态 现使其中一个力的大小逐渐减小到零 再沿原方向逐渐恢复到原来的大小 在此过程中 其他力保持不变 则质点的加速度大小a和速度大小v的变化情况是 A a和v都始终增大B a和v都先增大后减小C a先增大后减小 v始终增大D a和v都先减小后增大 解题探究 1 质点受多个力的作用 其平衡条件是什么 提示 质点所受多个力的合力为零 2 如何判断a与v的变化规律 提示 合外力的大小和方向决定了a的大小和方向 a与v的方向关系决定了v是增大还是减小 当a与v同向时 即使a减小 v也增大 正确解答 选C 质点受多个力的作用 处于静止状态 则多个力的合力为零 其中任意一个力与剩余所有力的合力大小相等 方向相反 使其中一个力的大小逐渐减小到零再恢复到原来的大小 则所有力的合力先变大后变小 但合力的方向不变 根据牛顿第二定律 a先增大后减小 v始终增大 故选C 规律方法 力 加速度 速度三者的关系 1 加速度与力的关系是加速度与力成正比 2 加速度与速度的关系是加速度与速度同向时物体速度增加 反向时速度减小 当加速度增大时物体的速度变化快 减小时速度变化慢 3 合外力与速度没有直接关系 过关训练 1 关于物体的运动状态和所受合外力的关系 下列说法中正确的是 A 物体所受的合外力为零时 物体一定处于静止状态B 合外力发生改变时 物体的运动状态不一定会改变C 物体所受的合外力不为零时 物体就一定有加速度D 物体的运动方向一定与所受的合外力的方向相同 解析 选C 由牛顿第二定律可知 物体所受合外力为零 则物体的加速度为零 所以物体速度不变 处于静止或匀速直线运动状态 A不正确 合外力变化 加速度也会变化 物体有加速度 运动状态一定改变 B不正确 C正确 物体的运动方向和合外力方向无关 二者方向不一定相同 D不正确 2 2015 石家庄高一检测 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 g a2 gB a1 0 a2 gC a1 0 a2 gD a1 g a2 g 解析 选C 在抽出木板的瞬间 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受重力和弹簧压力 根据牛顿第二定律 补偿训练 1 力F1作用在物体上产生的加速度a1 3m s2 力F2作用在该物体上产生的加速度a2 4m s2 则F1和F2同时作用在该物体上 产生的加速度的大小不可能为 A 7m s2B 5m s2C 1m s2D 8m s2 解析 选D 由牛顿第二定律F ma及 F1 F2 F合 F1 F2可知 当F1和F2同时作用在该物体上时 产生的加速度的大小范围为 a1 a2 a合 a1 a2 即1m s2 a合 7m s2 不可能为8m s2 故选D 2 2015 惠州高一检测 关于牛顿第二定律 下列说法正确的是 A 物体的质量跟外力成正比 跟加速度成反比B 加速度的方向不一定与合外力的方向一致C 物体的加速度跟物体所受的合外力成正比 跟物体的质量成反比D 由于加速度跟合外力成正比 整块砖的重力加速度一定是半块砖重力加速度的2倍 解析 选C 物体的质量是物体所含物质的多少 与外力无关 故A项错误 整块砖的重力是半块砖的重力的二倍 但是质量也是后者的二倍 所以D项错误 由牛顿第二定律可知 C项正确 B错误 二 力学单位制及其应用思考探究 20世纪末美国曾发射一个火星探测器 在设定环绕轨道半径时 没有进行单位换算 导致探测器离火星过近 温度过高而起火 随后脱离轨道坠入火星的大气层 致使美国损失价值1 25亿美元的火星探测器 在已经统一的国际单位制中 请思考 1 kg m和s是基本物理量还是基本单位 它们有什么不同 2 什么是导出单位 举出几个力学中导出单位的例子 提示 1 kg m和s是基本单位 基本单位对应的物理量叫基本物理量 基本单位是用来表述基本物理量的 基本物理量则是被表述的物理对象 二者截然不同 2 由基本量根据物理关系式可推导出其他物理量的单位 这些单位为导出单位 例如在力学中力 速度 加速度等一些物理量的单位都是导出单位 归纳总结 1 三个概念 1 基本单位 基本物理量的单位 2 导出单位 在基本单位的基础上 利用物理公式推导出的单位 3 单位制 基本单位和导出单位组成单位制 单位制实际就是单位的规定 2 国际单位制 1 国际单位制中的基本单位 2 力学单位制 选质量 长度 时间的单位作为力学中的基本单位 选定的原则是这些物理量在力学中最基本 用这些物理量作基本单位可以使基本单位的数目最少 力学单位制的分类 a 国际单位制 SI 基本单位分别为m kg s 长度单位 质量单位 