2018高中物理 专题4.3 牛顿第二定律同步课件 新人教版必修1.ppt

第四章牛顿运动定律 学习目标 1 掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式 理解公式中各物理量的意义及相互关系 3 知道在国际单位制中力的单位 牛顿 是怎样定义的 4 会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算 a F F ma 正比于 F kma k为比例系数 复习回顾 假如你是科学家 你能否想个办法把k消掉 把能够使质量是1kg的物体产生1m s2的加速度的这么大的力定义为1N 即1牛顿 1千克 米 秒2 F kma 一 力的单位 如果都用国际单位制的单位 在上式中就可以使k 1 上式简化成 F ma 二 牛顿第二定律 1 内容物体加速度的大小跟它所受到的作用力成正比 跟它的质量成反比 加速度的方向跟作用力的方向相同 F ma 合力 质量 加速度 2 表达式 问题与练习1 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 可是我们用力提一个很重的物体时却提不动它 这跟牛顿第二定律有无矛盾 应该怎样解释这个现象 没有矛盾 由公式F ma看 F应为合外力 无论怎样小的力都可以使物体产生加速度 这个力应是合外力 现用力提一很重的物体时 物体仍静止 说明合外力为零 讨论1 力是物体产生加速度的原因 而加速度是用 v t 来定义和度量的 那么物体运动的加速度到底取决于什么 是决定式 是定义式 度量式 讨论2 力是产生加速度的原因 质量是物体惯性大小的量度 物体的加速度是由力这一外因和质量这一内因共同确定 因果关系 1 同体性 F m a是对于同一个物体而言的 3 理解之 思考 牛顿第二定律内容中前半句话的 物体 是指同一个物体吗 讨论3 如图所示 静止在光滑水平面上的物体受一大小不变 方向向右的力F1的作用 那么物体的加速度a1方向如何 一段时间后 只改变力F1的方向为F2 即改为左 那么 这时物体的速度v方向如何 加速度a2方向如何 F和a都是矢量 牛顿第二定律F ma是一个矢量式 它反映了加速度方向始终跟合力方向相同 而速度方向与合力方向无必然联系 2 矢量性 a的方向与F合的方向一定相同 如图所示 篮球离开手后的瞬间 这样画篮球的受力和加速度对吗 不计阻力 练习 物体受到拉力F之前静止 物体受到拉力F之后做什么运动 撤去拉力F后 物体做什么运动 F增大 减小时 a怎样 3 瞬时性 a与F是瞬时对应关系 a与F总是同生 同灭 同变化 4 独立性 每个力各自独立地使物体产生一个加速度 与其它力无关 矢量相加求a合 物体还受哪几个力 G与N分别产生加速度吗 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 合力的加速度即是这些加速度的矢量和 1 下列说法中正确的是 A 物体合外力减小时 加速度一定减小B 物体速度为零 合外力一定为零C 物体合外力为零时 速度一定为零D 物体合外力减小时 速度一定减小E 物体的运动方向一定跟合外力的方向相同F 根据m F a 物体的质量跟力成正比 跟加速度成反比 A 当堂练习 2 静止在光滑的水平面上的物体 受到一个水平拉力 则在力刚开始作用的瞬间 下列说法正确的是 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 B 汽车重新加速时的受力情况 例1 某质量为1100kg的汽车在平直路面试车 当达到100km h的速度时关闭发动机 经过70s停下来 汽车受到的阻力是多大 重新起步加速时牵引力为2000N 产生的加速度应为多大 假定试车过程中汽车受到的阻力不变 