4.3牛顿第二定律2023-2024学年高一物理 （ 人教版2019必修第一册）（原卷版）.docx

1、4.3 牛顿第二定律 课程标准学习目标1能准确表述牛顿第二定律，并理解牛顿第二定律的概念及含义。2知道国际单位制中力的单位是怎样定义的。3能运用牛顿第二定律解释生产、生活中的有关现象，解决有关问题。4初步体会牛顿第二定律在认识自然过程中的有效性和价值。1、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，并准确表达牛顿第二定律的内容，培养学生分析数据、从数据获取规律的能力。2、能根据 1N 的定义，理解牛顿第二定律的数学表达式是如何从 F=kma 变成 F=ma 的，体会单位的产生过程。3、能够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，理解牛顿第二定律是连接运动与力之间关系

2、的桥梁。4、会运用牛顿第二定律分析和处理实际生活中的简单问题，体会物理的实用价值，培养学生关注生活、关注实际的态度。（一）课前研读课本，梳理基础知识：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 ，其中力 F 指的是物体所受的 。二、力的单位 1力的国际单位：牛顿，简称 ，符号为 N。2“牛顿”的定义：使质量为 1 kg 的物体产生 1 m/s2的加速度的力叫作 1 N，即 1 N 。3公式 Fkma 中 k 的取值(1)k 的数值取决于 F、m、a 的单位的选取。(2)在质量的单位取 kg，加速度的单位取

3、m/s2，力的单位取 N 时，F 中的 k ，此时牛顿第二定律可表示为 F 。02 预习导学 学习目标 注意：实际物体所受的力往往不止一个，式中 F 指的是物体所受的合力。（二）即时练习：【小试牛刀 1】如图所示，在光滑的水平桌面上，有一个静止的物体，给物体施以水平作用力，在力作用到物体上的瞬间，则()A物体同时具有加速度和速度 B物体立即获得加速度，速度仍为零 C物体立即获得速度，加速度仍为零 D物体的速度和加速度均为零 【小试牛刀 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，

4、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()Aa1a2a3a40 Ba1a2a3a4g Ca1a2g，a30，a4mMM g Da1g，a2mMM g，a30，a4mMM g 【小试牛刀 3】一物块静止在粗糙的水平桌面上从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平拉力作用假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力以 a 表示物块的加速度大小，F 表示水平拉力的大小能正确描述 F 与 a 之间的关系的图象是()【问题探究 1】对牛顿第二定律的理解(1)公式 Fma 中，若 F 是合力，加速

5、度 a 为物体的实际加速度；若 F 是某一个力，加速度 a 为该力产生的加速度。03 探究提升(2)aFm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。(3)F、m、a 三个物理量的单位都为国际单位制时，才有公式 Fkma 中 k1，即 Fma。牛顿第二定律的六个性质 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 Fma 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 加速度与合外力是瞬时对应关系，同时产生、同时变化、同时消失 同体性 Fma 中 F、m、a 都是对同一物体而言的 独立性

6、 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 相对性 物体的加速度是相对于惯性参考系而言的，即牛顿第二定律只适用于惯性参考系 力与运动的关系 【典型例题 1】如图，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的()AOA 方向 BOB 方向 COC 方向 DOD 方向 【典型例题 2】下列关于速度、加速度、合外力之间的关系，正确的是()A物体的速度越大，则加速度越大，所受的合外力也越大 B物体的速度为 0，则加速度为 0，所受的合外力也为 0 C物体的速度为 0，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大 D物体的速度很大，但

7、加速度可能为 0，所受的合外力可能很大 【对点训练 1】（多选）中国高速铁路最高运行时速 350km，被誉为中国“新四大发明”之一、几年前一位来中国旅行的瑞典人在网上发了一段视频，高速行驶的列车窗台上，放了一枚直立的硬币，如图所示。在列车行驶的过程中，硬币始终直立在列车窗台上，直到列车转弯的时候，硬币才倒下。这一视频证明了中国高铁极好的稳定性。关于这枚硬币，下列判断正确的是（）A硬币直立过程中，列车一定做匀速直线运动 B硬币直立过程中，一定只受重力和支持力，处于平衡状态 C硬币直立过程中，可能受到与列车行驶方向相同的摩擦力作用 D列车减速行驶时，硬币受到与列车运动方向相反的摩擦力作用 【对点训

