人教版高一物理必修一课件：第4章牛顿运动定律3.ppt

第四章 牛顿运动定律 3　牛顿第二定律 ※※ 理解牛顿第二定律的内容，知道其表达式的确切含义 ※ 知道力的国际单位 “ 牛顿 ” 的定义 ※※ 熟练运用牛顿第二定律处理有关问题 1 课前预习 2 课内探究 3 素养提升 4 课堂达标 5 课时作业 课 前 预 习 1 ．内容：物体加速度的大小跟作用力 ______________ ，跟物体的质量 ______________ ，加速度的方向跟 ___________________________ 。 2 ．表达式 (1) 表达式： F ＝ ______ ，式中 k 是比例系数， F 是物体所受的 _________ 。 (2) 国际单位制中： F ＝ ______________ 。 牛顿第二定律 成正比 成反比 作用力的方向相同 kma 合外力 ma 1 ．国际单位： __________ ，简称 _______ ，符合为 ______________ 。 2 ． “ 牛顿 ” 的定义：使质量为 1kg 的物体产生 ______________ 的加速度的力，称为 1N ，即 1N ＝ ______________ 。 3 ．比例系数 k 的含义：关系式 F ＝ kma 中的比例系数 k 的数值由 F 、 m 、 a 三量的单位共同决定，三个量都取国际单位，即三量分别取 _________ 、 ______ 、 ______________ 作单位时，系数 k ＝ ______________ 。 力的单位 牛顿 牛 N 1m /s 2 1kg · m/ s 2 N kg m/s 2 1 『 判一判 』 (1) 由牛顿第二定律可知，加速度大的物体所受的合外力一定大。 ( 　　 ) (2) 牛顿第二定律说明了质量大的物体其加速度一定小。 ( 　　 ) (3) 任何情况下，物体的加速度的方向始终与它所受的合外力方向一致。 ( 　　 ) (4) 在国际单位制中，公式 F ＝ kma 中， k ＝ 1 。 ( 　　 ) (5) 两单位 N /kg 和 m/ s 2 是等价的。 ( 　　 ) × × √ √ √ CD 解析： 牛顿第二定律的表达式 F ＝ ma 表明了各物理量之间的数量关系，即已知两个量，可求第三个量，但物体的质量是由物体本身决定的，与受力无关；作用在物体上的合力，是由和它相互作用的物体作用产生的，与物体的质量和加速度无关；故排除 A 、 B ，选 C 、 D 。 解析： 安全带给乘客的作用力的大小为 F ＝ ma ＝ 60 × 15N ＝ 900N 使人随汽车刹车做减速运动的力的大小为 900N ，这个力只有靠安全带提供，否则，人将由于惯性而发生事故。 课 内 探 究 如图所示，小强自己拉车子时，无论怎么用力也难以拉动，最后在小红的帮助下，他们才将车子拉着前进。根据牛顿第二定律，有力作用就产生加速度，为什么小强用力拉车时车子不动呢？小强的拉力不产生加速度吗？ 探究一　对牛顿第二定律的理解　 提示： 小强的拉力能产生加速度，但牛顿第二定律公式中的 F 指的是物体受到的合外力，汽车在水平方向上不只受到小强的拉力，还同时受到地面摩擦力的作用，它们相互平衡，所以小车不动。 1 ．牛顿第二定律的六个特性 同体性 F ＝ ma 中 F 、 m 、 a 都是对同一物体而言的 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 F ＝ ma 是一个矢量式。物体的加速度方向由它所受的合力方向决定，且总与合力的方向相同 瞬时性 加速度与合力是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失 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 独立性 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 分力和分加速度在各个方向上的分量关系也遵循牛顿第二定律，即 F x ＝ ma x ， F y ＝ ma y 特别提醒： 物体的加速度的方向与物体所受的合外力是瞬时对应关系，即 a 与合力 F 方向总是相同，但速度 v 的方向不一定与合外力的方向相同。 