2018高中物理 第四章 牛顿运动定律 4.3 牛顿第二定律2课件 新人教版必修1.ppt

3牛顿第二定律 主题1牛顿第二定律研读教材 自主认知1 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 2 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1kg的物体产生1m s2的加速度的力 称为1N 即1N 国际 牛顿 N 1kg m s2 合作探究 核心归纳如图所示 质量为m的物体置于光滑水平面上 同时受到水平力F的作用 试结合上述情景讨论下列问题 1 物体此时受哪些力的作用 提示 物体此时受三个力的作用 分别是重力 支持力 水平力F 2 每一个力是否都产生加速度 提示 由 力是产生加速度的原因 知 每一个力都应产生加速度 3 物体的实际运动情况如何 提示 物体的实际运动是沿力F的方向以a 加速运动 4 物体为什么会呈现这种运动状态 提示 因为重力和支持力是一对平衡力 其作用效果相互抵消 此时作用于物体的合力相当于F 5 物体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kg m s2 即可令k 1 所以1N的含义为 使质量为1kg的物体产生1m s2的加速度 所施加的力即为1N 6 公式F ma中F是物体所受的某一个力还是合外力 提示 F是物体受到的合外力 7 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 8 外力需要对物体作用很短的一段时间 才会产生加速度 对吗 提示 不对 加速度和合外力是同时产生的 归纳总结 牛顿第二定律的八个性质 过关小练 即时应用1 多选 对于牛顿第二定律的公式F kma的比例系数k的说法正确的是 A k值是由研究对象来决定的B k值是由合外力来决定的C k值是由力 质量和加速度的单位来决定的D 在国际单位制中 k的数值取1 解析 选C D 国际单位制中关于力的单位的规定 1N 1kg m s2 F kma中的k值是由力 质量和加速度的单位来决定的 故C D正确 2 多选 2015 信阳高一检测 如图所示 轻弹簧一端固定 另一端自由伸长时恰好到达O点 将质量为m 视为质点 的物体P与弹簧连接 并将弹簧压缩到A 由静止释放物体后 物体将沿水平面运动 最远能运动到B点 若物体与水平面的摩擦力不能忽略 则下列关于物体运动的说法中正确的是 A 从A到O速度不断增大 从O到B速度不断减小B 从A到O速度先增大后减小 从O到B速度不断减小C 从A到O加速度先减小后增大 从O到B加速度不断增大D 从A到O加速度不断减小 从O到B加速度不断增大 解题指南 解答本题时 可参考以下思路 解析 选B C 由A到O物体受力如图 由牛顿第二定律k x Ff ma x减小 a减小 故物体先做a减小的加速运动 k x Ff时a 0 速度最大 物体继续运动至O点 Ff k x ma x减小 a增大 方向向左 与v反向 故物体做a增大的减速运动 故由A到O a先减小后增大 速度先增大后减小 由O到B物体受力如图由牛顿第二定律Ff k x ma x增大 a增大 方向向左 与v反向 故物体速度减小 3 有经验的司机能通过控制油门使汽车做匀加速直线运动 某品牌轿车连同司机在内总质量为m 1500kg 当轿车受到大小为F1 500N的牵引力时恰好在水平路面上匀速行驶 现司机通过控制油门使轿车受到F2 2000N的牵引力 从v0 5m s开始加速 假设汽车运动时所受的阻力保持不变 试求 1 轿车运动过程中所受到的阻力大小 2 轿车做加速运动时的加速度大小 3 轿车开始加速后3s内通过的位移大小 解析 1 轿车匀速运动时受力平衡 则 Ff F1 500N 2 由牛顿第二定律 F2 Ff ma则 a 代入数据得 a 1m s2 3 轿车做匀加速运动的位移为 x v0 t at2代入数据得 x 19 5m答案 1 500N 2 1m s2 3 19 5m 补偿训练 1 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知 当力作用的瞬间即可获得加速度 但无速度 故B正确 A C D错误 2 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 3 2013 新课标全国卷 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之间关系的图像是 