2020-2021学年第3节 牛顿第二运动定律教课ppt课件

这是一份2020-2021学年第3节 牛顿第二运动定律教课ppt课件，共35页。PPT课件主要包含了基础探究，合作探究，实践应用，知识梳理，形成概念掌握新知，合外力，Fkma，Fma，kg·ms2，加速度等内容，欢迎下载使用。
一、牛顿第二运动定律及其意义1.牛顿第二定律物体加速度的大小与所受 的大小成正比,与物体的 成反比,加速度方向与 的方向相同。2.牛顿第二定律表达式(1)比例式: ,式中k是比例常数,F是物体所受的 。(2)国际单位制中: 。
3.单位“牛顿(N)”的规定使质量为1 kg的物体产生 1 m/s2的加速度所用的力为1 kg·m/s2。后人为了纪念牛顿,将kg·m/s2称为牛顿,简称牛,用符号N表示。即1 N= 。 4.牛顿第二定律的意义(1)表明了力与 总是同时出现,同时消失;力不变则 也不变,力随时间改变, 也随时间改变。(2)提供了获取较大 的方法。
二、国际单位制1.单位制: 单位与 单位一起组成单位制。2.国际单位制: 年第11届国际计量大会制订的,国际通用的、包括一切计量领域的单位制。3.力学中的三个基本物理量:长度、质量、时间,它们的单位为基本单位,国际单位制中依次是 、 、 。4.导出单位:根据物理学关系式由 推导出的其他物理量的单位为导出单位。
1.思考判断(1)由牛顿第二定律知,合外力大的物体的加速度一定大。(　 　)(2)物体的加速度大,说明它的质量一定小。(　 　)(3)我们用较小的力推很重的箱子,箱子不动,可见牛顿第二定律不适用于较小的力。(　 　)(4)任何情况下,物体的加速度方向一定与它所受的合外力方向相同。(　 　)(5)比例式F=kma中的k一定为1。(　 　)(6)加速度的单位N/kg和m/s2是等价的。(　 　)
2.思维探究(1)由牛顿第二定律可知,无论怎样小的力都可以产生加速度,可是我们用力提一个很重的箱子,却提不动它,这跟牛顿第二定律矛盾吗?应该怎样解释这个现象?答案:不矛盾。牛顿第二定律中的力指的是合外力,我们用力提一个很重的箱子,却提不动它,说明箱子受力平衡,合外力为零,加速度也为零。(2)爸爸带六岁的小明去动物园玩,在大象馆前小明突然问:“爸爸,为什么我比大象还重呢?”爸爸很纳闷,小明指着眼前的动物介绍牌说:“这上面写着亚洲象体重可达5吨,而我的体重是25千克,25可比5大啊!”爸爸笑了,你知道小明错在哪里吗?答案:比较物理量的大小应先将各物理量的单位统一成同一单位制中的单位,小明的错误在于没有看清单位。
要点一　对牛顿第二定律的理解
质量均为m的物体A、B置于光滑水平面上。(1)拉力FA能对B产生加速度吗?答案:(1)不能。F、m、a是对应同一个物体而言的——牛顿第二定律的同体性特征。
质量均为m的物体A、B置于光滑水平面上。(2)向右的水平力F产生的加速度的方向向哪里?当向右的水平力F改为向左时产生的加速度方向向哪里?分析F与a的方向关系。答案:(2)水平力F向右时,它产生的加速度方向向右;F向左时,则加速度方向向左。由于加速度和力都是矢量,所以加速度的方向跟产生该加速度的力的方向相同——牛顿第二定律的矢量性特征。(3)物体受拉力F之前做什么运动?物体受拉力F之后做什么运动?撤去拉力F后物体做什么运动?说明了什么?答案:(3)物体分别对应的状态为静止—加速运动—匀速运动。物体运动的加速度随合外力的变化而变化,存在着瞬时对应的关系——牛顿第二定律的瞬时性特征。(4)如果水平面不光滑,水平方向受到哪些力?这些力会产生加速度吗?这些力可以合成吗?加速度呢?合力跟合加速度有什么关系?说明了什么?答案:(4)如果水平面不光滑,水平方向物体受拉力F和水平面的摩擦力f。这些力会产生加速度。因为F、f的方向在同一直线上,可以合成为F合=F-f,合加速度为a合=aF-af,并且F合=ma合。物体受到几个力作用时,分力产生分加速度,合力产生合加速度——牛顿第二定律的独立性特征。
1.表达式F=ma的理解(1)单位统一:表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。(2)F的含义:F是合力时,a指的是合加速度,即物体的加速度;F是某个力时,a是该力产生的加速度。2.牛顿第二定律的六大特性
