物理必修 第一册第四章 运动和力的关系3 牛顿第二定律课文内容ppt课件

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一、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____比，跟它的质量成____比，加速度的方向跟作用力的方向______。
2．表达式：F＝_____,式中k是比例系数，F指的是物体所受的______。3．物理意义：牛顿第二定律不仅阐述了力、质量和加速度三者数量间的关系，还明确了加速度的方向与力的方向一致。
二、力的单位1．比例系数k的意义(1)在F＝kma中，k的数值取决于F、m、a的单位的选取。(2)在国际单位制中k＝____，牛顿第二定律的数学表达式为_________，式中F、m、a的单位分别为____、_____、______。
2．国际单位：力的单位是______，简称____，符号____。3．1 N的定义：将使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力规定为1 N，即1 N＝___________。
1．判断下列说法是否正确。(1)由牛顿第二定律知，质量大的物体的加速度一定小。(　　)(2)任何情况下，物体的合力方向一定与它的加速度方向相同。(　　)(3)任何情况下，比例式F＝kma中的k一定为1。(　　)(4)物体由于做加速运动，所以才受合外力的作用。(　　)(5)只要物体受到的合力不为零，物体一定有加速度。(　　)
3．对静止在光滑水平面上的物体施加一水平拉力，当力刚开始作用的瞬间(　　)A．物体立即获得速度B．物体立即获得加速度C．物体同时获得速度和加速度D．由于物体未来得及运动，所以速度和加速度都为零
探究一　对牛顿第二定律的理解1．加速度方向取决于合力方向还是速度方向？
2．你了解赛车吗？如图所示，有一辆方程式赛车，车身结构一般采用碳纤维等材料进行轻量化设计，比一般小汽车的质量小得多，而且还安装了功率很大的发动机,可以在4～5 s的时间内从静止加速到100 km/h。你知道为什么要使赛车具备质量小、功率大两个特点吗？
[要点提示]　1．加速度方向取决于合力的方向。如图所示，光滑水平面上物体受一大小不变、方向向右的力F1的作用，物体的加速度a1方向向右。一段时间后，只改变F1的方向，即改为向左，这时物体速度v的方向向右，但是加速度的方向向左。2．赛车的质量小，赛车的运动状态容易改变；功率大，可以为赛车提供较大的动力。因此，这两大特点可以使赛车提速非常快(加速度大)。
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
3．两个加速度公式的区别(1)a＝ 是加速度的定义式，它给出了测量物体的加速度的方法，这是物理上用比值定义物理量的方法定义的公式。(2)a＝ 是加速度的决定式，它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素。
　 (多选)关于速度、加速度、合力的关系，下列说法正确的是(　　)A．原来静止在光滑水平面上的物体，受到水平推力的瞬间，物体立刻获得加速度B．加速度的方向与合力的方向总是一致的，但与速度的方向可能相同,也可能不同C．在初速度为0的匀加速直线运动中，速度、加速度与合力的方向总是一致的D．合力变小，物体的速度一定变小
[解析]　力和加速度存在瞬时对应关系，则原来静止在光滑水平面上的物体，受到水平推力的瞬间，物体立刻获得加速度，A正确；加速度的方向与合力的方向总是一致的，加速度的方向与速度的方向可能相同，也可能不同，B正确；在初速度为0的匀加速直线运动中，加速度与合力的方向一致，速度与加速度方向一致，C正确；合力变小，加速度变小，若加速度和速度同向,则物体的速度仍然变大，D错误。
[针对训练1]　如图所示，在粗糙的水平桌面上，有一个物体在水平力F作用下向右做匀加速直线运动。现在使力F逐渐减小直至为0，但方向不变，则该物体在向右运动的过程中，加速度 a和速度 v的大小变化为(　　)A．a不断减小，v不断增大B．a不断增大，v不断减小C．a先增大再减小，v先减小再增大D．a先减小再增大，v先增大再减小
解析：物体在竖直方向受到重力和支持力，二力平衡，合力在水平方向上不为0。水平方向物体受到水平力F和滑动摩擦力，摩擦力不变，力F方向不变,在F逐渐减小到等于摩擦力的过程中，合力减小，但合力方向与速度方向一致，速度一直增大，即物体做加速度减小的加速运动；力F从等于摩擦力再减小直至为0过程中，物体的合力又从0开始增大，但合力方向与速度方向相反，物体做减速运动，由牛顿第二定律可知，加速度大小与合力成正比，所以a先减小再增大，v先增大再减小，D正确。
