资源简介

(共36张PPT)
3. 牛顿第二定律
人教版（2019）物理（必修第一册）
第四章 运动和力的关系
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
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F=kma，并准确表述了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的桥梁
4.会运用牛顿第二定律分析和处理实际生活的简单问题
赛车质量小、动力大，容易在短时间内获得较大的速度，也就是说，赛车的加速度大。
物体的加速度 a 与它所受的作用F 以及自身的质量 m 之间存在什么样的定量关系呢？
通过上节的探究实验，你找到了吗？
视频演示：大黄蜂战斗机与 F1- 赛车的角逐
正确教育
牛顿第二定律的表达式
①当保持物体质量不变时，物体的加速度与它所受到的力成正比。
加速度与力的关系
a
F
O
温故知新
加速度与质量的关系
a
O
②当保持物体的受力不变时，物体的加速度与它质量的倒数成正比。
大量的实验和观察到的事实都可以得出与上节课实验同样的结论，由此可以总结出一般性的规律：
物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同
这就是牛顿第二运动定律
牛顿第二运动定律
找到规律：
归纳法
k 为比例系数
牛顿第二运动定律不仅阐述了力、质量和加速度三者的数量关系，还明确了加速度和力的方向关系。
两个加速度公式——a 到底由什么决定？
是加速度的决定式，它揭示了产生加速度的原因及决定因素：
加速度由其受到的合外力和质量决定。
是加速度的定义式，是比值法定义的物理量，
a与v、Δv、Δt均无关。
思考
正确教育
力的单位
力的单位
怎样使k = 1呢？
1 N = 1 kg·m/s2
当k=1时，质量为1 kg的物体在某力的作用下获得1 m/s2 的加速度，该力F ＝ ma ＝ 1 kg·m/s2，人们规定该力为“一个单位”力。
力的单位就为“kg·m/s2”，后人称作“牛顿”（国际单位）
牛顿第二定律内容: 物体的加速度跟它受到的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力方向相同。
F合=ma
F、m、a均取国际单位
思考
蚂蚁的困惑：
从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，可是蚂蚁无论怎样用力都推不动一块放在水平地面上的砖头，牛顿第二定律是否错了？
咦， F＝ma，
加速度去哪了？
这里的F 指的是合力
静摩擦力f
推力F
牛顿第二定律的认识和理解
牛顿第二定律的意义
物体运动情况
运动学公式
牛顿第二定律
物体受力情况
加速度a
桥梁
合外力决定加速度的大小和方向
物体质量一定时，物体受到的合外力越大，物体的加速度就越大，但是物体速度不一定越大
合外力、加速度、速度之间的关系
1.矢量性
2.瞬时性
a与F合是瞬时对应关系：
a与F合 同时产生，同时消失，同时变化
加速度a的方向与合外力F合方向相同
合力方向
加速度方向
F
A
光滑水平面
G
FN
物体受到拉力F之前静止 a =
物体受到拉力F之后，a有了吗
撤去拉力F后，a还存在吗
F增大、减小时，a怎样
a
a
铅球抛出后瞬间，加速度的方向如何？
思考
3.同体性
公式中F、m、a必须是同一研究对象
总结：作用在物体上的每个力都将独立产生各自的加速度，与物体是否受其他力无关。 合力的加速度即这些加速度的矢量和。
4.独立性
G与FN分别产生加速度吗
F
A
光滑水平面
G
FN
例1.在平直路面上，质量为1100 kg的汽车在进行研发的测试，当速度达到100 km/h时取消动力，经过70 s停了下来。汽车受到的阻力是多少？重新起步加速时牵引力为2000 N，产生的加速度是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变。
解析：求汽车受到的阻力，已知信息是汽车的运动情况，由牛顿第二定律，运动量a和F关联，故求阻力先求a，再分析合力和阻力的关系进而求阻力；重新起步，已知力的信息求a，同样由牛顿第二定律，受力分析求合力，再求a。
汽车重新加速时的受力情况
汽车减速时受力情况
G
FN
F阻
F阻
F
FN
G
解：沿汽车运动方向建立坐标轴
G
FN
F阻
第一阶段，汽车受到的阻力做匀变速运动
v0=100 km/h=27.8 m/s ，t=70 s ， v=0
由牛顿第二定律得：
F合=F－F阻 =2 000 N-437 N=1 563N
第二阶段，汽车重新起步加速
F阻
FN
G
F
例2.某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球，在列车以某一加速度渐渐启动的过程中，细线就会偏过一定角度并相对车厢保持静止，通过测定偏角的大小就能确定列车的加速度(如图)。
在某次测定中，悬线与竖直方向的夹角为θ，求列车的加速度。
解析：审题找思路：细线偏角θ与加速度有何关联？偏角决定绳上拉力的方向，有小球受力的信息，可由牛顿第二定律求加速度，球的加速度与车的加速度相同，车的信息未知，不能以车为研究对象。
