2023-2024学年粤教版必修第一册 第四章　第三节　牛顿第二定律 课件（60张）

第三节牛顿第二定律核心素养目标物理观念(1)能准确表述牛顿第二定律的内容。(2)理解牛顿第二定律表达式的意义。(3)知道国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。科学思维会应用牛顿第二定律解决简单的动力学问题。科学探究通过分析探究实验的数据，能够得出牛顿第二定律的数学表达式。科学态度与责任培养分析数据、从数据获取规律的能力。CONTENTS目录新知预览·抓必备素养浸润·提能力知能演练·重落实课时跟踪检测新知预览·抓必备高效学习夯基固本1知识点一牛顿第二定律的表述1．内容：物体的加速度与物体所受到的作用力成____，与物体的质量成____，加速度的方向与作用力的方向____。正比反比相同合力1ma知识点二力的单位1．国际单位：牛顿，简称牛，符号为N。2．“牛顿”的定义：使质量为1kg的物体获得1m/s2的加速度的力叫作1N，即1N＝1kg·m·s－2。3．比例系数k的意义(1)在F＝kma中，k的选取有一定的____(选填“任意”或“唯一”)性。(2)在国际单位制中k＝1，牛顿第二定律的数学表达式为F＝ma，式中F、m、a的单位分别为__、__、__。(选填：①kg

②N

③m/s2

④m/s)任意②①③让一名孩子推静止于光滑水平面上很重的一个箱子。(1)因为孩子力气较小，所以箱子可能不动。

()(2)孩子对箱子施力，然后产生了加速度，加速度的

产生滞后于力的作用。

()(3)箱子加速度的方向一定与箱子所受合外力方向相同。

()(4)箱子的质量与箱子的加速度成反比。

()(5)若孩子的推力逐渐减小，则箱子做减速运动。

()(6)孩子停止用力，则箱子立刻停下来。

()××√×××素养浸润·提能力互动探究重难突破2要点一牛顿第二定律的理解你了解赛车吗？如图所示的是一辆方程式赛车，车身结构一般采用碳纤维等材料进行轻量化设计，比一般小汽车的质量小得多，而且还安装了功率很大的发动机，可以在4～5s的时间内从静止加速到100km/h。你知道为什么要使赛车具备质量小、功率大两个特点吗？提示：赛车的质量小，赛车的运动状态容易改变；功率大，可以为赛车提供较大的动力。因此，这两个特点可以使赛车提速非常快(加速度大)。1．表达式F＝ma的理解(1)单位统一：表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。(2)F的含义：F是合力时，加速度a指的是合加速度，即物体的加速度；F是某个力时，加速度a是该力产生的加速度。2．牛顿第二定律的五个性质性质理解因果性力是产生加速度的原因，只要物体所受的合力不为0，物体就具有加速度矢量性F＝ma是一个矢量式。物体的加速度方向由它受的合力方向决定，且总与合力的方向相同瞬时性加速度与合力是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失同体性F＝ma中F、m、a都是对同一物体而言的独立性作用在物体上的每一个力都产生加速度，物体的实际加速度是这些加速度的矢量和【典例1】

(多选)

初始时静止在光滑水平面上的物体，受到一个逐渐减小且方向不变的水平力的作用，则这个物体的运动情况为(

)A．速度不断增大，但增大得越来越慢B．加速度不断增大，速度不断减小C．加速度不断减小，速度不断增大D．加速度不变，速度先减小后增大解析水平面光滑，说明物体不受摩擦力作用，物体所受到的水平力即为其所受合力。水平力逐渐减小，合力也逐渐减小，由公式F＝ma可知，当F逐渐减小时，a也逐渐减小，但速度逐渐增大。故A、C正确。AC|规律方法|合力、加速度、速度的关系(1)力与加速度为因果关系：力是因，加速度是果，只要物体所受的合力不为零，就会产生加速度。加速度与合力方向是相同的，大小与合力成正比。(2)力与速度无因果关系：合力的方向与速度方向可以相同，可以相反，还可以有夹角。合力的方向与速度的方向相同时，物体做加速运动，相反时物体做减速运动。1．下列对牛顿第二定律的理解错误的是(

