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 1 加速度是表示物体速度 的物理量 加速度越大表示物体的速度 2 力的作用效果是使质点的 发生变化 即产生 力越大物体的速度变化 3 上一节 实验 探究加速度与力 质量的关系 表明 物体的加速度与力成 与质量成 变化快慢 变化越快 运动状态 加速 度 越快 正比 反比 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 a 正比b 反比 跟它的质量成 a 正比b 反比 加速度的方向跟作用力的方向 2 表达式 1 表达式 f 式中k是比例系数 f是物体所受的 2 国际单位制中 f a b 相同 kma 合力 ma 二 力的单位1 国际单位 简称 符号为 2 牛顿 的定义使质量为1kg的物体产生1m s2的加速度的力叫做1n 即1n 1 3 比例系数k的意义 1 在f kma中 k的选取有一定的 2 在国际单位制中k 牛顿第二定律的数学表达式为 式中f m a的单位分别为 牛顿 n kg m s2 任意性 1 f ma n kg m s2 牛 思考辨析 1 判断正误 1 由牛顿第二定律可知 加速度大的物体所受的合外力一定大 2 牛顿第二定律说明了质量大的物体其加速度一定就小 3 任何情况下 物体的加速度的方向始终与它所受的合外力方向一致 4 在国际单位制中 公式f kma中 k 1 提示 1 加速度是由合外力和质量共同决定的 故加速度大的物体所受的合外力不一定大 2 由牛顿第二定律可知 当合外力一定时 加速度与质量成反比 当质量一定时 加速度与合外力成正比 3 由牛顿第二定律可知 物体加速度的方向与合外力的方向总是一致 4 在不同的单位制中 k值不同 在国际单位制中 k 1 2 问题思考 1 时速可达1609km的世界上最快的汽车日前在英国问世 该汽车搭载新型战斗机发动机 在加速至480km h后 位于车顶的一种混合火箭发动机将继续为车辆加速 直至最终极速 为什么该车安装了如此强大的发动机 提示 发动机越强大 汽车所受的牵引力越大 合外力也就越大 依据牛顿第二定律 汽车的加速度越大 速度变化越快 2 在地面上 一个小孩无法推动一个大桌子使它做加速运动 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外力 这个大桌子在水平方向上不只受到小孩的推力 还同时受到地面摩擦力的作用 它们相互平衡 所以大桌子无法推动 一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 特别提醒 1 物体的加速度和合外力是同时产生的 不分先后 但有因果性 力是产生加速度的原因 没有力就没有加速度 2 不能根据m 得出m f m 的结论 物体的质量m与物体所受的合外力和运动的加速度无关 也不能由f ma得出f m f a的结论 典例1 2013 广州高一检测 对牛顿第二定律的理解正确的是 a 由f ma可知 f与a成正比 m与a成反比b 牛顿第二定律说明当物体有加速度时 物体才受到外力的作用c 加速度的方向总跟合外力的方向一致d 当外力停止作用时 加速度随之消失 解题探究 1 合外力与加速度的关系 因果关系 力是 的原因 方向关系 加速度的方向与合外力的方向 瞬时关系 加速度与合外力 2 公式f ma可以纯数学理解吗 比如f m f a对吗 提示 物理公式具有具体的物理含义 公式f ma中 f指合外力 由外界决定 m由物体决定 加速度a由合外力f与质量m共同决定 产生加速度 相同 同时产生 同时变化 同时消 失 标准解答 选c d 虽然f ma表示牛顿第二定律 但f与a无关 因a是由m和f共同决定的 即a 且a与f同时产生 同时消失 同时存在 同时改变 a与f的方向永远相同 综上所述 可知a b错误 c d正确 变式训练 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可能为 a 7m s2b 5m s2c 1m s2d 8m s2 解析 选a b c 加速度a1 a2的方向不确定 故合加速度a的范围为 a1 a2 a a1 a2 即1m s2 a 7m s2 故a b c项符合题意 二合外力 加速度和速度的关系1 合外力与加速度的关系 2 直线运动中加速度与速度的关系 3 力与运动的关系4 两个加速度公式的区别 1 a 是加速度的定义式 它给出了测量物体的加速度的方法 这是物理上用比值定义物理量的方法 