高中物理第4章牛顿运动定律第3节牛顿第二定律课件新人教版.pptx

1、第3节牛顿第二定律,(教师参考) 一、教学目标 知识与技能 1.掌握牛顿第二定律的内容和公式 2.知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的 3.会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算 过程与方法 1.以实验为基础,归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系,进而总结出牛顿第二定律 2.能从实际运动中抽象出模型并用牛顿第二定律加以解决 情感态度与价值观 1.渗透物理学研究方法的教育 2.认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法,二、教学重点难点 教学重点 牛顿第二定律的理解 教学难点 牛顿第二定律的应用 三、重难点突破方略 牛顿第二定律的突破方略 【思考与讨论1】 上一节教材得

2、出了物体的加速度跟作用力、物体的质量的关系,牛顿第二定律更具体地描述了这种关系. (1)牛顿第二定律的内容是什么? 学生:物体的加速度跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同.,(2)物体的加速度跟作用力成正比,其比例式如何表示?物体的加速度跟物体的质量成反比,其比例式如何表示? 学生:a=k1F,a=k2 (k1,k2为比例系数). (3)那么,牛顿第二定律内容的比例式又如何表示? 学生:F=kma(k为比例系数). (4)实际的物体受到的作用力往往不止一个,若物体受多个力的共同作用,则力F指的是什么? 学生:若物体受多个力的共同作用,则力F指的是物体所受的合力.,

3、【思考与讨论2】 (1)提问:国际上对力的单位“牛顿”是怎样定义的,即规定了多大的力作为1 N?请学生们阅读教材得出. 学生:使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力,叫做1 N. (2)提问:在规定了力的单位后,表达式F=kma中的各个物理量如果都采用国际单位,则变成了怎样的形式? 学生:牛顿第二定律的表达式为F=ma. 【教师讲授】 F=kma中的比例常数k与式中各物理量单位的选取有关,若各量的单位均采用国际单位,则k=1.牛顿第二定律的表达式变为F=ma.,课堂探究,自主学习,达标测评,自主学习 课前预习感悟新知,(教师参考) 情境链接一 如图所示的赛车,为什么它的质量比一般的

4、小汽车质量小得多,而且还安装一个功率很大的发动机? 信息 竞赛用的小汽车要求提速快(即加速度大),功率强大的发动机能够提供很大的牵引力,而且质量小,所以启动快,可以在四五秒的时间内从静止加速到100 km/h,为比赛赢得了时间,而普通小汽车从静止加速到100 km/h,需要十几秒的时间.满载货车加速就更慢了.由此可见物体运动的加速度,既与受力有关还跟质量有关,受力越大,加速度越大(质量m一定),质量越小,加速度越大(力F一定).,情境链接二 我国研制的一种捆绑式火箭,起飞推力非常巨大,达到6.0106 N,可以用来发射小型载人飞船,总起飞质量达461 t.昆虫沫蝉的身体仅6 mm长,当沫蝉起跳

5、时,加速度可以达到4 000 m/s2.受力大的物体其加速度一定大吗? 信息 物体的加速度由作用力和物体的质量共同决定.虽然捆绑式火箭的起飞推力巨大,但是总起飞质量也非常大,产生的加速度并不大.,教材梳理,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 ,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 . 想一想 由牛顿第二定律可知无论怎样小的力都可以产生加速度,可是,当我们用力提一个很重的箱子,却提不动它,这跟牛顿第二定律矛盾吗?应该怎样解释这个现象? 答案:这跟牛顿第二定律不矛盾.物体受多个力作用时,牛顿第二定律中的力F指的

6、是物体所受的合力.,正比,反比,相同,kma,合力,二、力的单位 1.单位:国际单位制中是 ,符号是N. 2.1 N的物理意义:使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力,称为1 N,即1 N= . 3.比例系数k的意义:k的数值由F,m,a三个物理量的单位共同决定,若三量都取国际单位,则k=1,牛顿第二定律的表达式可写作F= . 想一想 质量不同的物体,所受的重力不一样,它们自由下落时加速度却是一样的,你知道这是为什么吗? 答案:自由下落的物体只受重力的作用,由牛顿第二定律可知,物体下落的加速度a= =g,所以做自由落体运动的物体,其运动的加速度都是重力加速度g,与物体的质量大小无关

