沪科版必修1 5.3 牛顿第二定律 课件（37张）.ppt

5 3牛顿第二定律 自主阅读 自我检测 一 牛顿第二定律1 内容物体的加速度跟物体所受作用力成正比 跟物体的质量成反比 加速度方向跟所受作用力方向相同 2 表达式 f kma 式中的k是比例系数 在国际单位制中 k 1 则表达式可写为f ma 3 力的单位使质量为1kg的物体产生1m s2加速度的力 规定为1n 4 如果一个物体同时受到几个力的作用 则公式f ma中的f应为物体所受力的合力 公式可写为f合 ma 自主阅读 自我检测 5 在地面上 停着一辆卡车 你使出全部力气也不能使卡车做加速运动 这与牛顿第二定律矛盾吗 为什么 提示 不矛盾 牛顿第二定律公式中的f指的是物体受到的合力 大卡车在水平方向上不只受到人的推力 还同时受到地面摩擦力的作用 它们相互平衡 即卡车受到的合力为零 故卡车不做加速运动 自主阅读 自我检测 二 物理量与单位制1 基本单位 导出单位 1 基本单位 基本单位是根据物理量运算的需要而选定的少数几个物理量单位 在力学中选定长度 质量 时间这三个物理量的单位作为基本单位 2 导出单位 由物理公式和基本单位确立的其他物理量的单位叫做导出单位 2 单位制 基本单位和导出单位构成了单位制 3 单位制分为常用单位制和国际单位制 4 在国际单位制中 力学基本量长度 质量 时间对应的基本单位是米 m 千克 kg 秒 s 由它们和物理公式导出的单位叫导出单位 比如力的单位是kg m s2 或称为牛顿 自主阅读 自我检测 5 两个物体的长度分别是1 70和150 你能说明哪个物体更长吗 提示 不能 要想比较必须加上单位 我们对物理量进行描述时 除了数字外 还必须有单位 自主阅读 自我检测 三 牛顿第二定律的矢量性1 当作用在物体上的几个力不在同一直线上时 通常选取两个互相正交的方向 分别列出牛顿第二定律的分量形式 即2 物体在合力方向上有加速度 在与合力垂直的另一个方向上处于平衡状态 没有加速度 自主阅读 自我检测 1 正误辨析 1 物体加速度的方向一定与合外力方向相同 2 质量越大的物体 加速度越小 3 物体受到外力作用 立即产生加速度 4 牛顿第二定律表达式f ma在任何情况下都适用 5 千克 秒 米 库仑 安培均为国际单位制的基本单位 答案 1 2 3 4 5 自主阅读 自我检测 2 多选 在牛顿第二定律的表达式f kma中 有关比例系数k的下列说法正确的是 a k的数值由质量 加速度和力的数值决定b k的数值由质量 加速度和力的单位决定c 在国际单位制中 k等于1d 在任何情况下k都等于1解析 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 才有k 1 b c正确 答案 bc 自主阅读 自我检测 3 一木箱静止在光滑的水平地面上 装上货物后木箱和货物的总质量为50kg 现以200n的水平推力推木箱 求 1 该木箱的加速度 2 第2s末木箱的速度 解析 1 对木箱受力分析得f ma 有 2 由v at得木箱2s末的速度v 4 2m s 8m s 答案 1 4m s2 2 8m s 知识点一 知识点二 知识点三 对牛顿第二定律的理解问题导引如图所示的赛车 为什么它的质量比一般的小汽车质量小得多 而且还安装一个功率很大的发动机 要点提示 为了提高赛车的灵活性 由牛顿第二定律可知 要使物体有较大的加速度 需减小其质量或增大其所受到的作用力 赛车就是通过增加发动机动力 减小车身质量来增大启动时的加速度 从而提高赛车的机动灵活性的 这样有益于提高比赛成绩 知识点一 知识点二 知识点三 知识归纳1 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 2 牛顿第二定律的几个特性 知识点一 知识点二 知识点三 知识点一 知识点二 知识点三 知识点一 知识点二 知识点三 典例剖析 例1 关于牛顿第二定律 以下说法正确的是 a 由牛顿第二定律可知 加速度大的物体 所受的合力一定大b 牛顿第二定律说明了 质量大的物体 其加速度一定小c 由f ma可知 物体所受到的合力与物体的质量成正比d 对同一物体而言 