2 a 是加速度的决定式 它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素 特别提醒 物体的加速度的方向与物体所受的合外力的方向是瞬时对应关系 即a与合外力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 典例2 将一个物体以某一速度从地面竖直向上抛出又落回原处 设物体在运动过程中所受空气阻力大小不变 则物体 a 刚抛出时的速度最大b 在最高点的加速度为零c 上升时间大于下落时间d 上升时的加速度等于下落时的加速度 解题探究 1 物体受力及运动性质的分析 物体上升时 空气阻力 物体做 物体下降时 空气阻力 物体做 2 物体上升时 能应用公式h 分析运动时间吗 提示 物体上升时做匀减速直线运动 可看成反向的等大加速度的匀加速直线运动 能应用公式h 求解时间 向下 匀减速直线运动 向上 匀加速直线运动 标准解答 选a 由牛顿第二定律得 a上 g a下 g 所以上升时的加速度大于下落时的加速度 d错误 根据h 上升时间小于下落时间 c错误 在最高点的加速度向下 不为零 b错误 由v at可知物体刚抛出时的速度最大 a正确 总结提升 定性应用牛顿第二定律的几个问题 1 只要加速度的方向与运动方向一致 不管加速度是增大还是减小 物体的速度都增大 只要加速度的方向与运动方向相反 不管加速度是增大还是减小 物体的速度都减小 2 物体的运动情况由物体的初速度和所受的合外力决定 3 物体有最大速度的条件 加速运动到加速度等于零 变式训练 2012 江苏高考 将一只皮球竖直向上抛出 皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比 下列描绘皮球在上升过程中加速度大小a与时间t关系的图像 可能正确的是 解析 选c 皮球在上升过程中速度越来越小 所以空气阻力越来越小 重力与空气阻力的合力越来越小 所以加速度越来越小 一开始加速度最大 后来减小得越来越慢 最后速度为零时 加速度变为重力加速度 所以答案选c 变式备选 以初速度v0竖直向上抛出一个小球 小球所受的空气阻力与速度大小成正比 从抛出到落地小球运动的v t图是下面哪一个 解析 选a 上升阶段 小球所受空气阻力随小球速度的减小而减小 小球所受合力f g ff 合力越来越小 所以上升阶段小球的加速度越来越小 下降阶段 小球所受空气阻力随小球速度的增大而增大 小球所受合力f g ff 合力越来越小 所以下降阶段小球的加速度也越来越小 v t图像中 只有a项所表示的运动加速度越来越小 a项正确 三牛顿第二定律的应用1 应用牛顿第二定律解题的一般步骤 1 确定研究对象 2 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 3 求出合力或加速度 4 根据牛顿第二定律列方程求解 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外力 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 特别提醒 对于多个物体组成的系统 若各个物体加速度相同 则可以看作一个整体来应用牛顿第二定律 否则不能看成一个整体 典例3 一辆小车在水平地面上沿直线行驶 在车厢上悬挂的摆球相对小车静止 其悬线与竖直方向成 角 如图所示 问小车的加速度多大 方向怎样 解题探究 1 小车加速度与摆球加速度有何关系 提示 摆球与小车相对静止 摆球的加速度等于小车的加速度 通过摆球求解小车的加速度 2 分析摆球的受力情况并画出受力示意图 标出加速度的方向 提示 摆球的受力如图 其合力水平向左 标准解答 解法一 利用合成法求解 摆球的受力情况如图甲所示 由图甲可知 f合 mgtan 所以加速度a gtan 方向水平向左 解法二 利用正交分解法求解 摆球的受力情况如图乙所示 由牛顿第二定律得 fsin ma fcos mg 0 由 得a gtan 方向水平向左 答案 gtan 方向水平向左 总结提升 应用牛顿第二定律应注意的两个问题 1 要注意分析物体的受力情况和运动情况 而加速度是联系受力情况和运动情况的桥梁 2 使用公式f ma时 f m a三个物理量的单位必须采用统一的国际单位 否则公式中比例系数k不等于1 变式训练 如图 位于水平地面上的质量为m的小木块 在大小为f 方向与水平方向成 角的拉力作用下沿地面做加速运动 若木块与地面之间的动摩擦因数为 