3.牛顿第一、第二定律的区别与联系(1)区别。①牛顿第一定律揭示了运动与力关系的实质;牛顿第二定律确定了力与运动的关系。②牛顿第二定律可以用实验验证,牛顿第一定律不能用实验验证。(2)联系。
[例1] (多选)关于牛顿第二定律,下列说法正确的是(　 　)A.牛顿第二定律的表达式F=ma说明F与a成正比B.某一瞬间的加速度,只能由这一瞬间的外力决定,而与这一瞬间之前或之后的外力无关C.在公式F=ma中,若F为合力,则a等于作用在该物体上的每一个力产生的加速度的矢量和D.物体的运动方向一定与物体所受合力的方向一致
解析:牛顿第二定律说明a与F成正比,不能说F与a成正比,这样违背了F与a的因果关系,A错误;F与a具有同时性,B正确;如果F=ma中F是合力,则a为合力产生的加速度,即各分力产生的加速度的矢量和,C正确;如果物体做减速运动,则v与F反向,D错误。
关于牛顿第二定律理解的三大误区(1)认为先有力,后有加速度:物体的加速度和合外力是同时产生的,不分先后,但有因果性。力是产生加速度的原因,没有力就没有加速度。
(3)认为作用力与m和a都成正比:不能由F=ma得出F∝m、F∝a的结论,物体所受合外力的大小是由物体的受力情况决定的,与物体的质量和加速度无关。
[针对训练1] (多选)关于牛顿第二定律,下列说法正确的是(　 　)A.加速度和力是瞬时对应关系,即加速度与力是同时产生、同时变化、同时消失的B.物体只有受到力的作用时,才有加速度,才有速度C.任何情况下,加速度的方向总与合外力方向相同,也总与速度的方向相同D.当物体受到几个力的作用时,可把物体的加速度看成是各个力单独作用时产生的各个加速度的矢量和
解析:根据牛顿第二定律的瞬时性,选项A正确;物体只有受到力的作用时,才有加速度,但速度有无与物体是否受力无关,选项B错误;任何情况下,加速度的方向总与合外力方向相同,但与速度的方向没关系,选项C错误;根据牛顿第二定律的独立性,选项D正确。
要点二　牛顿第二定律的简单应用
行车时驾驶员及乘客必须系好安全带,以防止紧急刹车时造成意外伤害。请思考:(1)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,这时如何知道安全带对人的作用力大小呢?答案:(1)汽车刹车时的加速度可由刹车前的速度及刹车时间求得,由牛顿第二定律F=ma可求得安全带产生的作用力大小。(2)汽车启动时,安全带对驾驶员产生作用力吗?答案:(2)汽车启动时,有向前的加速度,此时座椅的后背对驾驶员产生向前的作用力,安全带不会对驾驶员产生作用力。
2.解题方法(1)矢量合成法:若物体只受两个力作用,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大小。加速度的方向即物体所受合力的方向。(2)正交分解法:当物体受多个力作用时,常用正交分解法求物体所受的合外力。①建立坐标系时,通常选取加速度的方向作为某一坐标轴的正方向(也就是不分解加速度),将物体所受的力正交分解后,列出方程Fx=ma,Fy=0。
[例2] 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,小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg,不计空气阻力。(g取 10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)(1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况;
答案:(1)7.5 m/s2,方向水平向右　车厢可能水平向右做匀加速直线运动或水平向左做匀减速直线运动
[例2] 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,小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg,不计空气阻力。(g取 10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)(2)求悬线对小球的拉力大小。
答案:(2)12.5 N
(1)应用牛顿第二定律解题时,正确选取研究对象及受力分析至关重要,加速度a一定与F合同向,但速度不一定与加速度同向。(2)合成法常用于两个互成角度的共点力的合成,正交分解法常用于三个或三个以上互成角度的共点力的合成。　
