2022版新教材物理鲁科版必修第一册学案：第5章 第3节　牛顿第二运动定律 WORD版含解析.docx

1、第3节牛顿第二运动定律课标解读课标要求素养要求1.理解并准确表达牛顿第二定律的内容,知道其表达式的含义。2.能根据1 N的定义,理解牛顿第二定律的数学表达式的产生过程。3.能从合力与加速度的同时性、矢量性等方面理解牛顿第二定律。4.会应用牛顿第二定律分析和处理生活中的简单问题。5.知道国际单位制,了解单位制的重要意义,能正确规范使用物理单位。1.物理观念:培养用相互作用与运动的观念认识和分析问题的能力。2.科学思维:能对动力学问题进行分析和推理、获得结论,能利用牛顿第二定律分析解决实际问题。3.科学探究:以实验为基础归纳总结出物体的加速度跟它的质量、所受外力的关系,具有分析数据、从数据获取规律

2、的能力。4.科学态度与责任:通过实验探究、渗透物理方法的教育,体会物理的实用价值,培养学生关注生活实际的意识。要点一牛顿第二定律物体加速度的大小与所受合外力的大小成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力方向相同。要点二国际单位制人们选定了几个物理量为基本量,其单位为基本单位,根据物理学关系式由基本量推导出其他物理量的单位为导出单位。基本单位与导出单位一起组成单位制。(1)合外力的大小是物体所受外力的代数和吗?(2)放在地面上的箱子,受到推力后,箱子却仍然保持静止,为什么?提示(1)不是,是所受外力的矢量和的大小。(2)箱子除了受到推力还有摩擦力、重力和支持力,合外力为零,所以不动。如何

3、理解加速度的方向?提示加速度的方向即速度变化的方向,由合外力方向决定,与合外力方向相同。基本量都有哪些?提示长度、质量、时间、热力学温度、电流、物质的量、发光强度。(1)说出国际单位制的基本单位?(2)以下单位是基本单位吗?厘米、小时、克、伏特、牛、焦耳、瓦特、帕斯卡。提示(1)米、千克、秒、开(尔文)、安(培)、摩(尔)、坎(德拉)。(2)厘米、小时、克分别是基本物理量长度、时间、质量的单位,所以是基本单位,其他都不是基本单位。1.牛顿第二定律的表达式F=ma中F指物体受到的力,实际物体所受的力往往不止一个,这时F指物体所受的合力,该式中F、m、a的单位都要用国际单位。2.对牛顿第二定律的理

4、解(1)因果性:力是使物体产生加速度的原因,物体加速度的大小跟它受到的作用力的大小成正比,加速度的方向跟作用力的方向相同。(2)瞬时性:a与F同时产生、同时变化、同时消失为瞬时对应关系。(3)矢量性:F=ma是矢量式,任意时刻加速度a的方向均与力F的方向一致,当力F的方向变化时,a的方向同时变化。(4)同体性:公式F=ma中a、F、m对应于同一物体。(5)相对性:牛顿第二定律适用于相对地面静止或做匀速直线运动的参考系(惯性系),对相对地面做变速运动的参考系(非惯性系)不适用。(6)独立性:当物体同时受到几个力作用时,各个力都遵循牛顿第二定律F=ma,每个力都会使物体产生一个加速度,这些加速度的

5、矢量和即物体具有的合加速度。故牛顿第二定律可表示为Fx=maxFy=may。Fx、ax分别为x方向上物体受到的合力、x方向上物体的加速度;Fy、ay分别为y方向上物体受到的合力、y方向上物体的加速度。3.从牛顿第二定律理解惯性:惯性是物体保持自己原来运动状态的性质,大小只与物体的质量有关,是物体本身的固有属性。在确定的作用力下,质量越大,加速度越小,运动状态越难改变,惯性越大。探究点一牛顿第二运动定律1.在课本上撒一些碎纸片,先用嘴轻吹,再用力使劲吹,观察到什么现象?提示用力吹的纸片飞的远,纸片受到的力越大,其运动状态越容易改变,即加速度越大。2.在课本上撒一些碎纸片和一些小石子,用力使劲吹,

