2013-2014学年高中物理人教版必修一配套课件 第4章 3 牛顿第二定律.ppt

1、3 牛顿第二定律一、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=_，其中F为物体所受的_。正比反比相同ma合力二、力的单位1.公式F=ma成立的条件单位必须统一为_单位制中相应的单位。2.力的国际单位国际单位制中，力的单位是_，符号是_，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=_。国际牛顿N1 kgm/s2一、判一判1.由F可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成正比。()2.由m可知，物体的质量与其所受的合力成正比，与其运动的加速度成反比。()3.由a可知，物体的加速度

2、与其所受的合力成正比，与其质量成反比。()4.由m可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力而求出。()提示:1.。物体所受的合外力由施力物体决定,与质量和加速度无关。2.。物体的质量是由物体本身决定的,与受力无关。3.。物体的加速度与其所受的合力成正比,与其质量成反比。4.。物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力而求出。二、选一选由牛顿第二定律可知,无论多么小的力都可以使物体产生加速度。如图所示,用较小的力去拉地面上很重的物体时,物体仍然静止,这是因为()A.拉力比静摩擦力小B.物体有加速度,但太小,不易被察觉C.物体所受拉力比物体的重力小D.物体所受的合外力仍为零提示:选

3、D。因为物体还要受到地面的摩擦力作用,产生加速度的是合外力,合外力为零,故加速度也为零,所以选项D正确。三、想一想当物体受到几个力的作用时，表达式F=ma中F指的是什么力？提示：表达式中的F指的是物体受到的合外力。主题一牛顿第二定律的理解【实验探究】如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置图。结合实验讨论：(1)物件的加速度跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，表达式可写成F=kma,如何令比例系数k=1?提示：F=kma中质量和加速度的单位分别用kg和m/s2，力的单位为kgm/s2，即可令k=1,所以1 N的含义为使质量为1 kg 的物体产生1 m/s2的加速度，所施加的力即为1

4、 N。(2)物体加速度的方向与合外力的方向有怎样的关系？提示：物体加速度的方向与合外力的方向相同。【知识点睛】1.牛顿第二定律的理解(1)合外力与加速度的大小关系是F=ma，加速度方向与力的方向时刻相同。(2)当合外力方向与速度方向相同时，物体做加速运动；当合外力方向与速度方向相反时，物体做减速运动。(3)公式F=ma中F是物体受到的合外力。2.牛顿第二定律的六个特性因果性力是产生加速度的原因同向性物体加速度的方向与物体所受合力的方向总是相同瞬时性物体的加速度与物体所受合力同时产生,同时变化,同时消失独立性作用在物体上的每个力都能独立地产生各自的加速度同体性加速度、合外力、质量是针对同一物体而

5、言的相对性物体的加速度必须是对静止或做匀速直线运动的参考系而言的【误区警示】由于力是改变物体运动状态的原因,从而易误认为物体的运动仅由物体所受的合外力决定。因为合外力只决定物体的加速度,物体究竟做什么运动,不仅与物体的加速度有关,还与物体的初始运动状态有关。【拓展延伸】牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系(1)牛顿第一定律以伽利略的理想实验为基础,得出了物体不受力时遵循的运动规律,即物体不受力时,物体保持静止或匀速直线运动状态,牛顿第一定律又叫“惯性定律”。(2)牛顿第一定律指出了力和运动的关系力是改变物体运动状态的原因,在此基础上人们才能准确地研究物体受力时的运动规律,所以牛顿第一定律是牛顿第二

6、定律的基础,而不是牛顿第二定律的特例。(3)牛顿第二定律定量地给出了力与物体加速度的关系,指出了力是产生加速度的原因。在相同的外力作用下,质量越大的物体加速度越小,说明物体的质量越大,运动状态越难以改变。质量相同的物体,受合外力越大时产生的加速度越大,运动状态改变越明显。【典例1】(2012海南高考)根据牛顿第二定律,下列叙述正确的是()A.物体加速度的大小跟它的质量和速度大小的乘积成反比B.物体所受合外力必须达到一定值时,才能使物体产生加速度C.物体加速度的大小跟它所受的作用力中的任一个的大小成正比D.当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时,物体水平加速度大小与其质量成反比【解题指南】牛

7、顿第二定律F=ma,物体的加速度由合外力和物体的质量共同决定。【解析】选D。物体加速度的大小与物体受到的合力成正比,与物体的质量成反比,选项A错误;力是产生加速度的原因,只要有合力,物体就有加速度,它们之间有瞬时对应关系,不存在累积效应,选项B错误;物体加速度的大小与它受到的合力成正比,选项C错误;根据矢量的合成和分解,即Fx=max,选项D正确。【变式训练】(2012江苏高考)将一只皮球竖直向上抛出,皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比。下列描绘皮球在上升过程中加速度大小a与时间t关系的图像,可能正确的是()【解析】选C。皮球在上升过程中速度越来越小,所以空气阻力越来越小,重力与空

8、气阻力的合力越来越小,所以加速度越来越小,一开始加速度最大,后来减小得越来越慢,最后速度为零时,加速度变为重力加速度,所以答案选C。主题二牛顿第二定律的应用【情境探究】如图,物体在力F作用下在粗糙的水平面上运动。试分析讨论:(1)如果物体受几个力的共同作用,求物体的加速度有哪些方法?提示:方法一:先求物体所受几个力的合力,再求合力产生的加速度。方法二:先求每个力产生的加速度,再将每个力产生的加速度矢量合成。(2)常用的矢量合成的方法有哪些?提示:矢量合成法:当物体只受两个力的作用时,应用平行四边形定则求这两个力的合力。正交分解法:当物体受多个力的作用时,规定合力的方向(即沿加速度)为x轴方向,