物体的加速度与物体所受到的合力成正比 而且在任何情况下 加速度的方向 始终与物体所受的合力方向一致解析 加速度是由合力和质量共同决定的 故加速度大的物体 所受合力不一定大 质量大的物体 加速度不一定小 选项a b错误 物体所受到的合力与物体的质量无关 故c错误 由牛顿第二定律可知 物体的加速度与物体所受到的合力成正比 并且加速度的方向与合力方向一致 故d选项正确 答案 d 知识点一 知识点二 知识点三 规律方法 1 力与加速度为因果关系 力是因 加速度是果 力与加速度无先后关系 2 利用关系式可以计算物体的质量 但物体的质量与合力及加速度无关 知识点一 知识点二 知识点三 变式训练1对静止在光滑水平面上的物体施加一水平拉力f 当力刚开始作用的瞬间 a 物体立即获得速度b 物体立即获得加速度c 物体同时获得速度和加速度d 由于物体没有来得及运动 所以速度和加速度都为零解析 物体受重力 支持力与水平拉力f三个力的作用 重力和支持力的合力为零 因此物体所受的合力即水平拉力f 由牛顿第二定律可知 力f作用的同时物体立即获得加速度 但是速度还是零 因为合力f与速度无关而且速度改变需要一定的时间 因此b正确 a c d错误 答案 b 知识点一 知识点二 知识点三 单位制的应用问题导引美国国家航空航天局在20世纪末曾发射过一个火星探测器 但它由于靠火星过近 结果因温度过高而起火 并脱离轨道坠入火星的大气层 航空航天局调查事故原因时发现 原来探测器的制造商洛克希德 马丁公司计算加速度时使用了英制单位 而喷气推动实验室的工程师理所当然地认为他们提供的数据是以国际单位制算出来的 并把这些数据直接输入电脑 从这次事故的原因上 你能得到什么启示 要点提示 在国际上采用统一的单位制是非常重要的 也是非常必要的 知识点一 知识点二 知识点三 知识归纳1 单位制可以简化计算过程计算时首先将各物理量的单位统一到国际单位制中 用国际单位制中的基本单位和导出单位表示 这样就可以省去计算过程中单位的代入 只在数字后面写上相应待求量的单位即可 从而使计算简便 2 推导物理量的单位物理公式在确定各物理量的数量关系时 同时也确定了各物理量的单位关系 所以我们可以根据物理公式中物理量间的关系推导出物理量的单位 3 判断比例系数的单位根据公式中物理量的单位关系 可判断公式中比例系数有无单位 如公式f kx中k的单位为n m f n中 无单位 知识点一 知识点二 知识点三 4 单位制可检查物理量关系式的正误根据物理量的单位 如果发现某公式在单位上有问题 或者所求结果的单位与采用的单位制中该量的单位不一致 那么该公式或计算结果肯定是错误的 知识点一 知识点二 知识点三 典例剖析 例2 在解一道计算题 由字母表达结果的计算题 时 一个同学解得位移 用单位制的方法检查 这个结果 a 可能是正确的b 一定是错误的c 如果用国际单位制 结果可能正确d 用国际单位制 结果错误 如果用其他单位制 结果可能正确 知识点一 知识点二 知识点三 规律方法 1 利用公式可以推导其他物理量的单位 2 根据单位可以发现错误 3 计算时所有物理量统一到国际单位制后 中间计算可省去单位 使计算简便 知识点一 知识点二 知识点三 变式训练2雨滴在空气中下落 当速度比较大的时候 它受到的空气阻力与其速度的二次方成正比 与其横截面积成正比 即f ksv2 则比例系数k的单位是 a kg m4b kg m3c kg m2d kg m 知识点一 知识点二 知识点三 牛顿第二定律的简单应用问题导引如图所示 在瓶内装满水 将小铁球用细线拴住并放入水中 线的另一端固定在瓶盖上 盖上瓶盖 用手拿着瓶子沿水平方向向左加速运动 小球在瓶中的位置会如何变化 要点提示 向右偏移 知识点一 知识点二 知识点三 知识归纳1 应用牛顿第二定律解题的步骤 1 明确研究对象 根据问题的需要和解题的方便 选出被研究的物体 可以是一个整体或进行隔离 由具体情况而定 2 进行受力分析和运动状态分析 画好受力分析图 明确物体的运动性质和运动过程 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合 5 根据牛顿第二定律f合 ma列方程求解 