6、观察现象。提示纸片运动状态改变,小石子不动,对不同的物体,受到相同的力,质量越小,其运动状态越容易改变,即加速度越大。1.牛顿第二运动定律:物体加速度的大小与所受合外力的大小成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力的方向相同。2.使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度,所用的力为1 kgm/s2,我们即定义这个力的大小是1 N。1 N=1 kgm/s2。3.当物体同时受到几个外力作用时,F代表的是合外力。4.牛顿第二定律表明,力与加速度总是同时出现、同时消失,力是产生加速度的原因,力不变则加速度也不变,力随时间改变,加速度也随时间改变;并且加速度的方向与合外力方向永远相同;合外

7、力为0则加速度为0,这时物体保持静止或匀速直线运动状态。例(多选)(2021四川简阳阳安中学高一月考)关于牛顿第二定律,下列说法正确的是()A.加速度与合力的关系是瞬时对应关系,即a与F同时产生、同时变化、同时消失B.加速度的方向总是与合外力的方向相同C.同一物体的运动速度变化越大,受到的合外力也越大D.物体的质量与它所受的合外力成正比与它的加速度成反比答案AB加速度与力的关系是瞬时对应关系,即a与F是同时产生、同时变化、同时消失,A正确;根据牛顿第二定律得,加速度的方向总是与合外力的方向相同,B正确;速度变化大,加速度不一定大,则合力不一定大,C错误;质量是物体的固有属性,不随合力、加速度的

8、变化而变化,故D错误。解题感悟由F=ma可得m=Fa,可通过测量物体受力及物体的加速度得到物体的质量,但物体的质量不能说与F成正比,与a成反比,这是因为物体的质量是由物体本身决定的,与物体受不受力、有没有加速度无关。1.(2021江苏常州礼嘉中学高一月考)由牛顿第二定律表达式F=ma可知()A.质量m与合外力F成正比,与加速度a成反比B.合外力F与质量m和加速度a都成正比C.物体的加速度的方向总是跟它所受合外力的方向一致D.物体所受合外力F改变时,物体的加速度a不一定马上改变答案C物体的质量m是物体本身的属性,与所受的合外力F以及加速度a均无关,选项A错误;合外力F与质量m和加速度a都无关,选

9、项B错误;物体加速度的方向总是跟它所受合外力的方向一致,选项C正确;合外力与加速度具有同时性,则物体所受合外力F改变时,物体的加速度a一定马上改变,选项D错误。2.如图所示,一个质量为50 kg的沙发静止在水平地面上,甲、乙两人同时从背面和侧面分别用F1=120 N、F2=160 N的力推沙发,F1与F2相互垂直,且平行于地面。沙发与地面间的动摩擦因数为0.3。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力(g=10 m/s2),下列说法正确的是()A.沙发不会被推动B.沙发将沿着F1的方向移动,加速度为0.6 m/s2C.沙发将沿着F2的方向移动,加速度为0.2 m/s2D.沙发的加速度大小为1 m/s2答案

10、D两推力的合力F=F12+F22=200 N,滑动摩擦力Ff=mg=150 NF,A错误;由牛顿第二定律得F-Ff=ma,解得a=1 m/s2,加速的方向和合外力的方向一致,B、C错误,D正确。探究点二牛顿第二运动定律的应用应用牛顿第二定律解题的一般步骤1.甲、乙两辆小车放在光滑的水平面上,在相同的拉力F作用下甲车产生的加速度为4 m/s2,乙车产生的加速度为9 m/s2,力F的方向如图所示,则甲、乙两车的质量之比m1m2为()A.12B.94C.14D.41答案B由牛顿第二定律F=ma,可得车的质量为m=F水平a,则两车质量之比为m1m2=a2a1=94。2.(多选)如图所示,当小车向右加速