8、练 2】如图所示，在光滑的水平桌面上，有一个静止的物体，给物体施以水平作用力，在力作用到物体上的瞬间，则()A物体同时具有加速度和速度 B物体立即获得加速度，速度仍为零 C物体立即获得速度，加速度仍为零 D物体的速度和加速度均为零 【问题探究 2】牛顿第二定律的简单应用 1牛顿第二定律的用途：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；也可由物体的加速度，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。

9、(4)根据牛顿第二定律列方程求解。3两种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。加速度的方向就是物体所受合力的方向。(2)正交分解法：当物体受多个力作用时，常用正交分解法分别求物体在 x 轴、y 轴上的合力 Fx、Fy，再应用牛顿第二定律分别求加速度 ax、ay。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 FxmaxFymay。【典型例题 3】（多选）如图所示，某旅游景点的倾斜索道与水平线夹角30，当载人车厢以加速度 a 斜向上加速运动时，

10、人对车厢的压力为体重的 1.25 倍，此时人与车厢相对静止，设车厢对人的摩擦力为 Ff，人的体重为 G，下面正确的是()Aag4 Bag2 CFf 33 G DFf 34 G 【典型例题 4】为检测某公路湿沥青混凝土路面与汽车轮胎的动摩擦因数 ，测试人员让汽车在该公路水平直道行驶，当汽车速度表显示40km/h 时紧急刹车（车轮抱死），车上人员用手机测得汽车滑行 3.70s后停下来，g 取210m/s，则测得 约为（）A0.2 B0.3 C0.4 D0.5 【对点训练 3】(2021高考全国甲卷)如图，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板 P 处，上部架在横杆上。横杆的位置可在竖直杆上调

11、节，使得平板与底座之间的夹角可变。将小物块由平板与竖直杆交点 Q 处静止释放，物块沿平板从 Q 点滑至 P 点所用的时间 t 与夹角的大小有关。若由 30逐渐增大至 60，物块的下滑时间 t 将（）A逐渐增大 B逐渐减小 C先增大后减小 D先减小后增大 【对点训练 4】如图所示，工人用绳索拉铸件，铸件的质量是 20 kg，铸件与地面间的动摩擦因数是0.25。工人用 F80 N 的力拉动铸件，从静止开始在水平面上前进，绳与水平方向的夹角为37并保持不变，经 4 s 后松手(g 取 10 m/s2，cos 370.8，sin 370.6)。求：(1)松手前铸件的加速度大小；(2)松手后铸件还能前进

12、的距离。【问题探究 3】瞬时加速度问题 1.问题模型 类别 弹力表现形式 弹力方向 能否突变 轻绳 拉力 沿绳收缩方向 能 橡皮条 拉力 沿橡皮条收缩方向 不能 轻弹簧 拉力、支持力 沿弹簧轴线方向 不能 轻杆 拉力、支持力 不确定 能(1)轻绳、轻杆模型不发生明显形变就能产生弹力，剪断(或脱离)后，形变恢复几乎不需要时间，故认为弹力可以立即改变或消失。(2)轻弹簧、橡皮条模型的形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时性问题中，它们的自由端连接有物体时其弹力的大小不能突变，往往可以看成是不变的。2.两个关键(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。3

13、.“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解。【典型例题 5】如图所示，质量均为 m 的 A 和 B 两球用轻弹簧连接，A 球用细线悬挂起来，两球均处于静止状态，如果将悬挂 A 球的细线剪断，此时 A、B 两球的瞬时加速度为（）AaA=0，aB=2g BaA=2g，aB=0 CaA=0，aB=g DaA=g，aB=0 【典型例题 6】如图所示，细绳 OA 一端系在小球上，另一端固定在倾斜天花板上的 A 点，细绳 OA 恰好竖直；轻质弹簧 OB 一端与小球连接，另一端固定在竖直墙上的 B 点，轻质弹簧 OB 恰好水平，小球处