汽车减速时受力情况 解 1 汽车在减速过程 v0 100km h 27 8m s v 0 t 70s根据a v vo t得 加速度为a1 0 397m s2 方向向后 根据牛顿第二定律得 受到的阻力f ma1 437N 方向向后 2 汽车重新启动时 牵引力为F 2000N根据牛顿第二定律得 加速度为 a2 F f m 1 42m s2方向向前 例2 光滑水平面上有一质量是2 的物体 受到互成120o角的两个水平方向的力F1和F2的作用 两个力的大小都是10N 这个物体的加速度是多少 正交分解法 平行四边形法 有没有其他方法 0 600 600 600 600 1 确定研究对象 2 分析受力 运动情况 画出受力分析图 3 求合力 4 选正方向 根据牛顿运动定律和运动学公式建立方程并求解 总结 注意 各量统一用国际单位制的单位 用牛顿第二定律解题的一般步骤 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 你怎样解释 在第二章学习 重力 一节时 给出了重量和质量的关系式G mg g是以比例常数引入的 现在可以证明 这个比例常数就是重力加速度 9 8N kg与9 8m s2等价 想一想 如何证明 讨论4 如果物体只受重力G mg的作用 则由牛顿第二定律知物体的加速度为即重力是物体产生重力加速度g的原因 各地的g值略有差异 通常取g 9 8m s2 牛顿第一定律 1 定性定义了力的概念2 定义了惯性的概念3 定义了惯性系的概念4 定性力和运动的关系牛顿第二定律 是在力的定义的基础上建立的 牛顿第一定律是研究力学的出发点 是不能用牛顿第二定律代替的 也即不是牛顿第二定律的特例 牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例吗 讨论5 1 质量为1kg的物体受到两个大小分别为2N和4N的共点力作用 则物体的加速度大小可能是 A 5m s2B 3m s2C 2m s2D 0 5m s2 ABC 课堂练习 2 在光滑水平面上的木块 在水平方向上受到一个方向不变 大小从零逐渐增加到某一固定值的力作用时 这一过程木块将做 A 匀减速运动B 匀加速运动C 速度逐渐减小的变加速运动D 速度逐渐增大的变加速运动 D 3 一物体在几个力的共同作用下处于静止状态 现使其中向东的一个力F的值逐渐减小到零 又逐渐使其恢复到原值 方向不变 则 A 物体始终向西运动B 物体先向西运动后向东运动C 物体的加速度先增大后减小D 物体的速度先增大后减小 AC 内容及公式 a F m 应用 课堂小结 定义 1牛 1千克 米 秒2 牛顿第二定律 理解 同体性矢量性同时性独立性因果性相对性统一性 1 在牛顿第二定律F kma中 有关比例系数k的下列说法 正确的是 A 在任何情况下k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 在国际单位制中 k 1 CD 课后练习 2 两物体A B静止于同一水平面上 与水平面间的动磨擦因数分别为 A B 质量为mA mB 用平行于水平面的力F拉物体A B 所得加速度a与拉力F的关系如图所示 则 A B C D a A B F 反思 善于从图像中获取信息斜率与截距的物理意义 B 3 一物体m 1kg的物体静置在光滑水平面上 t 0时刻开始 用一水平向右的大小为2N的力F1拉物体 则 1 物体产生的加速度是多大 2s后物体的速度是多少 2 若在2s末给物体加上一个大小也是2N水平向左的拉力F2 则物体的加速度是多少 4s末物体的速度是多少 3 2s内物体的加速度2m s2是由力F1产生的 2s后物体的加速度为0 那是说2s后F1不再产生加速度了 可以用平行四边形定则进行分解合成的不仅仅是力 