C 解析： 质点受多个力的作用，处于静止状态，则多个力的合力为零，其中任意一个力与其余所有力的合力大小相等、方向相反，使其中一个力的大小逐渐减小到零再恢复到原来的大小，则其余所有力的合力先变大后变小，但合力的方向不变，根据牛顿第二定律， a 先增大后减小， v 始终增大，故选项 C 正确。 解析： 由于鱼水平向左加速，故鱼受水平方向向左的合外力，水对鱼的作用力是浮力与向左推动力的合力，故应斜向左上方，方可与重力合成后水平向左，故 A 正确， B 、 C 、 D 错误，故选 A 。 A 汽车突然刹车，要在很短时间内停下来，会产生很大的加速度，这个加速度是靠什么力产生的？如何求这个力？ 提示： 摩擦力； F f ＝ ma 探究二　牛顿第二定律的应用　 1 ．解题的一般步骤 (1) 明确研究对象。根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体 (2) 进行受力分析和运动状态分析，画好受力分析图，明确运动性质和运动过程。 (3) 建立坐标系，一般以加速度方向和垂直加速度方向为两坐标轴的方向。 (4) 根据牛顿第二定律列方程求解。 2 ．常用方法 (1) 矢量合成法：若物体只受两个力作用时，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外力的方向。反之，若知道加速度的方向，也可应用平行四边形定则求物体所受的合外力。 (2) 正交分解法：当物体受到多个力的作用时，利用正交分解法较为简单，利用正交分解法需要建立直角坐标系，建系原则是尽可能少分解矢量。因此建系有两种情况： ① 沿加速度的方向建一坐标轴，沿垂直加速度方向建一坐标轴。这种方法不需要分解加速度。 ② 沿某特定方向建立坐标轴，这样可能少分解力，但需要分解加速度，此时应用： F x ＝ ma x ， F y ＝ ma y 。 解析： 这是一个动力学问题，人受到竖直向下的重力 mg 、竖直向上的支持力 F N 和水平向右的摩擦力 F f ，因为人的加速度方向沿扶梯向上，所以人所受的这三个力的合力方向也沿扶梯向上。 解法一：建立如图甲所示的直角坐标系，人的加速度方向正好沿 x 轴正方向，由题意可得 x 轴方向： F f cos θ ＋ F N sin θ － mg sin θ ＝ ma y 轴方向： F N cos θ ＋ F f sin θ － mg cos θ ＝ 0 解得 F N ＝ mg ＋ ma sin θ ， F f ＝ ma cos θ 。 解法二：建立如图乙所示的直角坐标系 ( 水平向右为 x 轴正方向，竖直向上为 y 轴正方向 ) 。由于人的加速度方向是沿扶梯向上的，这样建立直角坐标系后，在 x 轴方向和 y 轴方向上各有一个加速度的分量，其中 x 轴方向的加速度分量 a x ＝ a cos θ ， y 轴方向的加速度分量 a y ＝ a sin θ ，根据牛顿第二定律有 x 轴方向： F f ＝ ma x ； y 轴方向： F N － mg ＝ ma y 解得： F N ＝ mg ＋ ma sin θ ， F f ＝ ma cos θ 。 比较以上两种解法，很显然，两种解法都得到了同样的结果，但是，第二种解法较简便。 答案： mg ＋ ma sin θ 　 ma cos θ 答案 ： (1)7.5m/s 2 ，方向水平向右　 (2)12.5N 素 养 提 升 在应用牛顿第二定律求解物体的瞬时加速度时，经常会遇到轻绳、轻杆、轻弹簧和橡皮绳这些常见的力学模型。全面准确地理解它们的特点，可帮助我们灵活正确地分析问题。 1 ．模型的共同点：都是质量可忽略的理想化模型，都会发生形变而产生弹力，同一时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关。 不同模型瞬时加速度的求法 2. 模型的不同点： 弹力表现形式 弹力方向 弹力能否突变 轻绳 拉力 沿绳收缩方向 能 轻杆 拉力、支持力 不确定 能 轻弹簧 拉力、支持力 沿弹簧轴线 不能 橡皮条 拉力 沿橡皮条收缩方向 不能 C 课 堂 达 标 课 时 作 业