11、运动时,物块M相对车厢静止于竖直车厢壁上,当车的加速度增大时()A.M对车厢壁的压力不变B.M受静摩擦力增大C.M受静摩擦力不变D.M仍相对于车厢静止答案CD对物块M,水平方向FN=ma,竖直方向f=mg,则当车的加速度增大时M对车厢壁的压力增大,最大静摩擦力变大,则M仍相对于车厢静止,M受静摩擦力不变。故选C、D。3.()(多选)(2021吉林长春第二十九中学高一期末)为了节省能量,某商场安装了如图所示的智能化的电动扶梯,扶梯与水平面的夹角为。无人乘行时,扶梯运行得很慢;当有人站上扶梯时,扶梯先以加速度a匀加速运动,再以速度v匀速运动。一质量为m的顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,重力加

12、速度为g,下列说法中正确的是()A.顾客在匀速运动阶段受到两个力的作用B.扶梯对顾客的支持力始终等于mgC.加速阶段扶梯对顾客的摩擦力大小为ma cos ,方向水平向右D.顾客对扶梯作用力的方向先沿扶梯向上,再竖直向下答案AC顾客在匀速运动阶段受到重力和支持力两个力的作用,A正确;在向上加速的过程中,受力如图:顾客加速度与速度方向相同,合力斜向右上方,因而顾客受到的摩擦力与接触面平行水平向右,电梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上,扶梯对人的支持力大于mg,故B错误;加速阶段扶梯对人的摩擦力大小为ma cos ,方向水平向右,故C正确;物体加速度与速度方向相同,合力斜向右上方,因而顾客受到

13、的摩擦力水平向右,扶梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上方,在匀速运动的过程中,顾客处于平衡状态,只受重力和支持力,顾客与电梯间的摩擦力等于零,扶梯对顾客的作用力方向竖直向上;所以扶梯对顾客的作用力的方向先指向右上方,再竖直向上,故D错误。探究点三力学单位制1.物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时,也确定了物理量单位之间的关系。2.单位制:由基本单位和导出单位组成(1)基本量和基本单位:在物理学中,只要选定几个物理量的单位,就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位。被选定的物理量叫作基本量,相应的单位叫作基本单位。(2)导出量和导出单位:由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量

14、叫作导出量,推导出来的相应单位叫作导出单位。3.单位制的意义(1)单位是物理量的重要组成部分,同一个物理量,选用不同的单位时,数值不同,统一单位能够便于交流。(2)能推导出所得结果的代数式的单位。(3)根据单位制能够对结果做出基本判断。4.单位制的分类1.现有以下一些物理量和单位,按下面的要求选择填空(填写代号)。密度米/秒牛顿加速度质量秒厘米长度时间千克(1)属于物理量的是。(2)在国际单位制中,作为基本量的物理量有。(3)在国际单位制中,属于基本单位的有,属于导出单位的有。答案(1)(2)(3)2.2020年5月5日,我国长征五号B运载火箭首飞成功,火箭全长约53.7 m,采用无毒无污染的

15、液氧、液氢和煤油作为推进剂,起飞质量约849 t,近地轨道运载能力大于22 t,是目前我国近地轨道运载能力最大的火箭。在这则新闻中涉及了质量、长度和时间及其单位,在国际单位制中,下列说法中正确的是()A.在国际单位制中,力的单位是根据牛顿第二定律定义的B.力学中的三个基本单位是N、m、sC.秒是国际单位制中力学三个基本物理量之一D.kg、m/s、N是国际单位的导出单位答案A在国际单位制中,力的单位是根据牛顿第二定律定义的,即当质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度时,所加的力为1 N,A正确;力学中的三个基本单位是kg、m、s,B错误;时间是国际单位制中力学三个基本物理量之一,秒是国际单