14、于静止状态。将细绳剪断的瞬间，小球的加速度（）A方向沿 BO 方向 B方向沿 OB 方向 C方向竖直向下 D方向沿右下方 【对点训练 5】如图，倾角为=30的斜面固定在水平地面上，斜面上有两个质量分别为 m 和 2m 的小球 A、B，它们用劲度系数为 k 的轻质弹簧连接，弹簧轴线与斜面平行。现对 A 施加一水平向右、大小为F 的恒力，使 A、B 在斜面上都保持静止，如果斜面和两个小球间的摩擦均忽略不计，此时弹簧的长度为 L，则下列说法正确的是（）A恒力2 33mgF B弹簧的原长为2mgLk C小球 A 对斜面的压力大小为 3mg D撤去恒力 F 后的瞬间小球 B 的加速度为 2g 【对点训练

15、 6】（多选）如图所示，A、B、C 三球的质量均为 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 的光滑斜面固定在地面上，弹簧、杆与细线均平行于斜面，初始系统处于静止状态，细线被烧断的瞬间，下列说法正确的是（）AA 球的受力情况未变，加速度为零 BA、B 两个小球的加速度均沿斜面向上，大小均为sing CA、B 之间杆的拉力大小为 3sin2mg DC 球的加速度沿斜面向下，大小为sing 课堂小结：一、对牛顿第二定律的理解（1）物体的加速度大小不变，则物体不一定受恒力作用。因为=是矢量式，加速度大小不变，方向有可能变化，故不

16、一定是恒力。（2）物体受到几个力共同作用时，每个力各自独立地使物体产生一个加速度，就像其他力不存在一样,这个性质叫作力的独立作用原理。牛顿第二定律的独立性是后面讲解正交分解法求合力、求加速度的依据。（3）合外力与速度无关，与加速度有关。速度变大或变小由加速度(合外力)与速度的方向决定，速度与加速度力向相同时，物体做加速运动,反之，则做减速运动。（4）物体所受的合外力和物体的速度没有直接关系.有力必有加速度,合外力为零时，加速度为零，但此时速度不一定为零，同样速度为零时，加速度不一定为零，即合外力不一定为零.05 记忆清单 04 体系构建 二、瞬时加速度的求解 1.轻绳（或接触面）不发生明显形变

17、就能产生弹力，剪断（或脱离）后,其弹力立即消失，不需要时间恢复形变。2轻杆（1）轻杆的质量为零.（2）轻杆的受力特点 轻杆的弹力不一定沿着杆.具体方向与物体的运动状态、杆与物体的连接方式有关；杆既可以对物体产生拉力，也可以对物体产生推力;当轻杆的一端连着转轴或铰链时弹力一定沿着杆。3.轻弹簧（或橡皮绳）两端同时连接（或附着）有物体的弹簧（或橡皮绳）,特点是形变量大，其恢复形变需要较长时间,在瞬时性问题中,其弹力的大小往往可以看成保持不变.1.（2023 全国甲卷）一小车沿直线运动，从 t=0 开始由静止匀加速至 t=t1时刻，此后做匀减速运动，到 t=t2时刻速度降为零在下列小车位移 x 与时

18、间 t 的关系曲线中，可能正确的是（）A.B.C.D.2.（2023 全国甲卷）用水平拉力使质量分别为m甲、m乙 的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为 甲 和 乙。甲、乙两物体运动后，所受拉力 F 与其加速度a 的关系图线如图所示。由图可知（）0601 强化训练 A.甲乙mm B.mm甲乙 C.甲乙 D.甲乙 3（2020江苏高考真题）中欧班列在欧亚大陆开辟了“生命之路”，为国际抗疫贡献了中国力量。某运送防疫物资的班列由 40 节质量相等的车厢组成，在车头牵引下，列车沿平直轨道匀加速行驶时，第 2 节对第 3 节车厢的牵引力为 F。若每节车厢所受摩擦

19、力、空气阻力均相等，则倒数第 3 节对倒数第 2 节车厢的牵引力为（）AF B1920F C19F D 20F 4.（2022全国高考真题）如图，一不可伸长轻绳两端各连接一质量为 m 的小球，初始时整个系统静置于光滑水平桌面上，两球间的距离等于绳长 L。一大小为 F 的水平恒力作用在轻绳的中点，方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距 35 L 时，它们加速度的大小均为（）A 58Fm B 25Fm C 38Fm D 310Fm 5如图所示 x、y、z 为三个物块，K 为轻质弹簧，L 为轻线，系统处于平衡状态。现若将 L 突然剪断，用 ax、ay分别表示刚剪断时 x、y 的加速度，则有（）Aa