)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受到外力的作用时，物体才有加速度C．加速度的方向与合外力的方向一致D．当外力停止作用时，加速度随之消失解析：F＝ma说明力是产生加速度的原因，但不能说F与a成正比，也不能说m与a成反比，故A错误；力是产生加速度的原因，所以当物体受到外力作用时，物体才有加速度，故B正确；根据牛顿第二定律的矢量性可知，加速度的方向与合外力的方向一致，故C正确；加速度与外力同时产生，同时消失，故D正确。A

2．下列说法正确的是(

)A．由牛顿第二定律知，加速度大的物体，所受的合外力一定大B．物体的加速度大，说明它的质量一定小C．任何情况下，物体的加速度大，速度变化量一定大D．a与Δv及Δt无关，但可以用Δv和Δt的比值来计算加速度a的大小要点二牛顿第二定律的简单应用汽车突然刹车，要在很短时间内停下来，会产生很大的加速度，这时如何计算安全带对人的作用力大小呢？提示：汽车刹车时的加速度可由刹车前的速度及刹车时间求得，由牛顿第二定律F＝ma可求得安全带产生的作用力大小。1．牛顿第二定律的应用：牛顿第二定律是联系物体受力情况与物体运动情况的桥梁。根据牛顿第二定律，可由物体所受各力的合力，求出物体的加速度；还可由物体的加速度，求出物体所受各力的合力。2．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。3．根据受力情况求加速度的方法(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。【典例2】

如图所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线与竖直方向的夹角为37°，球和车厢相对静止，球的质量为1kg。(g取10m/s2,sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(1)求车厢运动的加速度，并说明车厢的运动情况；解析方法一：合成法小球和车厢相对静止，它们的加速度相同。以小球为研究对象，对小球进行受力分析如图所示，小球所受合力F合＝mgtan37°，由牛顿第二定律得小球的加速度为加速度方向水平向右。车厢的加速度与小球相同，车厢可能向右做匀加速直线运动或向左做匀减速直线运动。方法二：正交分解法建立直角坐标系如图所示，正交分解各力，根据牛顿第二定律列方程得x方向Fx＝may方向Fy－mg＝0即Fsin37°＝ma，Fcos37°－mg＝0解得a＝7．5m/s2，加速度方向水平向右。车厢的加速度与小球相同，车厢可能向右做匀加速直线运动或向左做匀减速直线运动。答案

7．5m/s2，方向水平向右车厢可能向右做匀加速直线运动或向左做匀减速直线运动(2)求悬线对球的拉力大小。解析由图可知，悬线对球的拉力大小为答案

12．5N|规律方法|坐标系的建立方法在牛顿第二定律的应用中，采用正交分解法时，在受力分析后，建立直角坐标系是关键。在建立直角坐标系时，不管选取哪个方向为x轴正方向，最后得到的结果都应该是一样的，但在选取坐标轴时，应以解题方便为原则。

在【典例2】中，沿细线和垂直于细线方向建立直角坐标系，求车厢运动的加速度及悬线对球的拉力大小。解析：建立直角坐标如图所示。则有mgsin37°＝macos37°F－mgcos37°＝masin37°解得a＝7．5m/s2，方向水平向右。F＝12．5N。答案：7．5m/s2方向水平向右12．5N要点三牛顿第二定律的瞬时性问题1．瞬时性问题即求解瞬时加速度问题。牛顿第二定律是力的瞬时作用规律，加速度和力瞬时对应。分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻前后物体的受力情况及其变化，进而确定该时刻的受力情况。2．四种常见模型模型特性轻绳橡皮绳轻弹簧轻杆弹力方向沿着绳子缩短的方向沿着橡皮绳缩短的方向沿弹簧的轴线与弹簧形变方向相反不一定沿着杆受外力时形变特点不可伸长，不可变短只可变长，不可变短既可变长，又可变短不可伸长，

不可缩短受外力时形变量微小不计较大较大微小不计模型特性轻绳橡皮绳轻弹簧轻杆弹力能否突变可以突变两端连有物体时不能突变两端连有物体时不能突变可以突变产生拉力或压力只能受拉力作用，不能承受压力只能受拉力作用，不能承受压力既能承受拉力，又能承受压力即能承受拉力，又能承受压力【典例3】如图所示，A、B、C三球质量均为m，轻质弹簧一端固定在斜面顶端，另一端与A球相连，A、B间固定一个轻杆，B、C间由一轻质细线连接。倾角为θ的光滑斜面固定在地面上，弹簧、轻杆与细线均平行于斜面，开始时系统处于静止状态。已知重力加速度大小为g，在细线被烧断的瞬间，下列说法正确的是(