[针对训练2] 如图所示,质量为4 kg的物体静止于水平面上。现用大小为40 N、与水平方向夹角为37° 的斜向上的力拉物体,使物体沿水平面做匀加速直线运动(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)。若水平面光滑,物体的加速度大小是　　　　;若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,物体的加速度大小是　　　　。 
解析:水平面光滑时,物体的受力情况如图甲所示,由牛顿第二定律得Fcs 37°=ma1,解得a1=8 m/s2。水平面不光滑时,物体的受力情况如图乙所示,则Fcs 37°-f=ma2,N′+Fsin 37°=mg,又因为f=μN′,联立解得a2=6 m/s2。
答案:8 m/s2　6 m/s2
要点三　国际单位制的理解及应用
如图,某运动员的最快速度可以达到10 m/s,某人骑助力车的速度为35 km/h。(1)某同学仅凭所给的两个速度的数值能否判断出运动员的速度与助力车的速度的大小关系?答案:(1)不能。(2)你能比较以上两个速度的大小关系吗?以上两个速度哪个大?答案:(2)能。10 m/s=36 km/h>35 km/h,所以运动员的速度较大。
1.单位制的意义(1)单位是物理量的组成部分,对于物理量,如果有单位,一定要在数字后带上单位。(2)同一个物理量,选用不同单位时其数值不同。(3)统一单位,便于人们的相互交流,统一人们的认识。2.单位制的应用(1)简化计算过程。计算时首先将各物理量的单位统一到国际单位制中,这样就可以省去计算过程中单位的代入,只在数字计算式后面写上相应待求量的单位即可,从而使计算简便。
(2)推导物理量的单位。物理公式在确定各物理量的数量关系时,同时也确定了各物理量的单位关系,所以我们可以根据物理公式中物理量间的关系推导出物理量的单位。(3)判断比例系数的单位。根据公式中物理量的单位关系,可判断公式中比例系数有无单位,如公式F=kx中k的单位为N/m,f=μN中μ无单位。(4)检查物理量关系式的正误。根据物理量的单位,如果发现某公式在单位上有问题,或者所求结果的单位与采用的单位制中该量的单位不一致,那么该公式或计算结果肯定是错误的。
模型·方法·结论·拓展
瞬时加速度的两类模型1.刚性绳(或接触面)一种发生微小形变产生弹力的物体,若剪断(或脱离)后,其中弹力立即发生变化,不需要形变恢复时间,一般题目中所给细线或接触面在不加特殊说明时,均可按此模型处理。2.弹簧(或橡皮绳)此类物体形变量大,形变恢复需要较长时间,在解决瞬时问题时,可将其弹力的大小看成不变来处理。
[示例] (多选)如图,A、B两球质量相等,光滑斜面的倾角为θ,图甲中A、B两球用轻弹簧相连,图乙中A、B两球用轻杆相连,系统静止时,挡板C与斜面垂直,弹簧、轻杆均与斜面平行,重力加速度为g,在突然撤去挡板的瞬间(　 　)A.图乙中A、B球间杆的作用力为零B.图乙中A球的加速度为gsin θC.图甲中B球的加速度为2gsin θD.图甲中A球的加速度为gsin θ
解析:撤去挡板前,对整体分析,无论是图甲还是图乙,挡板对B球的弹力大小均为2mgsin θ。因弹簧弹力不能突变,所以撤去挡板的瞬间,图甲中A球所受合外力为零,加速度为零;图甲中B球所受合外力为2mgsin θ,加速度为2gsin θ,故选项C正确,D错误;杆的弹力可以突变,所以撤去挡板的瞬间,图乙中杆的弹力突变为零,A、B球所受合外力均为mgsin θ,加速度均为gsin θ,故选项A、B正确。
科学·技术·社会·环境
雨滴砸不死蚊子的原因2015年菠萝科学奖物理学奖颁给了美国佐治亚理工学院胡立德教授的研究组,以表彰他们发现了蚊子不会被雨滴砸死的原因。研究组发现,若是雨滴击中蚊子时,蚊子栖息于无法移动的地面上,雨滴的速度将瞬间减小为0,这时蚊子就会承受相当于它体重10 000倍的力,足以致命。而当蚊子在空中被击中时采用“不抵抗”策略,顺应雨滴加速下落,化解高速下降的雨滴带来的巨大冲击力,蚊子受到的冲击力就减小为自重的 50～300倍,只相当于在蚊子身上压了一根羽毛——这是蚊子所能承受的。想不到这小小的蚊子用一手太极就能化险为夷。