20、x=0、ay=0 Bax=0、ay0 Cax0、ay0 Dax0、ay=0 6.如图所示，吊篮 P 用细线悬挂在天花板上，与 P 质量相同的物体 Q 被固定在吊篮中的轻弹簧上端，保持静止状态。当悬挂吊篮的细线被剪断的瞬间，吊篮 P 与物体 Q 的加速度分别为(重力加速度为 g)()A.aP=g aQ=g B.aP=2g aQ=0 C.aP=2g aQ=g D.aP=g aQ=0 7.如图甲、乙所示，质量为 m 的小球均处于平衡状态。现将细线 L2剪断，则剪断 L2的瞬间 ()甲 乙 A.甲图小球加速度为 a=g sin，垂直 L1斜向下方 B.乙图小球加速度为 a=g sin，垂直 L1斜向下

21、方 C.甲图小球加速度为 a=g tan，水平向右 D.乙图小球加速度为 a=g tan，水平向左 8.一质量为 1 kg 的物体，在 5 个共点力的作用下保持静止。若同时撤去其中大小分别为 6 N 和 5 N的两个力，其余的力保持不变，则此时该物体的加速度大小不可能为 ()A.13 m/s2 B.8 m/s2 C.3 m/s2 D.2 m/s2 9.底板光滑的小车上有一个质量为 1 kg 的木块，其两头用两个完全相同的最大测量值均为 20 N 的弹簧测力计甲和乙系住。小车在水平地面上做匀速直线运动时，这两个弹簧测力计的示数均为 10 N。当小车做匀加速直线运动时，测力计甲的示数变为 8 N，

22、这时小车运动的加速度大小是 ()A.2 m/s2 B.4 m/s2 C.6 m/s2 D.8 m/s2 10.（2023 山东卷）质量为 M 的玩具动力小车在水平面上运动时，牵引力 F 和受到的阻力 f 均为恒力，如图所示，小车用一根不可伸长的轻绳拉着质量为 m 的物体由静止开始运动。当小车拖动物体行驶的位移为1S 时，小车达到额定功率，轻绳从物体上脱落。物体继续滑行一段时间后停下，其总位移为2S。物体与地面间的动摩擦因数不变，不计空气阻力。小车的额定功率 P0为（）A.2211212()()FFfSSSMm SMS B.2211212()()FFfSSSMm SmS C.2212212()(

23、)FFfSSSMm SMS D.2212212()()FFfSSSMm SmS 11.如图，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 12.一雨滴从空中由静止开始沿竖直方向落下，若雨滴下落过程中所受重力保持不变，且空气对雨滴的阻力随其下落速度的增大而增大，则如图所示的图像中能正确反映雨滴整个下落过程运动情况的是 ()13.如图所示，一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出，鱼缸最终没有滑出桌面。若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，则在上述过程中（）A桌布对鱼缸摩擦力的方向向左 B鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等 C若猫增大拉力，鱼缸受到

24、的摩擦力将增大 D若猫增大拉力，鱼缸有可能滑出桌面 14.如图，一机械臂铁夹夹起质量为 m 的小球，机械臂与小球沿水平方向做加速度为 a 的匀加速直线运动，则铁夹对球的作用力（）A大小为 mg，方向竖直向上 B大小为 ma，方向水平向右 C大小与小球的加速度大小无关 D方向与小球的加速度大小有关 15.新疆长绒棉因质量美誉世界，长绒棉从犁地、播种、植保到采收，已基本实现全自动化。如图为无人机为棉花喷洒农药。无人机悬停在某一高度，自静止开始沿水平方向做匀加速运动，2s 达到作业速度，开始沿水平方向匀速作业，己知作业前无人机和农药总质量为 20kg，无人机作业速度为 6m/s，重力加速度为 10m/s2，则在加速阶段空气对无人机的作用力约为（）A60N B200N C209N D220N