人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律示范课课件ppt

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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(1)表达式：F＝_________，式中k是比例系数，F指的是物体所受的________．(2)国际单位制中：F＝__________．
根据牛顿第二定律，下列叙述正确的是(　　)A．物体加速度的方向可能跟它所受合力的方向相反B．物体所受合力必须达到一定值时，才能使物体产生加速度C．物体加速度的大小跟它所受的任一个力的大小都成正比D．当物体的质量改变时，若所受合力的水平分力不变，则物体水平加速度大小与其质量成反比【答案】D
【解析】根据牛顿第二定律，物体加速度的方向跟它所受合力的方向相同，故A错误；物体所受合力不为零就一定产生加速度，故B错误；物体实际加速度的大小与它所受的所有力的合力成正比，故C错误；采用正交分解法可知，当物体的质量改变时，若所受合力的水平分力不变，则物体水平加速度大小与其质量成反比，故D正确．
力的单位1．比例系数k的意义(1)在F＝kma中，k的选取有一定的________．(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＝_____________．
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如图所示，小明通过绳子用力拉地面上的箱子，但箱子没动，请根据情境动脑筋思考问题．
问题(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？
【答案】(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，但由于地面作用力的共同作用下，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．
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，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
4．力与运动的关系素养点评：本探究通过牛顿第二定律的理解，培养物理观念、科学思维素养．
对牛顿第二定律内容的理解精例1　(多选)下列对牛顿第二定律的表达式F＝ma及其变形公式的理解，正确的是(　　)A．由F＝ma可知，物体所受的合外力与物体的质量和加速度成正比
【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．作用在物体上的合外力，可由物体的质量和加速度计算，但并不由它们决定，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，B错误．由牛顿第二定律知加速度与合外力成正比，与质量成反比，m可由其他两个量求得，故C、D正确．
变式1　(多选)关于牛顿第二定律，下列说法中正确的有(　　)A．公式F＝ma中，各量的单位可以任意选取B．某一瞬间的加速度只决定于这一瞬间物体所受合外力，而与这之前或之后的受力无关C．公式F＝ma中，F表示物体所受合力，a实际上是作用于该物体上每一个力所产生的加速度的矢量和D．物体的运动方向一定与它所受合外力方向一致【答案】BC
【解析】F、m和a必须选取统一的国际单位，才可写成F＝ma的形式，否则比例系数k≠1，所以A错误；牛顿第二定律表述的是某一时刻合外力与加速度的对应关系，它既表明F、m和a三者数值上的对应关系，同时也表明合外力的方向与加速度的方向是一致的，即矢量对应关系，而与速度方向不一定相同，所以B正确，D错误；由力的独立作用原理知，作用在物体上的每个力都将各自产生一个加速度，与其他力的作用无关，物体的加速度是每个力所产生的加速度的矢量和，故C正确．
合外力、速度和加速度的关系精例2　如图所示，静止在光滑水平面上的物体A，一端靠着处于自然状态的弹簧．现对物体作用一水平恒力，在弹簧被压缩到最短的这一过程中，物体的速度和加速度变化的情况是(　　)A．速度增大，加速度增大B．速度增大，加速度减小C．速度先增大后减小，加速度先减小后增大D．速度先增大后减小，加速度先增大后减小【答案】C
【解析】力F作用在A上的开始阶段，弹簧弹力kx较小，合力与速度方向同向，物体速度增大，而合力(F－kx)随x增大而减小，加速度也减小，当F＝kx以后，随物体A向左运动，弹力kx大于F，合力方向与速度反向，速度减小，而加速度a随x的增大而增大．综上所述，只有C正确．
变式2　(2021届云南名校期中)歼－20是我国适应未来战场需要、自主研发的首型第四代超音速隐身战斗机．如图所示，歼－20在环绕某岛航行维护国家主权任务时，正沿虚线朝斜向下方做匀加速直线运动，用G表示歼－20受到的重力，F表示空气对它的作用力，下列四幅图中能正确表示此过程中歼－20受力情况的是(　　)
【答案】B【解析】飞机斜向下做匀加速运动，则合力方向斜向下，因重力竖直向下，可知F的方向斜向右上方．故B正确．