7、.,牛顿,1 kgm/s2,ma,1.牛顿第一定律是牛顿第二定律在合外力为零时的特例.() 2.我们用较小的力推一个很重的箱子,箱子不动,可见牛顿第二定律不适用于较小的力.() 3.加速度的方向跟作用力的方向没必然联系.() 4.若力、质量、加速度三个物理量都取国际单位,则公式F=kma的k就等于1.() 5.1 N的力可以使质量为1 kg的物体,产生1 m/s2的加速度.(),思考判断,答案:1.2.3.4.5.,要点一,课堂探究 核心导学要点探究,【问题导学】,对牛顿第二定律的理解,1.静止在光滑水平面上的重物,受到一个很小的水平推力,在力刚开始作用的瞬间,重物是否立即获得加速度,是否立即

8、有了速度,为什么?,答案:是,否.力是产生加速度的原因,力与加速度具有同时性,故在力作用的瞬间,物体立即获得加速度,但由v=at可知,要使物体获得速度必须经过一段时间.,2.用力去推水平地面上的大石块,却没有推动,是否说明这个力没有产生加速度?,答案:否.当物体受到几个力作用时,每个力各自独立地使物体产生一个加速度,但物体表现出来的加速度却只有一个,即各个力产生加速度的矢量和,石块没被推动说明石块的合加速度为零,并不是这个力没产生加速度.,【要点归纳】 对牛顿第二定律的理解要点,【例1】 (多选)关于牛顿第二定律的下列说法中,正确的是( ) A.物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合力大小决

9、定,与物体的速度大小无关 B.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 C.物体所受合力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的 D.一旦物体所受合力为零,则物体的加速度立即为零,其速度也一定立即变为零,AB,核心点拨(1)力是使物体产生加速度的原因. (2)加速度由合外力和物体质量共同决定. (3)加速度的方向与速度变化方向一定相同,但与速度方向没有必然的关系.,解析:对于某个物体,合力的大小决定加速度的大小,合力的方向决定加速度的方向,而与速度的方向无关,选项A,B正确;物体所受合力方向、物体加速度方向与速度方向无必然的关系,选项C错误;合力一旦为零,则加速度立即为零,而此

10、时物体的速度不一定为零,选项D错误.,误区警示,关于牛顿第二定律理解的三大误区,(1)认为先有力,后有加速度: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.,(3)认为作用力与m和a都成正比:不能由F=ma得出Fm、Fa的结论,物体所受合外力的大小是由物体的受力情况决定的,与物体的质量和加速度无关.,(教师备用) 例1-1:(多选)下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解,正确的是( ),CD,解析:牛顿第二定律的表达式F=ma确定了各物理量之间的数量关系,即已知两个量,可求第三个量,作用在物体上的合外力,可由物体的质量和加速度计

11、算,并不由它们决定,选项A错误;质量是物体本身的属性,由物体本身决定,与物体是否受力无关,选项B错误;物体的加速度与合外力成正比,与质量成反比,m可由其他两量求得.选项C,D正确.,针对训练1:(2017上海静安高一检测)竖直向上飞行的子弹,达到最高点后又返回原处,假设整个运动过程中,子弹受到的阻力与速度的大小成正比,则整个过程中,加速度大小的变化是( ) A.始终变大 B.始终变小 C.先变大后变小 D.先变小后变大,B,要点二,【问题导学】 1.在应用牛顿第二定律解题时,除了分析物体的受力情况外,还需要考虑物体对其他物体的施力情况吗?,答案:不需要.牛顿第二定律中的“F”是物体受到的其他物

