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

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 牛顿第二定律说课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了素养·目标定位，课前·基础认知，课堂·重难突破，模型方法·素养提升，随堂训练，知识概览，解题步骤，答案C，答案D等内容，欢迎下载使用。
一、牛顿第二定律的表达式1.牛顿第二定律:物体加速度的大小跟它受到的作用力成　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　。 2.表达式:F=　kma　,k是比例系数,F是物体所受的 合力 。
微思考1牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例吗?提示:(1)牛顿第一定律并不是牛顿第二定律F=0时的特殊情况,因为牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的运动状态,是一种理想情况,有其自身的物理意义和独立地位,同时还引入了惯性的概念。(2)牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础。牛顿第一定律指出了力和运动的关系——力是改变物体运动状态的原因,从而完善了力的内涵,但没有说明力是怎样改变物体的运动状态的;而牛顿第二定律则进一步定量地给出了决定物体加速度的因素,揭示了力和物体加速度之间的定量关系。
(3)要研究物体在力的作用下做什么运动,必须知道物体在不受力的情况下处于怎样的运动状态,所以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来代替的。
二、力的单位1.国际单位:　牛顿　,符号是N。 2.1 N的物理意义:使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力,称为1 N,即1 N=　1 kg·m/s2　。 3.比例系数k的意义:k的数值由F、m、a三个物理量的单位共同决定,若三量都取国际单位,则k=1,所以牛顿第二定律的表达式可写作F=　ma　。 
微思考2若质量的单位用g、加速度的单位用cm/s2,那么力的单位是N吗?牛顿第二定律表达式F=kma中的系数k还是1吗?提示:不是;不是。只有当质量的单位用kg、加速度的单位用m/s2时,力的单位才是N,此时牛顿第二定律表达式中的系数才是1。
一 对牛顿第二定律的理解
重难归纳1.对表达式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,加速度a指的是合加速度,即物体的加速度;F是某个力时,加速度a是该力产生的加速度。
2.牛顿第二定律的六个性质。
如图所示,小明用力拉地面上的箱子,但箱子没动。(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。
典例剖析(多选)下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形式的理解,正确的是(　　)A.由F=ma可知,物体所受的合力与物体的质量成正比,与物体的加速度成反比
答案: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。作用在物体上的合力,可由物体的质量和加速度计算,并不由它们决定,选项A错误;质量是物体本身的属性,由物体本身决定,与物体是否受力无关,选项B错误;由牛顿第二定律知加速度与合力成正比,与质量成反比,m可由其他两量求得,故选项C、D正确。
(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。
学以致用下面说法正确的是(　　)A.同一物体所受合力越大,加速度越大B.同一物体所受合力越大,速度越大C.物体在力的作用下做匀加速直线运动,当合力逐渐减小时,物体的速度逐渐减小D.物体的加速度大小不变一定受恒力作用答案:A
解析:根据牛顿第二定律,物体受的合力决定了物体的加速度,而加速度大小和速度大小无关,选项A正确,B错误;物体做匀加速运动说明加速度方向与速度方向一致,当合力减小但方向不变时,加速度减小但方向不变,所以物体仍然做加速运动,速度增大,选项C错误;加速度是矢量,其方向与合力方向一致,加速度大小不变,若方向发生变化,合力方向必然变化,选项D错误。
二 合外力、加速度和速度的关系
重难归纳1.合力与加速度的关系。
2.直线运动中加速度与速度的关系。
3.力与运动的关系。物体受力的作用→运动状态变化→速度变化→力与速度成锐(钝)角→v增(减)
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:由牛顿第二定律可得,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。
典例剖析如图所示,物体P以一定的初速度v沿光滑水平面向右运动,与一个右端固定的轻质弹簧相撞,并被弹簧反向弹回。若弹簧在被压缩过程中始终遵守胡克定律,那么在P与弹簧发生相互作用的整个过程中(　　)A.P的加速度大小不断变化,方向也不断变化B.P的加速度大小不断变化,但方向只改变一次C.P的加速度大小不断改变,当加速度数值最大时,速度最小D.有一段过程,P的加速度逐渐增大,速度也逐渐增大答案:C
解析:物体P向右压缩弹簧,P受的合力F=kx,由于x不断增大,则F逐渐增大,方向向左,所以P的加速度大小不断增大,方向向左不变,加速度方向与速度方向相反,物体P做减速运动,当速度最小为零时,压缩量x最大,弹力F最大,加速度a最大。物体P向左弹回过程,x减小,弹力向左减小,加速度向左减小,加速度方向与速度方向相同,速度增大。
特别提醒应用牛顿第二定律分析物体运动状态时的注意事项(1)判断速度的变化:a与v方向相同,v增加;a与v方向相反,v减小。 (2)物体的运动情况由物体的初速度和所受的合力决定。 (3)物体有最大速度的条件:加速运动到加速度等于零。
学以致用如图所示,一根轻质弹簧竖直立在水平地面上,下端固定。一小球从高处自由落下,落到弹簧上端,将弹簧压缩至最低点。小球从开始压缩弹簧至最低点的过程中,小球的加速度和速度的变化情况是(　　)A.加速度先变大后变小,速度先变大后变小B.加速度先变大后变小,速度先变小后变大C.加速度先变小后变大,速度先变大后变小D.加速度先变小后变大,速度先变小后变大答案:C
解析:小球在压缩弹簧的过程中,弹簧对小球的弹力逐渐变大,小球所受的合力先变小后变大,由牛顿第二定律可知,小球的加速度先变小后变大,速度先变大后变小,选项C正确。
三 牛顿第二定律的应用
重难归纳1.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,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。
交通安全法规定,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。(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?