16、位制中力学三个基本单位之一,C错误;m/s、N是国际单位的导出单位,kg是国际单位的基本单位,D错误。1.关于牛顿第二定律,下列说法正确的是()A.加速度与合力的关系是瞬时对应关系,即a与F同时产生、同时变化、同时消失B.加速度的方向与合外力的方向可以不相同C.同一物体的运动速度变化越大,受到的合外力也越大D.物体的质量与它所受的合外力成正比,与它的加速度成反比答案A加速度与合力的关系是瞬时对应关系,a随合力的变化而变化,A正确;根据牛顿第二定律可知,加速度方向与合外力方向总是相同的,B错误;速度变化大,加速度不一定大,则合力不一定大,故C错误;质量是物体的固有属性,不随合力、加速度的变化而变

17、化,D错误。2.(多选)如图所示,物体A放在平板小车上,与小车一起运动并保持相对静止。下面关于物体A的受力情况的说法正确的是()A.向右匀速运动时,一定受到方向向右的摩擦力作用B.向右匀速运动时,不受摩擦力作用C.向右加速运动时,一定受到方向向右的摩擦力作用D.向左运动时,也可能受到方向向右的摩擦力作用答案BCD向右匀速运动时,物体A在水平方向受力为零,不受摩擦力作用,A错误,B正确;向右加速运动时,合外力向右,则物体A一定受到方向向右的摩擦力作用,C正确;向左减速运动时,加速度向右,则物体受到方向向右的摩擦力作用,D正确。3.()(多选)(2021天津一中高一期末)如图所示,带支架的平板小车

18、沿水平面向左做直线运动,小球A质量为mA,用细线悬挂于支架前端,质量为mB的物块B始终相对于小车静止地摆放在小车右端。B与小车平板间的动摩擦因数为。若某运动过程中观察到细线偏离竖直方向角,则下列说法正确的是(重力加速度为g)()A.细线拉力的大小为mAgcosB.细线拉力的大小为mBgcosC.小车对物块B的摩擦力的大小为mBg tan D.小车对物块B的摩擦力的大小为mBg答案AC对A受力分析,cos =mAgF,解得细线拉力的大小F=mAgcos,B错误,A正确;对A受力分析mAg tan =mAaA,解得aA=g tan ,方向水平向右,故小车以加速度大小为g tan 向左做减速运动,B

19、的加速度也为g tan ,根据牛顿第二定律Ff=mBa=mBg tan ,D错误,C正确。牛顿第二定律的瞬时性问题物体在某时刻的瞬时加速度由该时刻所受的合力决定,当物体的受力发生变化时,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,内部弹力处处相等且与运动状态无关。(2)它们的不同点项目弹力表现形式弹力方向弹力能否突变轻绳拉力沿绳收缩方向能轻杆拉力、支持力不确定能轻弹簧拉力、支持力沿弹簧轴线方向不能橡皮条拉力沿橡皮条收缩方向不能分析物体在某时刻的瞬时加

20、速度,关键是分析这一时刻物体的受力情况,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。1.如图所示,质量为m的小球被水平绳AO和与竖直方向成角的轻弹簧系着处于静止状态,现将绳AO烧断,在绳AO烧断的瞬间,下列说法正确的是(重力加速度为g)()A.弹簧的弹力F=mgcosB.弹簧的弹力F=mg sin C.小球的加速度为零D.小球的加速度a=g sin 答案A根据共点力平衡,求得弹簧的弹力F=mgcos,烧断绳子的瞬间,弹簧来不及发生形变,弹力不变,A正确,B错误;烧断前,绳子的拉力T=mg tan ,烧断后的瞬间,弹力不变,弹力与重力的合力与烧断前的绳子拉力等大反向,所以绳子

21、烧断后的瞬间,小球受到的合力为mg tan ,根据牛顿第二定律得,加速度a=g tan ,C、D错误。2.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,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。重力加速度为g,则有()A.a1=a2=a3=a4=0B.a1=a2=a3=a4=gC.a1=a2=g,a3=0,a4=m+MMgD.a1=g,a2=m+MMg,a3=0,a4=m+MMg答案C在抽出木板的瞬间,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,所以由牛顿第二定律知a1=a2=g;而物块3、4间的轻弹簧的形变还来不及改变,此时弹簧对物块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;由牛顿第二定律得物块4的加速度a4=F+MgM=M+mMg,所以C正确。