解析 选C 物块在水平方向上受到拉力和摩擦力的作用 根据牛顿第二定律 有F Ff ma 即F ma Ff 该关系为线性函数 当a 0时 F Ff 当F 0时 a 符合该函数关系的图像为C 通法悟道 力 加速度 速度的动态分析思路 1 物体所受合外力的方向决定其加速度的方向 合力与加速度的大小关系是F ma 只要有合力 不管速度是大还是小 或是零 都有加速度 只有合力为零时 加速度才能为零 一般情况下 合力与速度无必然的联系 只有加速度与合力有必然的联系 2 速度与加速度同向时 物体加速 反之减速 3 力与运动的关系 力是改变物体运动状态的原因 即力 加速度 速度变化 运动状态变化 物体受到的合外力决定了物体当时加速度的大小 而加速度的大小决定了单位时间内速度变化量的大小 加速度大小与速度大小无必然的联系 主题2牛顿第二定律的应用合作探究 核心归纳情景1 如图甲所示 斜面静止不动 物体沿斜面向上滑动 情景2 如图乙所示 小车做匀加速运动 小球相对小车静止 情景3 如图丙所示 在粗糙水平面上的物体在斜向上的拉力作用下做匀加速运动 试结合上述情景 讨论下列问题 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 物体所受合外力增大时 加速度一定增大吗 提示 一定增大 物体的加速度和合外力是瞬时对应关系 合外力增大 加速度一定增大 3 常用的求合力的方法有哪些 提示 合成法 当物体只受两个力的作用时 直接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 可以规定合力的方向 即沿加速度 为x轴方向 垂直于合力的方向 即垂直于加速度 为y轴的方向 将所有不在这两个方向上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 就是所有力的合力 归纳总结 1 应用牛顿运动定律的常用方法 1 合成法 若物体只受两个力作用而产生加速度时 根据牛顿第二定律可知 利用平行四边形定则求出的两个力的合外力方向就是加速度方向 特别是两个力互相垂直或相等时 应用力的合成法比较简单 2 正交分解法 当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时 常用正交分解法 通常是分解力 但在有些情况下分解加速度更简单 分解力 一般将物体受到的各个力沿加速度方向和垂直于加速度方向分解 则F合x ma 沿加速度方向 F合y 0 垂直于加速度方向 分解加速度 当物体受到的力相互垂直而加速度不在这两个方向上时 沿这两个相互垂直的方向分解加速度 再应用牛顿第二定律列方程求解 则F合x max F合y may ax ay分别为加速度a沿x y坐标轴的分量 2 牛顿第二定律的瞬时性问题 1 问题界定 牛顿第二定律是力的瞬时作用规律 加速度和力同时产生 同时变化 同时消失 分析物体在某一时刻的瞬时加速度 关键是分析该时刻前后物体的受力情况及其变化 2 两种基本模型 刚性绳模型 细钢丝 细线 轻杆等 这类形变的发生和变化过程时间极短 在物体的受力情况改变 如某个力消失 的瞬间 其形变可随之突变 弹力可以突变 轻弹簧模型 轻弹簧 橡皮绳 弹性绳等 此类形变发生改变需要的时间较长 在瞬时问题中 其弹力的大小不能突变 可看成是不变的 过关小练 即时应用1 2014 重庆高考 以不同初速度将两个物体同时竖直向上抛出并开始计时 一个物体所受空气阻力可忽略 另一物体所受空气阻力大小与物体速率成正比 下列用虚线和实线描述两物体运动的v t图像可能正确的是 解析 选D 竖直上抛运动不受空气阻力 向上做匀减速直线运动至最高点再向下做自由落体运动 v t图像为倾斜向下的直线 四个选项均正确表示 考虑阻力f kv的上抛运动 上升中a上 随着v减小 a上减小 对应v t图像的斜率减小 选项A错误 下降中a下 随着v增大 a下继续减小 而在最高点时v 0 a g 对应v t图与t轴的交点 其斜率应该等于g 即过t轴交点的切线应该与竖直上抛运动的直线平行 只有D选项满足 故选D 2 2015 莱芜高一检测 如图所示 在光滑的水平面上 质量分别为m1和m2的木块A和B之间用轻弹簧相连 在大小为F的拉力作用下做匀加速直线运动 某时刻突然撤去拉力F 此瞬时A和B的加速度大小分别为a1和a2 则有 解析 选D 据题意 在F拉力作用下 A和B的加速度相同 即aAB 弹簧弹力为 T 当撤去拉力F后木块A和B在水平方向上都只受到弹力 