牛顿第二定律课件-高一上学期物理人教版()-1

第3节牛顿第二定律第四章运动和力的关系目

录CONTENTS知识点01随堂对点自测02课后巩固训练03知识点1知识点二牛顿第二定律的简单应用知识点一牛顿第二定律的表达式和力的单位知识点三瞬时加速度问题知识点一牛顿第二定律的表达式和力的单位一、牛顿第二定律的表达式1.内容:物体加速度的大小跟它受到的作用力成______,跟它的质量成______,加速度的方向跟作用力的方向______。2.表达式:F=______,k是比例系数,F是物体所受的______。3.方向关系:加速度的方向与____的方向一致。正比反比相同kma合力力二、力的单位1.力的国际单位:牛顿,简称____,符号为____。2.“牛顿”的定义:使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力叫作1N,即1N= _________。

3.在质量的单位取kg,加速度的单位取m/s2,力的单位取N时,F=kma中的k=____,此时牛顿第二定律可表述为F=______。牛N1kg·m/s21ma【思考】

如图所示,某人在客厅内用力推沙发,但是沙发没有动。(1)根据牛顿第二定律,有力就能产生加速度,人给沙发施加力后,沙发为什么没动?(2)如果地板光滑,当人给沙发施加力的瞬间,沙发会有加速度吗?是否立刻获得速度?提示

(1)牛顿第二定律的表达式F=ma中的力F指的是物体所受的合力,尽管对沙发有一个推力作用,但沙发所受的合力为零,所以不能产生加速度。(2)加速度与力之间是瞬时对应关系,有力就立刻获得加速度,但速度的获得需要一段时间,故不能立刻获得速度。思考判断(1)公式F=kma中,各物理量的单位都为国际单位时,k=1。()(2)质量大的物体,其加速度一定小。(

)(3)物体加速度的大小由物体的质量和所受合力大小决定,与物体的速度大小无关。()(4)物体的加速度的方向不仅与它所受合力的方向有关,还与速度方向有关。(

)(5)一旦物体所受合力为零则物体的加速度和速度立即变为零。(

)√×√××ABC例1

(多选)关于牛顿第二定律,下列说法正确的是(

)A.牛顿第二定律的表达式F=ma是矢量式,a与F方向始终相同B.某一瞬间的加速度,只能由这一瞬间的外力决定,而与这一瞬间之前或之后的外力无关C.在公式F=ma中,若F为合力,则a等于作用在该物体上的每一个力产生的加速度的矢量和D.物体的运动方向一定与物体所受合力的方向相同解析

牛顿第二定律的表达式是矢量式,a与F方向始终相同,A正确;F=ma具有瞬时性,B正确;如果F=ma中F是合力,则a为合力产生的加速度,即各分力产生的加速度的矢量和,C正确;如果物体做减速运动,则v与F反向,D错误。牛顿第二定律的性质B

两个加速度公式的区别

知识点二牛顿第二定律的简单应用

例3

(人教版教材P97例题2改编)高铁已成为中国的名片,某人为了测量高铁启动过程的加速度,将一支笔(可视为质点)用细线系于高铁车厢内的顶壁上,高铁启动过程中,发现系笔的细线偏离竖直线的夹角为θ=37°,此时笔和车厢相对静止,如图所示,设笔的质量为0.1kg(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)。求:(1)车厢运动的加速度大小;(2)细线对笔的拉力大小。解析

法一

合成法(1)由于车厢沿水平方向运动,笔与车厢的加速度相同,所以笔有沿水平方向的加速度,所受合力F沿水平方向,以笔为研究对象,受力分析如图所示。

法二

正交分解法以水平向右为x轴正方向,竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系,并将细线对笔的拉力FT正交分解,如图所示,则沿水平方向有FTsin

θ=ma竖直方向有FTcos

θ=mg联立解得a=7.5

m/s2,FT=1.25

N。答案

(1)7.5m/s2

(2)1.25N总结提升

应用牛顿第二定律解题的一般步骤训练1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°斜向上的力F拉物体,使物体沿水平面做匀加速直线运动(g取10m/s2,

sin37°=0.6,cos37°=0.8)。(1)若水平面光滑,求物体加速度的大小;(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,求物体加速度的大小。答案

(1)8m/s2

(2)6m/s2解析

(1)水平面光滑时,物体的受力情况如图甲所示,由牛顿第二定律有Fcos

37°=ma1解得a1=8

m/s2。(2)水平面不光滑时,物体的受力情况如图乙所示,水平方向有Fcos

37°-Ff=ma2竖直方向有FN'+Fsin

37°=mg又Ff=μFN'联立解得a2=6

m/s2。知识点三瞬时加速度问题1.瞬时加速度问题牛顿第二定律是力的瞬时作用规律,加速度和力同时产生、同时变化、同时消失。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。2.两种基本模型(1)刚性模型(细钢丝、细线、轻杆等):此类形变属于微小形变,其发生过程时间极短,在物体的受力情况改变(如某个力消失)的瞬间,其形变可随之突变,弹力可以突变。(2)弹性模型(轻质弹簧、橡皮条、弹性绳等):此类形变属于明显形变,其发生需要一段时间,其弹力不能突变,瞬间可看成是不变的。B例4如图所示,在动摩擦因数μ=0.2的水平面上有一个质量m=1kg的小球,小球左侧连接一水平轻弹簧,弹簧左端固定在墙上,右侧连接一与竖直方向成θ=45°角的不可伸长的轻绳,轻绳另一端固定在天花板上,此时小球处于静止状态,且水平面对小球的弹力恰好为零。在剪断轻绳的瞬间(g取10m/s2),下列说法中正确的是(