a
mg
T
θ
F合
解：方法1：矢量合成法
以小球为研究对象，其受力如图.
则F合=mgtanθ
由牛顿第二定律得：
则F合=ma
y
x
O
T
mg
(1)
(2)
对小球受力分析，建立如图所示坐标系，由牛顿第二定律：
故列车的加速度大小为gtanθ，方向水平向右。
解(1)(2)得小球的加速度为：a=gtanθ
θ
Ty
Tx
建立直角坐标系原则？
尽可能少分解矢量（解题方便）
方法二：正交分解法
正交分解法在牛顿第二定律中的应用：
当物体受多个力作用时，常用正交分解法求物体的合外力．通常选取加速方向作为正方向(不分解加速度)，将物体所受的其他力正交分解后，列方程Fx＝ma，Fy＝0。
x
y
F合
G
N
1.明确研究对象（隔离或整体）
2.进行受力分析和运动状态分析，画出示意图
3.规定正方向或建立直角坐标系，求合力F合
①物体受两个力：
合成法
②物体受多个力：
正交分解法
沿加速度方向
垂直于加速度方向
4.列方程求解
用牛顿第二定律解题的方法和步骤
（1）已知物体的受力情况，确定物体的运动情况
（2）已知物体的运动情况，确定物体的受力情况
物体的受力情况及其分析
动力学的第一类基本问题
牛顿第二定律
运动学公式
物体的运动状态及其变化
动力学的第二类基本问题
加速度 a
动力学的两类基本问题
下面说法正确的是（　　）
A.物体（质量一定，下同）所受合外力越大，加速度越大；
B.物体所受合外力越大，速度越大；
C.物体在外力作用下做加速直线运动，当合外力逐渐减小时,物体的速度逐渐减小；
D.物体的加速度大小不变，物体一定受恒力作用。　
经典例题
A
下列说法中正确的是（ ）
A. 在公式F=ma中，F、m、a三个量可以取不同单位制中的单位
B. 作用力与反作用力等大、反向、共线，所以对其作用的某一物体作用效果可抵消；
C. 牛顿运动定律是自然界最普遍的规律，因此可以用来精确描述高速运动电子（接近光速）的运动情况；
D. 惯性和惯性定律不同，惯性是物体本身的固有属性，是无条件的，而惯性定律是在一定条件下物体运动所遵循的规律。
经典例题
D
一物体放在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.6，在水平拉力F = 10N作用下从静止开始运动，其速度与位移满足等式v2=8x（其中 v 的单位为m/s，x 的单位为m），g取10m/s2，则物体的质量为（　　）
A.0.5kg B.0.4kg C.0.8kg D.1kg
经典例题
D
牛顿第二定律
1、表达式：F合=ma
2、理解
矢量性：加速度的方向总与合外力的方向相同
瞬时性：力和加速度有瞬时对应的关系
同体性：F.m.a三者是对同一物体而言的
独立性： 每一个力都可以使物体独立的产生加速度，物体的加速度是所有力产生加速度的矢量和。
2.力的单位(牛顿)的定义
1.内容
3.使用时需统一单位制
关于牛顿第二定律的表达式 ，下列说法正确的是( )
A.物理公式只能确定物理量之间的数量关系和方向关系
B.如果让10 kg的物体产生大小为 的加速度，所需要的力的大小就是1 N
C.如果单位选取合适，牛顿第二定律的表达式可以是
D.由 可知，物体的质量与其所受的合外力成正比，与其运动的加速度成反比
C
答案：C
解析：物理公式不仅可以确定物理量之间的数量关系和方向关系，同时也可以确定物理量间的单位关系，A错误；如果让10 kg的物体产生大小为 的加速度，所需要的力的大小是10 N，B错误；如果力的单位取N，质量单位取g，加速度单位取 ，牛顿第二定律的表达式为 ，C正确；物体的质量是物体本身的属性，是所含物质的多少，与物体所受合外力以及物体运动的加速度无关，D错误.
如图所示，一轻弹簧水平放置在光滑的水平面上，其右端固定，B点为弹簧自由伸长时左端的位置，一物块静止在A处.现用水平向右的恒力F一直推该物块，弹簧被压缩到最短时左端位置为C，则下列关于物块的说法正确的是( )
A.到达B点时速度最大
B.从B到C一直减速
C.从A到C加速度先不变后一直减小
D.能返回B点，且两次在B点的速度大小相等
D
解析：物块速度最大时，其加速度为零，此时合外力为零，由此可知物块速度最大的位置一定在BC之间的某一位置，该位置弹簧的弹力大小等于推力的大小，而在合外力为零的位置之前，物块所受推力大于弹簧的弹力，物块做加速度先不变后减小的加速运动，在合外力为零的位置之后，弹簧的弹力大于推力，物块做加速度增大的减速运动，则从B到C的过程中物块先加速后减速，故A、B错误；物块与弹簧接触前受恒力作用，则其加速度恒定不变，与弹簧接触后随着弹簧弹力的增大，物块先做加速度减小的加速运动，后做加速度增大的减速运动，可知从A到C过程中，物块的加速度先不变，再减小，后增大，故C错误；根据运动的对称性以及受力情况的变化可知，物块能返回B点，且两次在B点的速度大小相等，故D正确.
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 时，它们加速度的大小均为( )
A. B. C. D.
A
答案：A
解析：当两球运动至二者相距 时，如图所示
由几何关系可知
设绳子拉力为T，水平方向有
解得
对任意小球由牛顿第二定律可得
解得
故A正确，BCD错误。
谢谢观看

展开更多......

收起↑