必要时还要对结果进行讨论 知识点一 知识点二 知识点三 2 两种求加速度的方法 1 矢量合成法 若物体只受两个力作用 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力的方向 反之 若知道加速度的方向也可应用牛顿第二定律求物体所受的合力的方向 2 正交分解法 当物体受多个力作用时 常用正交分解法求物体的合力 再应用牛顿第二定律求加速度 在实际应用中常将受力分解 且将加速度所在的方向选为x轴或y轴 有时也可分解加速度 即 知识点一 知识点二 知识点三 典例剖析 例3 质量为m的木块 以一定的初速度沿倾角为 的斜面向上滑动 斜面静止不动 木块与斜面间的动摩擦因数为 如图所示 1 求木块向上滑动的加速度 2 若此木块滑到最大高度后 能沿斜面下滑 求下滑时的加速度 知识点一 知识点二 知识点三 解析 1 以木块为研究对象 在上滑时受力如图甲所示 根据题意 加速度方向沿斜面向下 将各力沿斜面和垂直斜面方向正交分解 由牛顿第二定律有mgsin f man mgcos 0且f n 解得a g sin cos 方向沿斜面向下 知识点一 知识点二 知识点三 2 当木块沿斜面下滑时 木块受力如图乙所示 由题意知 木块加速度方向沿斜面向下 由牛顿第二定律有mgsin f ma n mgcos 0 且f n 解得a g sin cos 方向沿斜面向下 答案 1 g sin cos 方向沿斜面向下 2 g sin cos 方向沿斜面向下 知识点一 知识点二 知识点三 规律方法在牛顿第二定律的应用中 常采用正交分解法 在受力分析后 建立直角坐标系是关键 坐标系的建立原则上是任意的 但常常使加速度在某一坐标轴上 另一坐标轴上的合力为零 或在坐标轴上的力最多 知识点一 知识点二 知识点三 变式训练3如图所示 质量为4kg的物体静止于水平面上 现用大小为40n 与水平方向夹角为37 的斜向右上的力拉物体 使物体沿水平面做匀加速运动 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 若水平面光滑 物体的加速度是多大 2 若物体与水平面间的动摩擦因数为0 5 物体的加速度是多大 知识点一 知识点二 知识点三 解析 1 水平面光滑时物体的受力情况如图甲所示由牛顿第二定律 fcos37 ma1解得a1 8m s2 2 水平面不光滑时 物体的受力情况如图乙所示 fcos37 f ma2n fsin37 mgf n 联立解得a2 6m s2 答案 1 8m s2 2 6m s2 1 2 3 4 1 根据牛顿第二定律 下列叙述正确的是 a 物体加速度的大小跟它的质量 受到的合力无关b 物体所受合力必须达到一定值时 才能使物体产生加速度c 物体加速度的大小跟它所受的作用力中的任一个的大小成正比d 当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时 物体水平加速度大小与其质量成反比解析 物体加速度的大小与物体受到的合力成正比 与物体的质量成反比 选项a错误 力是产生加速度的原因 只要有合力 物体就有加速度 它们之间是瞬时对应关系 不存在累积效应 选项b错误 物体加速度的大小与它受到的合力成正比 选项c错误 由fx max知 选项d正确 答案 d 1 2 3 4 2 多选 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 5m s2b 7m s2c 8m s2d 9m s2解析 合力取值范围是 1n f 7n 由牛顿第二定律得加速度的取值范围为1m s2 a 7m s2 故a b正确 答案 ab 1 2 3 4 3 质量m 20g的物体 测得它的加速度a 20cm s2 则关于它所受的合力的大小及单位 下列运算既正确又规范简洁的是 a f ma 20 20 400nb f ma 0 02 0 2 0 004nc f ma 0 02kg 0 2m s2 0 004nd f ma 0 02 0 2n 0 004n解析 统一单位 m 0 02kg a 20cm s2 0 2m s2 由牛顿第二定律可得f ma 0