时间单位 导出单位有m s m s2 N等 b cm g s制 基本单位分别为cm g s 3 国际单位制的优点 国际单位制体现单位的一贯性 即在国际单位制中 对于所有的导出单位 当按一定的定义方程式从基本单位或辅助单位导出时 它们的系数都是1 而且所有的国际单位在运算过程中的系数也都是1 从而使运算简化 典例示范 现有下列物理量或单位 按下面的要求选择填空 填序号字母 A 密度B 米 秒C 牛顿D 加速度E 质量F 秒G 厘米H 长度I 时间J 千克 1 属于物理量的是 2 在国际单位制中 作为基本单位的物理量有 3 在物理量的单位中不属于国际单位的是 解题探究 1 物理量是物理学中为了描述物体的某些方面的 而引入的一些 物理单位是量度物理量的大小的最基本的标准 2 国际单位制和cm g s单位制下的基本单位是不同的 对于相同的物理量却有着 的单位描述 特性 物理概念 不同 正确解答 1 题中所有各项中 属于物理量的是密度 加速度 质量 长度 时间 故此空填 A D E H I 2 在国际单位制中 作为基本单位的物理量有质量 长度 时间 故此空填 E H I 3 题中所给的单位中 不属于国际单位的是厘米 故此空填 G 答案 1 A D E H I 2 E H I 3 G 过关训练 1 由长度的单位m 质量的单位kg和时间的单位s这三个基本物理量的基本单位 就足以导出力学中其他所有的物理量的单位 但必须依据相关公式 现有一个物理量及其表达式为A 其中M是质量 r是长度 又已知G的单位是N m2 kg 2 据此推知物理量A是 A 力B 压强C 速度D 加速度 解析 选C A 的相应的单位运算是物理量A的单位是m s 这是速度的单位 所以物理量A是速度 2 多选 在下面列举的物理量的单位中 哪些是国际单位制的基本单位 A 千克 kg B 米 m C 开尔文 K D 牛顿 N 解析 选A B C 由国际单位制 SI制 中基本单位知 A B C是国际单位制的基本单位 力学有三个基本单位 米 千克 秒 而牛顿属于导出单位 同时是力的国际单位 不能把国际单位误认为是基本单位 所以D不是基本单位 补偿训练 下列叙述中正确的是 A 在力学的国际单位制中 力的单位 质量的单位 位移的单位被选定为基本单位B 千克不属于力的单位C 在厘米 克 秒制中 重力加速度g的值等于98cm s2D 在力学计算中 所有涉及的物理量的单位都应取国际单位 解析 选D 力学单位制中 质量 长度 时间的单位被选为基本单位 故A错 千克属于力的单位 故B错 在厘米 克 秒制中 g值不变 g 9 8m s2 980cm s2 故C错 在力学计算中 没有特殊说明 所有物理量的单位都应取国际单位 故D正确 规律方法 单位制的应用技巧 1 帮助记忆 单位制可以帮助我们记忆物理公式 2 检验结果 利用单位制可对计算结果的正 误进行检验 如用力学国际单位制计算时 只有所求物理量的计算结果的单位和该物理量在力学国际单位制中的单位完全一致时 该运算过程才可能是正确的 若所求物理量的单位不对 则结果一定错 3 简化计算 用同一单位制进行计算时 可以不必一一写出各个已知量的单位 只在计算结果的数字后面写出所求物理量在该单位制下的单位即可 这样可以简化计算 三 牛顿第二定律的应用思考探究 运动学三个基本公式vt v0 at s v0t at2 vt2 v02 2as和牛顿第二定律F ma 1 试分析联系力和运动的桥梁是什么 2 从受力确定运动情况和从运动情况确定受力 在解题方法上有什么相同和不同之处 提示 1 四个公式中都含有加速度a 所以加速度是联系力和运动的桥梁 2 相同之处是两种题型都需画受力图 都要利用牛顿第二定律和运动学公式 不同之处是第一种题型先用牛顿第二定律求加速度 而第二种题型先用运动学公式求加速度 归纳总结 1 动力学的两类基本问题 1 两类基本问题 已知物体的受力情况 确定物体的运动情况 处理方法 已知物体的受力情况 可以求出物体受到的合外力 根据牛顿第二定律求出物体的运动加速度 再结合物体的初始运动状态 根据运动学公式可以求解物体的位移和速度等 从而确定了物体的运动情况 已知物体的运动情况 分析物体的受力情况 处理方法 已知物体的运动情况 可以由运动学公式求出物体的运动加速度 然后根据牛顿第二定律就可求出物体受到的合外力 从而求出物体受到的未知力或与力相关的物理量 2 解决两类基本问题的思维框图 2 应用牛顿第二定律解题的方法 1 对研究对象进行受力分析和运动状态的分析 把题目中所描述的物理情境和初始状态弄清楚 2 根据牛顿第二定律 确定 加速度 这个联系力和运动的桥梁 3 选用运动学公式进行求解 