所有的矢量均可以用平行四边形定则进行分解合成 当然也包括加速度 2s后F1仍然产生2m s2的加速度 不过F1产生的加速度与F2产生的加速度相互抵消 所以总的加速度是0 思考A 如图所示 当小车静止或水平向右匀速运动时 悬线应处何位置 如果小车向右加速或减速运动时 悬线会处于什么位置 为什么 思考B 如图所示 当小车以加速度a水平向右加速运动时 质量为m的小球与小车相对静止时 悬线与竖直方向的夹角为多少 思考C 当小车水平向右减速运动时 质量为m的小球悬线与竖直方向的夹角为 时 试求小车所具有的加速度 第四章牛顿运动定律 习题课 一 常规题型 1 明确研究对象与研究过程 2 分析物体的受力情况 确定其合外力 3 分析物体的运动情况 确定或表达物体的加速度 4 选取正交坐标系与正方向 运用牛顿第二定律列方程 5 解答并检验 1 一列静止在站台里的火车 总质量为6 0 105kg 伴随着一声笛响 这列火车从站台缓缓开出 1min20s后显示其速度达到了72km h 若火车做匀加速直线运动 求火车在加速过程中的合外力要多大才能满足加速的要求 解 取火车前进方向为正方向 根据匀速直线运动的规律有 由牛顿第二定律得 2 一辆小汽车的质量m1 8 0 102kg 所载乘客的质量是m2 2 0 102kg 用同样大小的牵引力 如果不载人时小汽车产生的加速度是a1 1 5m s2 载人时产生的加速度a2是多少 忽略阻力 二 正交分解法解题 1 明确研究对象与研究过程 2 分析物体的受力情况 确定其合外力 3 分析物体的运动情况 确定或表达物体的加速度 4 选取正交坐标系与正方向 运用牛顿第二定律列方程 5 解答并检验 1 沿水平方向做匀加速直线运动的车厢中 悬挂小球的悬绳偏离竖直方向370 小球和车厢相对静止 球的质量为m 1kg g取10m s2 sin370 0 6 cos370 0 8 1 求车厢运动的加速度 2 求悬绳对球的拉力 1 7 5m s2方向向右 2 12 5N 1 按加速度方向建立坐标系 进行力的分解 2 一个物体质量为m 放在一个倾角为 的斜面上 物体从斜面顶端由静止开始加速下滑 1 若斜面光滑 求物体的加速度 2 若斜面粗糙 已知动摩擦因数为 求物体的加速度 反思 解牛二问题时 常用正交分解法解题 建立坐标系时常时加速度的方向为某一坐标轴的正方向 则另一坐标轴的合力必为零 a1 gsin a2 gsin gcos 3 物体以初速度v0沿着倾角为 的光滑斜面向上滑动的加速度是多少 思考 若斜面足够长 则用多长时间滑回出发点 2 按力的方向建立坐标系 分解加速度 例1 如图所示 质量为m的人站在自动扶梯上 扶梯正以加速度a向上减速运动 a与水平方向的夹角为 求人受的支持力和摩擦力 N m g asin f macos 摩擦力的方向为水平向左 解 建立平面直角坐标系 分解加速度 根据牛顿第二定律的分量式有 1 竖直向上发射的子弹 设所受的阻力与速度成正比 则它的加速度在何处最大 何处最小 规律运用 2 杆端固定一质量为1kg的小球 当小车以7 5m s2的加速度向右运动时 问杆对小球的作用力多大 方向如何 三 力与加速度的瞬时对应关系 解题时遇到的理想模型 弹簧和橡皮筋 细绳 定性分析 思考 一小球从竖直在地面上轻弹簧正上方某处自由落下 试分析小球从刚接触弹簧到被压缩最短过程中 小球的合外力 加速度 速度的变化情况是怎样变化 合外力与加速度先减小后增大 速度先增大后减小 1 物体在光滑的水平面上受一水平的恒力F作用向前运动 如图所示 它的正前方固定一根劲度系数足够大的弹簧 当物块接触弹簧后 A 立即做减速运动B 仍做匀加速运动C 在一段时间内仍作加速运动 速度继续增大D 当弹簧处于最大压缩时 物体的加速度不为零 CD 2 在沿平直轨道运动的车厢中 