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可得安全带产生的作用力。(2)汽车启动时,有向前的加速度,此时座椅的靠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。
典例剖析如图所示,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。(2)求悬线对小球的拉力大小。
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(2)12.5 N
解法二: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,FTx=ma;y方向,FTy-mg=0即FTsin 37°=ma;FTcs 37°-mg=0解得a=7.5 m/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)由(1)中所列方程解得悬线对小球的拉力大小为FT=12.5 N。
规律总结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。坐标系的建立原则上是任意的,但常常使加速度在某一坐标轴上,另一坐标轴上的合力为零。
学以致用如图所示,某一缆车沿着坡度为30°的山坡以加速度a上行,在缆车中放一个与山坡表面平行的斜面,斜面上放一个质量为m的小物块,小物块相对斜面静止(设缆车保持竖直状态不摇摆)。则(　　)A.小物块受到的摩擦力方向平行斜面向下B.小物块受到的滑动摩擦力大小为ma
瞬时问题的两类模型——模型构建方法归纳加速度与合外力具有瞬时对应关系,二者总是同时产生、同时变化、同时消失,具体可简化为以下两种模型。
如图所示,物块1、2间用刚性轻杆连接,物块3、4间用轻质弹簧相连,物块1、3质量为m,物块2、4质量为m',两个系统均置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。现将两木板沿水平方向突然抽出,抽出后的瞬间,分析各物块所受的力及合外力。
提示:题图甲中抽出木板的瞬间,物块1、2间刚性轻杆的力发生突变,瞬间变为零,木板的弹力消失,两物块所受重力不变,合外力即为重力。题图乙中抽出木板的瞬间,物块3、4间轻质弹簧的形变量不变,弹簧的弹力不变,物块3所受重力和弹簧弹力均不变,合外力仍为零;物块4所受重力不变,弹簧的弹力不变,木板的弹力消失,合外力为重力和弹簧的弹力的合力。
典例剖析如图所示,小球A置于固定在水平面上的光滑半圆柱体上,小球B用水平轻弹簧拉着,弹簧固定在竖直板上。两小球A、B通过光滑滑轮O用轻质细绳相连,两球均处于静止状态。已知B球质量为m,滑轮O在半圆柱体圆心O1的正上方,滑轮O与小球A之间细绳与竖直方向成30°角,长度与半圆柱体半径相等,滑轮O与小球B之间细绳与竖直方向成45°角,现将轻质细绳剪断的瞬间(重力加速度为g),下列说法正确的是(　　)
方法总结1.求解瞬时加速度的一般思路 分析瞬时变化前、后物体的受力情况→根据牛顿第二定律列方程→求瞬时加速度 2.加速度可以随着力的突变而突变,而速度的变化需要一个积累的过程,不会发生突变。
解析:撤去挡板前,A球处于静止,弹簧与轻杆的弹力FT=mgsin θ,挡板对B球的弹力大小为FN=2mgsin θ。因为弹簧弹力不能突变,而杆的弹力会突变,所以撤去挡板瞬间,题图甲中弹簧的弹力不变,A球受的合力为0,B球受的合力为FT+mgsin θ=2mgsin θ,由牛顿第二定律得aA=0,aB=2gsin θ。题图乙中杆的弹力突变为0,A、B两球所受合力均为mgsin θ,aA'=aB'=gsin θ,故选项D正确。
1.物体在与其初速度方向相同的合力作用下运动,取v0方向为正时,合力F随时间t的变化情况如图所示,则在0~t1这段时间内(　　)A.物体的加速度先减小后增大,速度也是先减小后增大B.物体的加速度先增大后减小,速度也是先增大后减小C.物体的加速度先减小后增大,速度一直在增大D.物体的加速度先减小后增大,速度一直在减小答案:C
解析:由题图可知,物体所受合力F随时间t的变化是先减小后增大,根据牛顿第二定律得,物体的加速度先减小后增大;由于合力F方向与速度方向始终相同,所以物体加速度方向与速度方向一直相同,所以速度一直在增大,选项C正确。
2.(多选)力F1单独作用在物体A上时产生的加速度a1大小为5 m/s2,力F2单独作用在物体A上时产生的加速度a2大小为2 m/s2,那么,力F1和F2同时作用在物体A上时产生的加速度a的大小可能是(　　)A.5 m/s2B.2 m/s2C.8 m/s2D.6 m/s2答案:AD解析:设物体A的质量为m,则F1=ma1,F2=ma2,当F1和F2同时作用在物体A上时,合力的大小范围是|F1-F2|≤F≤F1+F2,即|ma1-ma2|≤ma≤ma1+ma2,加速度的大小范围为3 m/s2≤a≤7 m/s2,选项A、D正确。
3.如图所示,质量m=10 kg的物体,在水平地面上向左运动,物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2,与此同时,物体受到一个水平向右的推力F=20 N的作用,则物体的加速度为(g取10 m/s2)(　　)A.0B.4 m/s2,水平向右C.2 m/s2,水平向右D.2 m/s2,水平向左答案:B
解析:物体受到的滑动摩擦力大小Ff=μmg=20 N,方向水平向右,物体受到的合外力F合=F+Ff=40 N,方向水平向右,根据牛顿第二定律有F合=ma,代入数据解得a=4 m/s2,方向水平向右。
4.两个质量均为m的小球用两条轻绳连接,处于平衡状态,如图所示。现突然迅速剪断O点与A球之间的轻绳,让小球下落,在剪断轻绳的瞬间,设小球A、B的加速度分别用a1和a2表示,则(　　)A.a1=g,a2=gB.a1=0,a2=2gC.a1=g,a2=0D.a1=2g,a2=0答案:A解析:由于绳子拉力可以突变,故剪断轻绳后小球A、B只受重力,其加速度a1=a2=g,选项A正确。
答案:(1)5 m/s2　(2)2.5 m/s2