典例示范 2015 合肥高一检测 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图像如图所示 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 解题探究 1 根据v t图像可知 0 6s内物体做 水平方向上受到 的作用 6 10s内物体做 水平方向上受到 的作用 2 利用v t图像求出 利用牛顿第二定律求推力F和动摩擦因数 匀加速直线运动 推力和摩擦力 匀减速直线运动 摩擦力 加速度 正确解答 1 设物体做匀减速运动的时间为 t2 初速度为v20 末速度为v2t 加速度为a2 则a2 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a1 1m s2 根据牛顿第二定律 有F f ma1 联立并代入数据得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答案 1 0 2 2 6N 3 46m 过关训练 1 2015 东营高一检测 一个静止在水平地面上的物体 质量是2kg 在6 4N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动 物体与水平地面间的滑动摩擦力是4 2N 求物体在4s末的速度和4s内发生的位移 解析 由牛顿第二定律得 F f ma所以物体的加速度a m s2 1 1m s2物体在4s末的速度v at 1 1 4m s 4 4m s4s内发生的位移s at2 1 1 16m 8 8m答案 4 4m s8 8m 2 2015 鸡西高一检测 如图所示 质量为5kg的物体在水平拉力F 15N的作用下 从静止开始向右运动 物体与水平地面间的动摩擦因数 0 2 求 在力F的作用下 物体在前10s内的位移 g取10m s2 解析 物体所受滑动摩擦力f N mg 0 2 5 10N 10N由牛顿第二定律F f ma得物体的加速度a m s2 1m s2所以物体在前10s内的位移s at2 1 102m 50m答案 50m 3 2015 银川高一检测 把一个质量是2kg的物块放在水平面上 用12N的水平拉力使物块从静止开始运动 物块与水平面间的动摩擦因数为0 2 物块运动2s后撤去拉力 g取10m s2 求 1 2s末物块的速度 2 此后物块在水平面上还能滑行的距离 解析 1 前2s内 物块做初速度为零 加速度为a1的匀加速直线运动 由牛顿第二定律可得 F f ma1 f N N mg 则a1 4m s2 由运动学公式v1 a1t1 8m s 2 撤去F后 物块做加速度为a2的匀减速直线运动 a2 g 2m s2 则s2 16m 答案 1 8m s 2 16m 补偿训练 列车质量为500t 以54km h的速度行驶 运动阻力为车重的0 05 今欲使列车在200m内停下来 刹车力至少为多大 g取10m s2 解析 列车的质量m 500t 5 105kg初速度v0 54km h 15m s对列车分析 由牛顿第二定律得kmg F ma由运动学规律得v02 2as代入数据可得 为使列车能在200m内停下来 刹车力至少为F 3 125 104N 答案 3 125 104N 规律方法 动力学的两类基本问题的解题步骤 1 选取研究对象 根据问题的需要和解题的方便 选出被研究的物体 可以是一个物体 也可以是几个物体组成的整体 2 分析研究对象的受力情况和运动情况 注意画好受力分析图 明确物体的运动过程和运动性质 3 选取正方向或建立坐标系 通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向 4 求合外力F 5 根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解 必要时还要对结果进行讨论 拓展例题 考查内容 连接体问题 典例示范 质量分别为m1 m2 m3 m4的四个物体彼此用轻绳连接 放在光滑的桌面上 拉力F1 F2分别水平地加在m1 m4上 如图所示 求物体系的加速度a和连接m2 m3轻绳的张力F F1 F2 正确解答 由于物体系具有相同的向左的加速度 可将它们看成一个整体 整个系统水平方向受F1 F2作用 由牛顿第二定律 F1 F2 m1 m2 m3 m4 aa 以m1和m2两物体为整体 该整体受到向左的F1和向右的F 加速度为a 取向左为正 有 F1 F m1 m2 a 将a代入可得 答案 轻绳 轻杆和轻弹簧模型1 建模背景 轻绳 轻杆和轻弹簧 是力学中三个重要的理