高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系3 牛顿第二定律说课ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系3 牛顿第二定律说课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了牛顿第二定律，目标体系构建，素养目标，课前预习反馈，成正比，知识点1，成反比，作用力的方向相同，kma，合外力等内容，欢迎下载使用。
【课程标准】1．理解牛顿运动定律。2．能用牛顿运动定律解释生活生产中的有关现象、解决有关问题。
　　　牛顿第二定律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＝________。
　　　力的单位1．国际单位：________，简称______，符号为______。2．“牛顿”的定义：使质量为1 kg的物体产生__________的加速度的力，称为1 N，即1 N＝____________。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＝_____。
1 kg· m/s2　
『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/s2是等价的。(　　)
『选一选』(2022·北京顺义区高一期末)和谐号电力动车组是我国铁路全面实施自主创新战略取得的重大成果，标志着我国铁路客运装备的技术水平达到了世界先进水平，中国也由此成为世界上少数几个能够自主研制时速380公里动车组的国家。右图是和谐号列车内部屏幕显示的相关信息。
列车在匀减速进站过程中，从受力的角度分析，这是因为列车所受的合力(　　)A．保持不变B．越来越大C．越来越小D．先变小后变大解析：列车在匀减速进站过程中，加速度不变，根据牛顿第二定律，合力也保持不变。故选A。
『想一想』如图所示，小明用力拉地面上的箱子，但箱子没动，请思考：(1)根据牛顿第二定律，有力就能产生加速度，但为什么箱子一直没动呢？(2)如果箱底光滑，当拉力作用在箱子上的瞬间，箱子是否立刻获得加速度？是否立刻获得速度？
提示：(1)牛顿第二定律F＝ma中的力F指的是物体受的合力，尽管小明对箱子有一个拉力作用，但箱子受的合力为零，所以不能产生加速度。(2)加速度与力之间是瞬时对应关系，有力就立刻获得加速度，但速度的获得，需要一段时间，故不能立刻获得速度。
如图所示，赛车车手要想赢得比赛，除了赛车手的技术高超外，赛车本身也是赢得比赛的关键。要想使赛车启动获得较大的加速度，该如何设计汽车？为什么？
提示：设计赛车时要有大的加速度，一方面需要有强大动力的发动机，另一方面在保障安全的前提下减小赛车的质量。
1．牛顿第二定律的六个特性
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。
　　　　　如图所示，静止在光滑水平面上的物体A的一端固定着处于自然状态的轻质弹簧。现对物体作用一水平恒力F，在弹簧被压缩到最短这一过程中，物体的速度和加速度变化的情况是(　　)A．速度先增大后减小，加速度先增大后减小B．速度先增大后减小，加速度先减小后增大C．速度增大，加速度增大D．速度增大，加速度减小
解析：压缩的初始阶段，水平恒力大于弹簧弹力，合力方向朝左，物体加速，随着物体向左移动，弹簧弹力逐渐增大，合力逐渐减小，加速度逐渐减小，但当弹簧弹力大于水平恒力时，合力方向朝右，物体开始减速，弹簧弹力继续增大，合力逐渐增大，加速度逐渐增大，即先是加速度逐渐减小的加速运动，后是加速度逐渐增大的减速运动，选项B正确。
思维升华：1．力与加速度为因果关系：力是因，加速度是果。只要物体所受的合外力不为零，就会产生加速度。加速度与合外力方向相同，大小与合外力成正比。2．力与速度无因果关系：合外力方向与速度方向可以相同，可以相反，还可以有夹角。合外力方向与速度方向相同时，物体做加速运动，相反时物体做减速运动。
1．(多选)关于牛顿第二定律，下列说法中正确的是(　 　)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，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，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，C错误；根据牛顿第二定律的独立性知D正确。
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。请分析：(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？(2)汽车启动时，安全带对驾驶员产生作用力吗？