12、体对它的作用力,而不是此物体对其他物体的作用力.,牛顿第二定律的应用,2.在应用公式F=ma进行计算时,若F的单位用牛顿(N),m的单位用克(g)是否可以?,答案:不可以.公式中的各量必须用国际单位.若不然,公式中的比例系数就不再等于1.,【要点归纳】 已知物体受力求加速度的方法 (1)矢量合成法:若物体只受两个力作用时,应用平行四边形求这两个力的合力,再由牛顿第二定律求出物体的加速度大小,合力的方向就是加速度方向. (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所受的合力,应用牛顿第二定律求加速度.在实际应用中的受力分解,常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,

13、即,【例2】 如图所示,沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中,悬挂小球的悬线偏离竖直方向的夹角=37,小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg (sin 37=0.6,cos 37=0.8,取g=10 m/s2).求: (1)车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况; (2)悬线对小球的拉力大小.,核心点拨 小球运动的加速度方向是水平向右的,合力与加速度方向相同,也是水平向右的.,解析:法一合成法 (1)由于车厢沿水平方向运动,所以小球有水平方向的加速度,所受合力F沿水平方向. 选小球为研究对象,受力分析如图(甲)所示. 由几何关系可得 F=mgtan 小球的加速度a= =gtan =7.5 m/s

14、2,方向向右. 则车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动.,法二正交分解法 以水平向右为x轴正方向建立坐标系,并将悬线对小球的拉力FT正交分解,如图(乙)所示. 则沿水平方向有FTsin =ma 竖直方向有FTcos -mg=0 联立解得a=7.5 m/s2,FT=12.5 N 且加速度方向向右,故车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动.,答案:(1)见解析 (2)12.5 N,规律方法,应用牛顿第二定律解题的步骤,(教师备用) 例2-1:质量为m的木块,以一定的初速度沿倾角为的固定斜面向上滑动,木块与斜面间的动摩擦因数为,如图所示. (1)求向上滑动时木块的加速度的大小和

15、方向. (2)若此木块滑到最大高度后,能沿斜面下滑,求下滑时木块的加速度的大小和方向.,思维导图解答本题时可按以下思路进行:,解析:(1)以木块为研究对象,木块受到重力、斜面支持力和摩擦力三个力的作用,应采用正交分解法求解,以加速度的方向为x轴正方向,垂直斜面向上为y轴正方向,建立坐标系.木块上滑时其受力如图(甲)所示,根据题意,加速度的方向沿斜面向下,将各个力正交分解.根据牛顿第二定律有 mgsin +Ff=ma,FN-mgcos =0 又Ff=FN,联立解得a=g(sin +cos ). (2)木块下滑时其受力情况如图(乙)所示,木块的加 速度方向沿斜面向下.根据牛顿第二定律有 mgsin

16、 -Ff=ma,FN-mgcos =0 又Ff=FN,联立解得a=g(sin -cos ). 答案:(1)g(sin +cos ),方向沿斜面向下 (2)g(sin -cos ),方向沿斜面向下,要点三,【问题导学】 1.由牛顿第二定律可知,力是产生加速度的原因.因而,“只有力先发生改变,稍后才有加速度的改变”这种说法正确吗?,答案:不正确.力与加速度有着因果关系.但力与加速度在变化中,却没有时间的先后,它们是同时变化的,即只要力发生变化,加速度立刻变化.,应用牛顿第二定律求瞬时加速度,2.如图所示,小球M处于静止状态,弹簧与竖直方向的夹角为,烧断BO绳的瞬间小球M的加速度指向何方?,答案:由

17、于烧断绳前M平衡,弹簧处于伸长状态,小球M所受到的重力和弹簧的弹力的合力方向水平向右,烧断BO绳的瞬间,弹簧的形变不会立即改变,因此,小球M所受合力方向仍水平向右,则加速度方向水平向右.,【要点归纳】 1.刚性绳(或接触面):一种发生微小形变产生弹力的物体,若剪断(或脱离)后,其中弹力立即发生变化,不需要形变恢复时间,一般题目中所给细线或接触面在不加特殊说明时,均可按此模型处理. 2.弹簧(或橡皮绳):此类物体形变量大,形变恢复需要较长时间,在解决瞬时问题时,可将其弹力的大小看成不变来处理.,【例3】 (2017松原高一质检)如图所示,物块1,2间用刚性轻质杆连接,物块3,4间用轻质弹簧相连,