)A.小球仍然处于静止状态B.小球立即向左加速,且加速度的大小a=8m/s2C.小球立即向左加速,且加速度的大小a=10m/s2D.若剪断的是弹簧,则剪断瞬间小球加速度的大小a=10m/s2

1.分析瞬时性问题的两个关键(1)分析瞬时前、后的受力情况和运动状态。(2)明确绳或线类、弹簧或橡皮条类模型的特点。2.分析瞬时问题的三个步骤(1)分析原来物体的受力情况。(2)分析物体在弹力发生突变时的受力情况。(3)由牛顿第二定律列方程求出瞬时加速度。C训练2如图所示,物块1、2间用竖直刚性轻质杆连接,物块3、4间用竖直轻质弹簧相连,物块1、3的质量为m,物块2、4的质量为M,两个系统均置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。现将两木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,物块1、2、3、4的加速度大小分别为a1、a2、a3、a4。重力加速度为g,则有(

)

随堂对点自测2D1.(牛顿第二定律的理解)(2025·四川凉山期末)关于牛顿第二定律,下列说法正确的是(

)A.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B.物体的质量与它所受到合力成正比,跟它的加速度成反比C.物体所受合力必须达到一定值时,才能使物体产生加速度D.物体的速度为零,但加速度可能很大,所受的合力也可能很大解析

力是产生加速度的原因,而不是有加速度才有力,故A错误;物体的质量是物体的固有属性,与它所受到合力和加速度无关,故B错误;根据F合=ma可知只要物体所受合力不为零就会有加速度,故C错误;物体的速度为零,但加速度可能很大,所受的合力也可能很大,例如子弹发射的瞬间,加速度很大,所受的合力也很大,故D正确。D2.(牛顿第二定律的简单应用)(2025·四川攀枝花期末)水平面上一质量为2kg的物体在水平向右、大小为2N的恒定拉力作用下向左运动,物体与水平面间的动摩擦因数为0.2。重力加速度取10m/s2,则该物体向左运动过程中的加速度为(

)A.1m/s2,水平向左

B.3m/s2,水平向左C.1m/s2,水平向右

D.3m/s2,水平向右解析

对物体进行受力分析,根据牛顿第二定律有μmg+F=ma,解得a=3

m/s2,加速度方向水平向右,故D正确。B3.(瞬时加速度问题)如图所示,A、B两球用细线悬挂于天花板上且静止不动,两球质量mA=2mB,两球间是一个轻质弹簧,如果突然剪断悬线,则在剪断悬线瞬间(

)

课后巩固训练3BC题组一

牛顿第二定律的表达式和力的单位1.(多选)关于牛顿第二定律,下列说法正确的是(

)A.根据公式F=ma可知,物体所受合外力与其运动的加速度成正比B.物体所受合外力不为零时,一定会产生加速度,但速度可能为零C.在公式F=kma中,k的数值取决于F、m、a的单位的选取D.牛顿第二定律在F=0时可以推导出牛顿第一定律基础对点练解析

合外力F与物体的质量和加速度都无关,A错误;由牛顿第二定律可知,物体所受合外力不为零时,一定会产生加速度,但速度可能为零,例如汽车启动瞬间速度为零,加速度不为零,B正确;公式F=kma中k的数值取决于F、m、a的单位的选取,C正确;牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的运动状态,物体不受外力和物体所受合外力为零是有区别的,所以不能将牛顿第一定律当成是牛顿第二定律的特殊情况,D错误。B2.静止在光滑水平面上的物体,受到一个水平拉力,当拉力开始作用的瞬间,下列说法正确的是(

)A.物体立即获得速度 B.物体立即获得加速度C.物体加速度仍为零 D.物体同时获得速度和加速度解析

物体静止在光滑水平面上,受到水平拉力的瞬间,合力等于拉力,根据牛顿第二定律知物体立刻获得加速度,而物体由于具有惯性,此瞬间还保持原来的运动状态,速度为零,选项B正确。B题组二

牛顿第二定律的简单应用3.一个物体质量为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.沿该力的方向做匀加速直线运动,加速度大小为10m/s2D.由于惯性,物体仍保持原来的静止状态不变

AB4.(多选)(2025·湖南株洲月考)物体质量为3kg,放在光滑水平面上,同时受到大小为3N、4N和5N的三个水平力作用,物体的加速度可能为(

)A.0 B.3m/s2

C.6m/s2

D.9m/s2解析

根据力的合成规律知,三个力的合力范围为0≤F合≤12

N,根据牛顿第二定律有F合=ma,解得物体的加速度范围为0≤a≤4

m/s2,故A、B正确。A题组三

瞬时加速度问题5.(2024·湖南卷,3)如图,质量分别为4m、3m、2m、m的四个小球A、B、C、D,通过细线或轻弹簧互相连接,悬挂于O点,处于静止状态,重力加速度为g。若将B、C间的细线剪断,则剪断瞬间B和C的加速度大小分别为(

)A.g,1.5g

B.2g,1.5g

C.2g,0.5g

D.g,0.5g解析

细线剪断前,对B、C、D整体受力分析,由共点力的平衡条件有A、B间轻弹簧的弹力FAB=6mg,对D受力分析,有C、D间轻弹簧的弹力FCD=mg;细线剪断瞬间,由牛顿第二定律对B有3mg-FAB=3maB,对C有2mg+FCD=2maC,联立解得aB=-g,aC=1.5g,A正确。D6.如图所示,质量为m的小球用一水平轻弹簧系住,并用倾角为53°的光滑木板AB托住,小球恰好处于静止状态,在木板AB突然撤离的瞬间(重力加速度为g