对牛顿第二定律的简单应用
提示：(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，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。
1．应用牛顿第二定律解题的步骤
2．解题常用方法(1)合成法：首先确定研究对象，画出受力分析图，当物体只受两个力作用时，将这两个力按照力的平行四边形定则在加速度方向上合成，直接求出合力，再根据牛顿第二定律列式求解。
　　　　　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的夹角θ＝37°，小球和车厢相对静止，小球的质量为1 kg(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2)。求：
(1)车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况；(2)悬线对小球的拉力大小。
解析：解法一　合成法(1)由于车厢沿水平方向运动，小球与车厢的加速度相同，所以小球有水平方向的加速度，所受合力F沿水平方向，选小球为研究对象，受力分析如图所示。
解法二　正交分解法以水平向右为x轴正方向建立坐标系，并将悬线对小球的拉力FT正交分解，如图所示。则沿水平方向有FTsin θ＝ma竖直方向有FTcs θ－mg＝0联立解得a＝7.5 m/s2，FT＝12.5 N且加速度方向水平向右，故车厢做水平向右的匀加速直线运动或水平向左的匀减速直线运动。
答案：(1)7.5 m/s2　方向水平向右　车厢做水平向右的匀加速直线运动或水平向左的匀减速直线运动　(2)12.5 N
　　　　　(2022·湖南长沙市高一检测)如图所示，自动扶梯与水平面夹角为θ，上面站着质量为m的人，当自动扶梯以加速度a加速向上运动时，求扶梯对人的弹力F N和扶梯对人的摩擦力Ff，重力加速度为g。
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Ff，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：Ffcs θ＋F Nsin θ－mgsin θ＝may轴方向：F Ncs θ－Ffsin θ－mgcs θ＝0解得F N＝mg＋masin θFf＝macs 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ax＝acs θ，y轴方向的加速度分量ay＝asin θ，根据牛顿第二定律有
x轴方向：Ff＝max；y轴方向：F N－mg＝may解得：F N＝mg＋masin θ，Ff＝macs 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＋masin θ　macs θ
思维升华：坐标系的建立方法在牛顿第二定律的应用中，采用正交分解法时，在受力分析后，建立直角坐标系是关键。在建立直角坐标系时，不管选取哪个方向为x轴正方向，最后得到的结果都应该是一样的，但在选取坐标轴时，应以解题方便为原则。
如图所示，用手向下压弹簧玩偶的头部，若人向下压的力为F，弹簧玩偶的头部质量为m，人手突然撤离时，弹簧玩偶头部的加速度为多大？
1．两种模型的特点(1)刚性绳(或接触面)模型：这种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，形变恢复几乎不需要时间，故认为弹力可以立即改变或消失。(2)弹簧(或橡皮绳)模型：此种物体的特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，在弹簧(或橡皮绳)的自由端连接有物体时其弹力的大小不能突变，往往可以看成是不变的。
2．解决此类问题的基本思路(1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况，求出各力大小(若物体处于平衡状态，则利用平衡条件；若处于加速状态，则利用牛顿运动定律)。(2)分析当状态变化时(烧断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等)，哪些力变化，哪些力不变，哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力，发生在被撤去物体接触面上的弹力都立即消失)。(3)求物体在状态变化后所受的合外力，利用牛顿第二定律，求出瞬时加速度。