用弹簧拴着一个小球放在光滑水平桌面上 弹簧处于自然伸长状态 如图所示 当旅客看到弹簧长度变短时 对火车的运动状态下列说法中正确的是 A 火车向右加速运动B 火车向右减速运动C 火车向左加速运动D 火车向左减速运动 BC 3 质量分别为mA和mB的A和B两小球都用轻绳连接 两小球均处于静止状态 如果将悬挂A球的轻绳剪断瞬间 A和B小球的加速度各是多少 轻绳未剪断前 受力分析如图 轻绳未剪断瞬间 aA gaB g 4 质量分别为mA和mB的A B两小球用弹簧连接 A球用轻绳悬挂起来 两球均处于静止状态 如果将悬挂A球的轻绳剪断瞬间 求A和B小球的加速度各是多少 轻绳未剪断前 受力分析如图 F F 轻绳剪断瞬间 T消失 但弹簧尚未收缩 仍保持原状 所以F不变 故aB 0 aA mA mB g mA 轻绳 绳的弹力可发生突变 当其他条件发生变化的瞬间 绳的弹力可以瞬时产生 瞬时改变或瞬时消失 当绳被剪断时 绳的弹力瞬间消失 轻弹簧 弹簧的弹力不能发生突变 当其他条件发生变化的瞬间 可以认为弹簧的弹力不变 当弹簧被剪断时 弹簧的弹力瞬间消失 轻绳未剪断后 N 0aA 0aB 3g 2 5 如图所示 木块A B用一轻弹簧相连 竖直放在木块C上 三者静置于地面 它们的质量之比是1 2 3 当沿水平方向迅速抽出木块C的瞬间 A和B的加速度分别为多少 设所有接触面都光滑 6 光滑的水平面上有一小车 以向右的加速度a匀加速运动 车内两物体A B的质量均为m A和B用一轻弹簧相连 通过绳子B与车相连 求剪断绳子瞬间 A B的加速度 桌面光滑 A B的加速度分别为a 但方向相反 A向左B右 用牛顿第二定律解题的方法和步骤 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 物体受两个力 合成法 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 一 思路与方法总结 1 认真审题 明确是平衡问题还是非平衡问题 变速运动 静止或匀速直线运动 2 明确解法 是采用合成法还是采用正交分解法 平衡问题 3个力作用 采用合成法构造三角形较好 4个或更多个力作用 必须采用正交分解法 例 1 求小球对挡板和斜面的压力 非平衡问题 2个力作用 合成法或正交分解法均可以 3个或更多个力作用 必须采用正交分解法 例1 一辆小车在水平地面上沿直线行驶 在车箱顶部悬挂的小球相对与小车静止 悬线与竖直方向成 角 则小车的加速度为多大 方向如何 小车的运动情况如何 解 对小球受力分析如图由牛顿第二定律得 小球有向右的加速度 故小车也具有相同的加速度 即小车是在向右加速运动 理解物理解题的本质 运用物理原理列出方程 或方程组 然后解方程 就运用牛顿第二定律解题而言 其所解决的问题均属于非平衡问题 唯一的依据就是 怎样书写 一般情况下我们采用正交分解法 轴向合力的解法 用较大方向上的力减去较小方向上的力 当我们用正交分解法解决非平衡问题时 往往将 处理为 实际解题中 我们遇到的问题基本上都是 或 则必须按照 列方程 1 判断题型2 受力分析3 列方程4 解方程 练习1 如图所示质量为m的人站在自动扶梯上 扶梯正以加速度a向上做加速运动 a的方向与水平方向的夹角为 求人受到的支持力和摩擦力 练习2 置于水平面上的小车 有一弯折的细杆 弯折成 角度 如图所示 其另一端固定了一个质量为m的小球 间 当车以加速度a向右加速前进时 细杆对小球作用力的大小是多少 1 判断题型2 受力分析3 列方程4 解方程 练习3 如图所示 小车在水平面上以加速度a向左做匀加速直线运动 车厢内用OA OB两细绳系住一个质量为m的物体 OA与竖直方向间夹角为 OB是水平的 求OA绳和OB绳中的张力分别是多少 1 判断题型2 受力分析3 列方程4 解方程