则木块的加速度为 a b c d 解析 选d 取m为研究对象 其受力情况如图所示 在竖直方向合力为零 即fsin fn mg在水平方向由牛顿第二定律得fcos fn ma由以上两式可得a d项正确 典例 放在水平面上的物块 受水平推力f的作用 力f的大小与时间t的关系如图甲所示 物块速度v与时间t的关系如图乙所示 6s前后的路面不同 重力加速度g 10m s2 则以下判断正确的是 a 物块的质量为2kg 动摩擦因数为0 2b 物块的质量为2kg 动摩擦因数为0 4c 物块的质量为1kg 动摩擦因数为0 5d 物块的质量为1kg 动摩擦因数前后不一样 6s前为0 4 6s后为0 5 标准解答 选d 根据0 3s内的v t f t图像可知 物块在该时间内做匀速直线运动 水平推力等于摩擦力 即滑动摩擦力 mg 4n 根据3 6s内的v t图像可得加速度的大小为2m s2 由牛顿第二定律得 mg 2 m 2 解得 0 4 m 1kg 由6s后的v t图像可得物块的加速度大小为1m s2 由牛顿第二定律得 6 mg m 1 解得 0 5 故d正确 不同模型瞬时加速度的求法辨析物体在某时刻的瞬时加速度由合力决定 当物体受力发生变化时 其加速度同时发生变化 这类问题常会遇到轻绳 轻杆 轻弹簧 橡皮条等模型 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 1 它们的共同点 质量忽略不计 都因发生弹性形变产生弹力 同时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关 2 它们的不同点 注意 分析物体在某时刻的瞬时加速度 关键是分析这一时刻的受力情况 明确哪些力不变 哪些力发生突变 再用牛顿第二定律求出瞬时加速度 案例展示 如图所示 质量相等的三个物块a b c a与天花板之间 b与c之间均用轻弹簧相连 a与b之间用细绳相连 当系统静止后 突然剪断a b间的细绳 则此瞬间a b c的加速度分别为 取向下为正 a g 2g 0b 2g 2g 0c 0 2g 0d 2g g g 标准解答 剪断细绳前 对b c整体进行受力分析 受到总重力和细绳的拉力而平衡 故ft 2mg 再对物块a受力分析 受到重力 细绳拉力和弹簧的拉力 剪断细绳后 重力和弹簧的弹力不变 细绳的拉力减为零 故物块b受到的合力等于2mg 向下 物块a受到的合力为2mg 向上 物块c受到的力不变 合力为零 故物块b有向下的加速度 大小为2g 物块a具有向上的加速度 大小为2g 物块c的加速度为零 故选b 答案 b 易错分析 本题易错选项及错误原因分析如下 1 基础理论辨析题 下列说法正确的有 a 物体速度为零时 合外力一定为零b 物体速度增大时 合外力一定增大c 物体做匀加速直线运动 合外力一定是恒力d 物体做匀速直线运动 合外力一定为零e 物体所受合外力越大 加速度越大f 物体所受合外力越大 速度越大 g 由m 可知 物体的质量与其所受合力成正比 与其运动的加速度成反比h 力f的单位取n时k等于1 解析 选c d e 物体的速度与加速度没有必然联系 当然与合外力也没有必然联系 速度为零 加速度不一定为零 如竖直上抛的物体在最高点时 速度为零 但加速度不为零 a错误 物体速度增大时 说明物体有加速度 所受的合外力一定不为零 但合外力不一定是变力 可以是恒力 b错误 物体做匀加速直线运动 加速度恒定 由牛顿第二定律可知物体所受的合外力恒 定 c正确 物体做匀速直线运动 加速度为零 物体所受的合外力为零 d正确 根据牛顿第二定律 物体受的合外力决定了物体的加速度 合外力越大加速度越大 e正确 合外力越大 加速度越大 说明速度变化得越快 速度不见得越大 f错误 物体的质量由本身决定 与合外力和加速度无关 g错误 在国际单位制中 即力f的单位取n 质量m的单位取kg 加速度a的单位取m s2时 k 1 h错误 2 2012 海南高考 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和速度大小的乘积成反比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作用力中的任一个力的大小成正比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 选d 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 a错误 力是产生加速度的原因 只要有合力