　　　　　(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答案：解析：撤去挡板前，对整体分析，挡板对B球的弹力大小为2mgsin θ，因弹簧弹力不能突变，而杆的弹力会突变，所以撤去挡板瞬间，图甲中A球所受合力不变仍为零，加速度为零，B球所受合力为2mgsin θ，加速度为2gsin θ；图乙中杆的弹力突变为零，A、B球所受合力均为mgsin θ，加速度均为gsin θ，选项A、B、C正确，D错误。
规律总结分析瞬时加速度问题的方法和思路(1)加速度和力具有瞬时对应关系，分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻物体的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。(2)分析瞬时变化问题的一般思路①分析瞬时变化前物体的受力情况，求出每个力的大小。②分析瞬时变化后每个力的变化情况。③由每个力的变化确定变化后瞬间的合力，由牛顿第二定律求瞬时加速度。
2．(多选)如图所示，在动摩擦因数μ＝0.2的水平面上有一个质量m＝1 kg的小球，小球与水平轻弹簧及与竖直方向成θ＝45°角的不可伸长的轻绳一端相连，此时小球处于静止状态，且水平面对小球的弹力恰好为零。
在剪断轻绳的瞬间(g取10 m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)。下列说法中正确的是(　 　)A．弹簧的弹力不变B．小球立即获得向左的加速度，且a＝8 m/s2C．小球立即获得向左的加速度，且a＝10 m/s2D．若剪断的是弹簧，则剪断瞬间小球加速度的大小a＝10 m/s2
　　　　如图所示，AB和CD为两条光滑斜槽，它们各自的两个端点均分别位于半径为R和r的两个相切的竖直圆上，且斜槽都通过切点P。设有一重物先后沿两个斜槽从静止出发，由A滑到B和由C滑到D，所用的时间分别为t1和t2，则t1与t2之比为(　　)A．2∶1　　　　　B．1∶1C．3∶1D．1∶3
1．(2022·广东肇庆高一期末)如图所示，一只空铁箱沿水平面运动，铁箱内一个木块恰好能静止在铁箱内壁上，下列说法正确的是(　　)A．铁箱一定向右做加速运动B．铁箱可能向右做减速运动C．铁箱可能向左做减速运动D．铁箱可能做匀速运动解析：由题意可知，木块相对铁箱静止，木块受竖直向下的重力、竖直向上的静摩擦力、水平向右的支持力，则木块的加速度向右，铁箱可能向右加速或者向左减速运动。故ABD错误，C正确。
2．(2022·重庆南开中学高一期末)如图所示，汽车中一条细线下挂着小球。当汽车做匀变速直线运动时，细线与竖直方向成某一角度θ。若在汽车底板上还有一与汽车相对静止的物体M。则关于汽车的运动情况和物体M的受力情况，下列说法正确的是(　　)A．汽车一定向右做匀加速直线运动B．汽车一定向左做匀加速直线运动C．物体M受重力、支持力和向右的摩擦力作用D．物体M受重力、支持力和向左的摩擦力作用
解析：小球的合力向右，加速度向右，汽车可能向右做匀加速直线运动，也可能向左做匀减速直线运动，AB错；物体的加速度向右，合力向右，物体M受重力、支持力和向右的摩擦力作用，C对D错。
3．(2022·北京朝阳区高一期末)某同学想研究地铁的运动情况，他用细线将一支质量为m的笔悬挂在地铁的扶手上，图中显示某段时间内，细线相对竖直扶手偏东保持倾角为θ。已知此过程中地铁在东西方向水平直轨道上运动。下列说法正确的是(　　)A．地铁一定向西加速运动B．地铁可能向东加速运动C．地铁的加速度大小为gsin θD．这支笔受到的合力大小为mgtan θ
解析：对笔受力分析，只受重力与细线的拉力作用，其合力为F合＝mgtan θ，所以D正确；由牛顿第二定律有mgtan θ＝ma，解得a＝gtan θ，方向指向西，所以C错误；加速度方向指向西，则地铁可能向西做加速运动，或者向东做减速运动，所以AB错误。
4．(2022·福建三明市高一期末)如图，手掌C托着轻弹簧拴接的物体A、B处于静止状态，已知A、B质量分别为m和4m，重力加速度大小为g。若手掌C突然向下离开B，在此瞬间，A、B、C的加速度分别为aA、aB、aC，则(　　)A．aA＝g　　　　B．aB＝gC．aC＝gD．aB＝1.25 g
5．(2022·重庆高一期末)一质量m＝1 kg的物块在水平拉力F＝5 N的作用下在水平面上做匀速直线运动，如图1所示，重力加速度g取10 m/s2，求：(1)物块与水平面间动摩擦因数μ。(2)如果用与水平方向夹角为37°的相同大小的力F拉该物块，使其沿同一水平面做匀加速直线运动，如图2所示，求该物的加速度大小a。(已知sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)