此瞬间弹力保持原值 故木块A的加速度为 a1 木块B的加速度为 a2 故选项D正确 3 如图所示 一质量为m的物体系于长度分别为L1 L2的两根细线上 L1的一端悬挂在天花板上 与竖直方向夹角为 L2水平拉直 物体处于平衡状态 现将L2剪断 求剪断L2的瞬间物体的加速度 解题指南 解答本题应明确以下三点 1 L2的弹力突变为零 2 L1的弹力发生突变 3 小球的加速度方向垂直于L1斜向下 解析 细线L2被剪断的瞬间 因细线L2对物体的弹力突然消失 而引起L1上的张力发生突变 使物体的受力情况改变 小球受力如图所示 瞬时加速度垂直L1斜向下方 大小为答案 gsin 方向垂直于L1斜向下 互动探究 在上题中 若将图中的细线L1换成长度相同 接物体后 质量不计的轻弹簧 如图所示 其他条件不变 求剪断L2的瞬间物体的加速度 解析 当L2被剪断时 细线L2对物体的弹力突然消失 而弹簧的形变还来不及变化 变化要有一个过程 不能突变 受力如图所示 因而弹簧的弹力不变 它与重力的合力和细线L2对物体的弹力是一对平衡力 等大反向 所以细线L2被剪断的瞬间 物体加速度的大小为a gtan 方向水平向右 答案 gtan 方向水平向右 补偿训练 1 多选 2015 中山高一检测 如图所示 当小车向右加速运动时 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受静摩擦力增大B M对车厢壁的压力不变C M仍相对于车厢静止D M受静摩擦力不变 解析 选C D 对M受力分析如图所示 由于M相对车厢静止 则f Mg FN Ma 当a增大时 FN增大 f不变 故C D正确 2 如图所示 电梯与水平面夹角为30 当电梯加速向上运动时 人对梯面的压力是其重力的 人与梯面间的摩擦力是其重力的多少倍 解析 对人受力分析 人受到重力mg 支持力FN 摩擦力Ff 摩擦力方向一定与接触面平行 由加速度的方向推知 Ff水平向右 的作用 建立直角坐标系 取水平向右 即Ff的方向 为x轴正方向 竖直向上为y轴正方向 此时只需分解加速度 其中ax acos30 ay asin30 如图 根据牛顿第二定律有 x方向 Ff max macos30 y方向 FN mg may masin30 又有FN mg 联立 式 解得 Ff mg所以人与梯面间的摩擦力是其重力的倍 答案 3 如图所示 沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中 悬挂小球的悬线偏离竖直方向37 角 球和车厢相对静止 球的质量为1kg g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况 2 求悬线对球的拉力 解析 法一 合成法 1 小球和车厢相对静止 它们的加速度相同 以小球为研究对象 对小球进行受力分析如图所示 小球所受合力F合 mgtan37 由牛顿第二定律得小球的加速度为a gtan37 g 7 5m s2 加速度方向水平向右 车厢的加速度与小球相同 车厢做的是向右的匀加速运动或向左的匀减速运动 2 由图可知 悬线对球的拉力大小为F 12 5N 法二 正交分解法 1 建立直角坐标系如图所示 正交分解各力 根据牛顿第二定律列方程得x方向Fx ma y方向Fy mg 0即Fsin37 ma Fcos37 mg 0化简解得a g 7 5m s2 加速度方向水平向右 车厢的加速度与小球相同 车厢做的是向右的匀加速运动或向左的匀减速运动 2 F 12 5N 答案 1 7 5m s2 方向水平向右车厢可能向右做匀加速直线运动或向左做匀减速直线运动 2 12 5N 通法悟道 整体法与隔离法在牛顿第二定律中的应用 1 整体法 一般当系统中各物体的加速度相同时 我们可以把系统内的所有物体看成一个整体 这个整体的质量等于各物体的质量之和 当整体受到的外力F已知时 可用牛顿第二定律求出整体的加速度 这种处理问题的思维方法叫作整体法 2 隔离法 从研究的方便出发 当求系统内物体间相互作用的内力时 常把某个物体从系统中 隔离 出来进行受力分析 依据牛顿第二定律列方程 这种处理连接体问题的思维方法叫作隔离法 3 外力和内力 如果以物体系统为研究对象 受到系统之外的物体的作用力 这些力是该系统受到的外力 而系统内各物体间的相互作用力为内力 应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力 如果把某物体隔离出来作为研究对象 则内力将转换为隔离体的外力