)|规律方法|解决瞬时性问题的基本思路(1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况，求出各力大小(①若物体处于平衡状态，则利用平衡条件；②若处于加速状态，则利用牛顿第二定律)。(2)分析当状态变化时(剪断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等)，哪些力变化，哪些力不变，哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力，发生在被撤去物接触面上的弹力都立即消失)。(3)求物体在状态变化后所受的合力，利用牛顿第二定律，求出瞬时加速度。

在【典例3】中，若剪断轻弹簧下端瞬间，则A、B、C的加速度各为多大？解析：剪断弹簧下端瞬间，弹簧弹力消失，A、B间因用轻杆连接，加速度一定相同，若B、C间细线有拉力，则2mgsinθ＋T＝2maAB。此时aAB＞gsinθ，而aC＜gsinθ。假设是错误的，所以T＝0。aAB＝aC＝gsinθ。答案：A、B、C的加速度均为gsinθ。|要点回眸|知能演练·重落实内化知识巩固技能31．(多选)关于牛顿第二定律的表达式F＝kma，下列说法正确的是(

)A．在任何情况下式中k都等于1B．式中k的数值由质量、加速度和力的大小决定C．式中k的数值由质量、加速度和力的单位决定D．物理学中定义使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N解析：在牛顿第二定律的表达式F＝kma中，k的数值由质量、加速度和力的单位决定，只有当质量的单位为kg、加速度的单位为m/s2、力的单位为N时，比例系数k才等于1，A、B错误，C正确；由牛顿第二定律F＝ma，知m＝1kg、a＝1m/s2时1N＝1kg·m/s2，即使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N，D正确。CD

2．假设洒水车的牵引力不变且所受阻力与车的重力成正比，未洒水时，车匀速行驶，洒水时它的运动将是(

)A．做变加速直线运动B．做初速度不为零的匀加速直线运动C．做匀减速直线运动D．继续保持匀速直线运动A

3．(多选)如图所示，火车在平直轨道上运动，车厢中的光滑水平桌面上用轻弹簧拴着一个小球，弹簧处于自然长度。当乘客看到弹簧的长度变长时，火车可能的运动情况是(

)A．火车向右运动，速度在增大B．火车向右运动，速度在减小C．火车向左运动，速度在增大D．火车向左运动，速度在减小解析：当弹簧长度变长时，说明小球受到水平向左的拉力，具有向左的加速度，若火车具有向左的初速度，则火车速度在增大；若火车具有向右的初速度，则火车速度在减小，故B、C正确。BC

4．我们可用轻杆、小球和硬纸板等制作一个简易加速度计，粗略测量运动物体的加速度。如图所示，在轻杆上端装上转轴，固定于竖直放置的画有角度的纸板上的O点，轻杆下端固定一小球，杆可在竖直平面内自由转动。将此装置固定于运动物体上，当物体向右加速(减速)运动时，杆便向左(向右)摆动，根据摆动后稳定的角度，便可知道加速度的大小和方向。你能解释这个加速度计的工作原理吗？解析：将此装置固定在运动的物体上，那么小球的加速度就等于运动物体的加速度，小球受到重力mg和杆的拉力F，当物体向右加速(减速)运动时，杆便向左(向右)摆动，设轻杆与竖直方向的夹角为θ，则有竖直方向：Fcosθ＝mg水平方向：Fsinθ＝ma解得a＝gtanθ由此可见，只要知道摆动后稳定的角度以及摆动的方向就能知道加速度的大小和方向。答案：见解析课时跟踪检测4C

2．如图所示，顶端固定着小球的轻杆固定在小车上，当小车向右做匀加速直线运动时，球所受合外力的方向沿图中的(

)A．OA方向 B．OB方向C．OC方向 D．OD方向解析：当小车向右做匀加速直线运动时，小球和小车是一个整体，所以小球也向右做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可得合力沿OD方向，D正确。D