9、垂直于合力的方向(即垂直于加速度)为y轴的方向,将所有的力沿这两个相互垂直的方向分解,则在x轴方向各力的分力分别为F1x、F2x、F3x在y轴方向各力的分力分别为F1y、F2y、F3y求出这两个方向上的合力,再合成就是所有力的合力。【知识点睛】应用牛顿第二定律求加速度方法1:求合力再求加速度。合力的求法:(1)矢量合成法;(2)正交分解法。方法2:求每个力产生的加速度,再对加速度合成。【规律方法】瞬时问题的分析方法在求解涉及弹簧、绳子等的瞬时问题时,可从以下两个方面进行分析:(1)变化瞬间力未能突变的情况。像弹簧、橡皮筋等物体两端连接其他物体时,若其一端受力有变化,则不会引起这些物体上的力立即

10、发生变化,原因是它们的形变需要一定的时间。(2)变化瞬间力发生突变的情况。像用绳、轻杆、硬的物质连接物体时,当与其连接的物体的受力发生变化时,将会引起绳、轻杆等物体上力的突变。【典例2】(2013怀化高一检测)一质量为8kg的物体静止在粗糙的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数为0.2,用一水平力F=20N拉物体由A点开始运动,经过8s后撤去拉力F,再经过一段时间物体到达B点停止。(g=10 m/s2)求:(1)在拉力F作用下物体运动的加速度大小;(2)撤去拉力时物体的速度大小;(3)撤去F后物体运动的距离。【解题指南】解答本题要把握以下三点:(1)正确对物体受力分析。(2)牛顿第二定律的应用

11、。(3)运动学公式的应用。【解析】(1)对物体受力分析，如图所示。竖直方向mg=FN水平方向，由牛顿第二定律得F-FN=ma1解得a1=(2)撤去拉力时的速度v=a1t解得v=4 m/s(3)撤去F后由牛顿第二定律得-mg=ma2解得a2=-g=-2 m/s2，负号表示物体做匀减速运动由02-v2=2a2x解得x=答案：(1)0.5 m/s2 (2)4 m/s (3)4 m【变式训练】如图所示，一质量为m的小球在水平细线和与竖直方向成角的弹簧作用下处于静止状态，已知弹簧的劲度系数为k，试分析剪断细线的瞬间，小球加速度的大小和方向。【解析】取小球为研究对象，作出其平衡时的受力示意图，如图所示：细

12、线拉力大小F=mgtan弹簧拉力大小F=若剪断细线，则拉力F突变为零，但弹簧的伸长量不突变，故弹簧的弹力不突变，此时小球只受两个力的作用。在竖直方向上，弹簧拉力的竖直分量仍等于重力，故竖直方向上仍受力平衡；在水平方向上，弹簧弹力的水平分量FxFsinmgtan力Fx提供加速度，故剪断细线瞬间，小球的加速度大小a=加速度的方向为水平向右。答案：gtan 水平向右1.(基础理论辨析题)下列说法正确的是()A.在匀减速直线运动中,a与F的方向相反B.只有在匀加速直线运动中,a才与F同向C.不论在什么运动中,a与F的方向总是一致的D.a与F同时产生,同时消失E.a与F可以是对同一物体,也可以不是对同一

13、物体F.a与F必须是对同一参照系而言【解析】选C、D、F。加速度方向总是与合外力方向相同,与物体做什么运动无关,则C正确,A、B错误;a与F同时产生,同时消失,是对同一物体及同一参照系而言的,则D、F正确,E错误。2.在牛顿第二定律F=kma中,有关比例系数k的下列说法中正确的是()A.在任何情况下都等于1B.k的数值是由质量、加速度和力的大小决定的C.k的数值是由质量、加速度和力的单位决定的D.在任何单位制中,k都等于1【解析】选C。在F=kma中,k的数值是由F、m、a三者的单位决定的,如果m的单位用kg,a的单位用m/s2,力的单位用N,则可使k=1,故只有C正确。3.质量为M的木块位于

14、粗糙水平桌面上,若用大小为F的水平恒力拉木块,其加速度为a。当拉力方向不变,大小变为2F时,木块的加速度为a,则()A.a=a B.a2a D.a=2a【解析】选C。设木块与桌面间的动摩擦因数为,由牛顿第二定律得F-mg=ma 2F-mg=ma 2得2F-2mg=2ma,与式比较有2F-mg2F-2mg所以有ma2ma,即a2a，则C正确。4.静止在光滑水平面上的物体，受到一个水平拉力，在力刚开始作用的瞬间，下列说法中正确的是()A.物体立即获得加速度和速度B.物体立即获得加速度，但速度仍为零C.物体立即获得速度，但加速度仍为零D.物体的速度和加速度均为零【解析】选B。由牛顿第二定律的瞬时性可

15、知，当力作用的瞬时即可获得加速度，但无速度，故B正确，A、C、D错误。5.如图所示,水平地面上有一质量为10 kg 的木箱,木箱与地面间的动摩擦因数为=0.2,用F=25 N的水平力拉木箱,使其由静止开始运动。g取10 m/s2,求:(1)木箱受到的滑动摩擦力的大小。(2)木箱受到的水平方向的合力。(3)木箱运动了10 s的位移大小。【解析】木箱受力分析如图所示(1)木箱受到的滑动摩擦力大小为Ff=FN=mg=0.21010N=20 N(2)水平方向受到的合力F合=F-Ff=25N-20 N=5 N,方向水平向右(3)由牛顿第二定律F=ma得a=10 s内的位移大小x=答案：(1)20 N (2)5 N，水平向右(3)25 m