探究二　牛顿第二定律的简单应用1．解题步骤
2．解题方法(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外力，加速度的方向即是物体所受合外力的方向。
(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(如x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。
　 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θ＝37°。小球和车厢相对静止，小球的质量为1 kg(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)。求：(1)车厢运动的加速度；(2)悬线对小球的拉力大小。
[解析]　方法一　合成法
(1)由于车厢沿水平方向运动，且小球和车厢相对静止，所以小球加速度(或合力)的方向水平向右。选小球为研究对象，受力分析如图甲所示，由牛顿第二定律得F合＝mg tan θ＝ma
方法二　正交分解法建立直角坐标系，并将悬线对小球的拉力正交分解，如图乙所示。沿水平方向有F sin θ＝ma沿竖直方向有F cs θ＝mg解以上两式得a＝7.5 m/s2，F＝12.5 N，a的方向水平向右。
[答案]　(1)7.5 m/s2，方向水平向右　(2)12.5 N
[针对训练2]　将质量为0.5 kg的小球，以30 m/s的速度竖直上抛，经过2.5 s小球到达最高点(g取10 m/s2)。(1)求小球在上升过程中受到的空气的平均阻力大小；(2)求小球在最高点时的加速度大小；(3)若空气阻力不变，小球下落时的加速度为多大？
解析：(1)设小球上升时，加速度为a，空气的平均阻力为F则v＝atmg＋F＝ma把v＝30 m/s，t＝2.5 s，m＝0.5 kg代入得F＝1 N。(2)小球到达最高点时，因速度为零，故不受空气阻力，故加速度大小为g，即10 m/s2。(3)当小球下落时，空气阻力的方向与重力方向相反，设加速度为a′，则mg－F＝ma′得a′＝8 m/s2。
答案：(1)1 N　(2)10 m/s2　(3)8 m/s2
1．(对牛顿第二定律的理解)下列关于牛顿第二定律的说法正确的是(　　)A．加速度与合力的关系是瞬时对应关系,即a与F同时产生、同时变化、同时消失B．加速度方向总是与速度方向一致C．同一物体的运动速度变化越大，受到的合外力也越大D．物体的质量与它所受的合外力成正比，与它的加速度成反比
解析：加速度与合力的关系是瞬时对应关系，即a与F同时产生、同时变化、同时消失，故A正确；加速度的方向与合力的方向相同，与速度的方向不一定相同,故B错误；速度变化大，加速度不一定大，则合力不一定大，故C错误；质量是物体的固有属性，不随合力、加速度的变化而变化，故D错误。
2．(牛顿第二定律的应用)小孩从滑梯上滑下的运动可看作匀加速运动，第一次小孩单独从滑梯上滑下，加速度为a1，第二次小孩抱上一只小狗后再从滑梯上滑下(小狗不与滑梯接触)，加速度为a2，则(　　)A．a1＝a2B．a1a2D．无法判断a1与a2的大小
解析：设小孩的质量为m，与滑梯的动摩擦因数为μ，滑梯的倾角为θ，小孩下滑过程中受到重力mg、滑梯的支持力N和滑动摩擦力f，根据牛顿第二定律得：mg sin θ－f＝ma，N＝mg cs θ，又f＝μN，联立得：a＝g(sin θ－μcs θ)，可见，加速度a与小孩的质量无关，则当第二次小孩抱上一只小狗后再从滑梯上滑下时，加速度与第一次相同，即有a1＝a2。
3．(牛顿第二定律的应用)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°斜向上的力F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)。(1)若水平面光滑，求物体加速度的大小。(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，求物体加速度的大小。
解析：(1)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：F cs 37°＝ma1解得a1＝8 m/s2(2)水平面不光滑时，物体的受力情况如图乙所示F cs 37°－Ff＝ma2FN′＋F sin 37°＝mgFf＝μFN′联立解得a2＝6 m/s2。
答案：(1)8 m/s2　(2)6 m/s2
请做：课后达标 限时训练