3．随着居民生活水平的提高，家庭轿车越来越多，行车安全就越发显得重要。在行车过程中规定必须要使用安全带。假设某次急刹车时，由于安全带的作用，使质量为70kg的乘员具有的加速度大小约为6m/s2，此时安全带对乘员的作用力最接近(

)A．100N B．400NC．800N D．1000N解析：由题意知F＝ma＝420N，所以最接近400N，故B正确。B

4．一个物体质量为2kg，在几个力作用下处于静止状态，现把一个大小为10N的力撤去，其他力保持不变，则该物体将(

)A．沿该力的方向开始做匀加速运动，加速度的大小是5m/s2B．沿该力的相反方向做匀加速运动，加速度的大小是5m/s2C．沿该力的相反方向做匀加速运动，加速度的大小是20m/s2

D．由于惯性，物体仍保持原来的静止状态不变B

5．在光滑水平桌面上，物块A用轻绳和物块B连接，轻绳跨过定滑轮，物块B悬空，如图甲所示，系统从静止开始，运动的加速度为a1。在图乙中，若对轻绳施加一个和物块B重力相等的拉力F，物块A从静止开始运动的加速度为a2，则(

)A．a1＜a2

B．a1＝a2C．a1＞a2 D．无法判断A

6．在粗糙的水平面上，物体在水平推力的作用下，由静止开始做匀加速直线运动，经过一段时间后，将水平推力逐渐减小到零(物体不停止)，那么，在水平推力减小到零的过程中(

)A．物体的速度逐渐减小，加速度逐渐减小B．物体的速度逐渐增大，加速度逐渐减小C．物体的速度先增大后减小，加速度先增大后减小D．物体的速度先增大后减小，加速度先减小后增大D

解析：物体水平方向受力如图所示，因为原来做匀加速直线运动，所以F＞f，由于运动一段时间，所以物体已有一定的速度，当力F减小时包含以下三个过程：②随着F减小，F＝f时，即F合＝0，a＝0，速度达到最大；综上所述，a先减小后增大，v先增大后减小，故D正确。8．两轻绳拴接一定质量的小球，两轻绳与竖直方向的夹角如图所示，若只剪断a绳，剪断瞬间小球的加速度大小为a1，若只剪断b绳，剪断瞬间小球的加速度大小为a2，则a1∶a2为(

)9．一个物体置于光滑的水平面上，受到6N水平拉力作用从静止出发，经2s，速度增加到24m/s。(不计空气阻力，g取10m/s2)求：(1)物体的加速度多大；(2)物体的质量是多大；解析：根据牛顿第二定律F＝ma得，物体的质量(3)若改用同样大小的力竖直向上提升这个物体，它的加速度多大；解析：根据牛顿第二定律得F－mg＝ma′上升的加速度(4)物体在这个竖直向上的力的作用下速度由零增大到4m/s的过程中，物体上升的高度多大。解析：根据速度与位移公式有v2－v02＝2a′h10．“长征八号”运载火箭是我国自行研制的航天运载工具，据新闻报道，“长征八号”运载火箭采用了子级整体垂直反推回收的方式，能有效实现火箭部件再利用，降低发射成本，有利于增强中国商业卫星发射在全球的竞争力。下列说法正确的是(

)A．火箭第一级发动机在刚刚脱离主体时就停止了推进动力，这时候没有动力的第一级发动机的加速度为0B．火箭第三级在准备把运载的卫星送入预定轨道时，会先把顶端的卫星保护外壳脱落下来，这部分脱落的外壳一脱落就做自由落体运动C．“长征八号”运载火箭在刚刚点火的瞬间，速度几乎为0，但是它的加速度却比较大D．火箭升空后速度越来越大，加速度也越来越大C

解析：没有动力的第一级发动机还受到地球的引力作用，所以加速度不为0，A错误；物体做自由落体运动的条件是只受重力和初速度为0，脱落的外壳初速度不为0，不是做自由落体运动，B错误；火箭在刚刚点火的瞬间，速度几乎为0，但是受到很大的向上的推力，所以它的加速度比较大，C正确；火箭在加速升空的最后阶段，速度越来越大，加速度越来越小，