18、物块1,3质量为m,2,4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.重力加速度大小为g,则有( ) A.a1=a2=a3=a4=0 B.a1=a2=a3=a4=g,C,核心点拨(1)轻杆发生微小形变,弹力可以突变;轻弹簧发生明显形变,弹力不能突变. (2)抽出木板瞬间,物块1,2连同轻杆做自由落体运动. (3)撤去木板时,弹簧的弹力不能突变. 解析:在抽出木板的瞬间,物块1,2与轻杆整体做自由落体运动,则物块1,2与刚性轻杆接触处的形变立即消失,受到的合力均等于各自重力

19、,所以由牛顿第二定律知a1=a2=g;而物块3,4间的轻弹簧的形变不能突变,若弹簧弹力为F,此时弹簧对3向上的弹力大小和对物块4向下的弹力大小仍为mg,因此物块3满足mg=F,a3=0;物块4满足F+Mg=Ma4则a4= g,选项C正确.,物理模型,求瞬时加速度的常见模型,(教师备用) 例3-1:如图所示,小球A,B,C的质量均为m,A,B间用细线相连,B,C间用轻质弹簧k2相连,然后用轻质弹簧k1悬挂而静止,则在剪断A,B间细线的瞬间,A,B,C的加速度分别是( ) A.aA=3g,aB=2g,aC=0 B.aA=0,aB=g,aC=g C.aA=2g,aB=2g,aC=0 D.aA=g,a

20、B=2g,aC=g,C,针对训练3:(2017安徽江南十校摸底)如图所示,在动摩擦因数=0.2的水平面上有一个质量m=1 kg的小球,小球与水平轻弹簧及与竖直方向成45角的不可伸长的轻绳一端相连,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10 m/s2),下列说法中正确的是( ) A.小球受力个数不变 B.小球立即向左运动,且a=8 m/s2 C.小球立即向左运动,且a=10 m/s2 D.若剪断弹簧右端,则剪断瞬间小球加速度的大小为a=10 m/s2,B,解析:在剪断轻绳前,小球所受弹簧弹力和绳子拉力的合力与重力mg是一对平衡力,如图所示.则弹簧弹力F=mgt

21、an 45=10 N.剪断轻绳的瞬间,弹簧弹力不变,重力不变,小球与水平面间发生挤压受到支持力,小球有向左运动的趋势,受摩擦力,受力个数变化,选项A错误;此时在竖直方向,水平面的弹力FN=mg,摩擦力为Ff=FN=2 N,小球水平向左有F-Ff=ma,解得a= 8 m/s2,选项B正确,C错误;若剪断的是弹簧,则剪断瞬间弹簧弹力和轻绳的拉力均消失,小球仍然静止,则加速度的大小a=0,选项D错误.,(教师参考) 【教材探究】 1.教材P76例题2还有什么方法求合力?,答案:二力直接合成,由于夹角为120,则F合=F1=10 N,方向沿二力夹角的平分线.,2.由牛顿第二定律可以得到公式F=kma,而我们应用时用公式F=ma,对公式F=ma的应用需特别注意什么?,答案:由F=kma变为F=ma,比例系数k=1,使k=1的前提条件是F,m,a均采用国际单位,因此在应用公式F=ma时,三个物理量单位均为国际单位.,达标测评 随堂演练检测效果,1.(2017河北定州中学高一检测)如图,小鸟沿虚线斜向上加速飞行,空气对其作用力可能是( ) A.F1 B.F2 C.F3 D.F4,B,解析:小鸟沿虚线斜向上加速飞行,加速度沿着虚线向上,故合力F沿着虚线向上;小鸟受重力和空气对其作用力,由力的平行