【解析】由图可知在0～t1斜率一直减小，即加速度一直减小，根据牛顿第二定律可知F－f＝ma，摩擦力f保持不变，则外力F一直减小，故A错误．t1时刻加速度为零，合外力为零，则F＝f，外力F不为零，故B错误．在t1～t2秒内，物体做加速度增大的减速运动，摩擦力f保持不变，若 F与速度同向，有f－F＝ma，得 F减小；若 F与速度反向有f＋F＝ma，得 F增大，故C、D正确．
关于对牛顿第二定律理解的三大误区误认为先有力，后有加速度,物体的加速度和合外力是同时产生的，不分先后误认为质量与力成正比，与加速度成反比,物体的质量m是由自身决定的，与物体所受的合外力和运动的加速度无关误认为作用力与m和a都成正比,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
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．如图所示．
问题(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？【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，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一般步骤
素养点评：本探究通过第二定律的应用，培养物理观念、科学思维素养．
应用牛顿第二定律解题精例3　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°角．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．【答案】(1)7.5 m/s2，方向水平向右　(2)12.5 N
方法二：正交分解法．(1)(2)建立直角坐标系，并将悬线对小球的拉力正交分解，如图所示．沿水平方向有Fsin θ＝ma沿竖直方向有Fcs 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．
变式3　(2020届辽宁名校月考)如图，将质量m＝0.1 kg的圆环套在固定的水平直杆上，环的直径略大于杆的截面直径．环与杆间动摩擦因数μ＝0.8.对环施加一位于竖直平面内斜向上，与杆夹角θ＝53°的拉力F，使圆环以0.44 N的合力沿杆运动，求F的大小为多少？(取sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6，g＝10 m/s2)【答案】1 N或9 N
【解析】若Fsin 53°＝mg可得F＝1.25 N．情况一：当F<1.25 N时，杆对环的弹力向上由合力计算Fcs θ－μFN＝F合FN＋Fsin θ＝mg解得F＝1 N．
情况二：当F>1.25 N时，杆对环的弹力向下由合力计算Fcs θ－μFN＝F合Fsin θ＝mg＋FN解得F＝9 N．
瞬时加速度的求解精例4　如图所示，物块1、2间用刚性轻质杆连接，物块3、4间用轻质弹簧相连，物块1、3质量为m,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，设抽出后的瞬间，物块1、2、3、4的加速度大小分别为a1、a2、a3、a4.重力加速度大小为g，则有(　　)
变式4　如图所示，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两球用轻质杆相连，系统静止时，挡板C与斜面垂直，轻弹簧、轻杆均与斜面平行，则在突然撤去挡板的瞬间有(　　)
A．两图中两球加速度均为gsin θB．两图中A球的加速度均为0C．图乙中轻杆的作用力一定不为0D．图甲中B球的加速度是图乙中B球的加速度的2倍【答案】D
【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，故D正确，A、B、C错误．
加速度计由检测质量(也称敏感质量)、支承、电位器、弹簧、阻尼器和壳体组成．检测质量受支承的约束只能沿一条轴线移动，这个轴常称为输入轴或敏感轴．当仪表壳体随着运载体沿敏感轴方向做加速运动时，根据牛顿定律，具有一定惯性的检测质量力图保持其原来的运动状态不变．它与壳体之间将产生相对运动，使弹簧变形，于是检测质量在弹簧力的作用下随之加速运动．当弹簧力与检测质量加速运动时产生的惯性相平衡时，检测质量与壳体之间便不再有相对运动，这时弹簧的变形反映被测加速度的大小．
【考题延伸】惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计，加速度计构造原理如图所示．沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连，滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点距离为s，则这段时间内导弹的加速度(　　)
素养点评：培养学生正确的物理观念的素养，如：力是改变物体运动状态的原因等．
课堂小练 | 素养达成
1．(多选)对牛顿第二定律的理解正确的是(　　)A．牛顿第二定律说明当物体有加速度时，物体才受到外力的作用B．合力产生的加速度，可认为作用于物体上的每个力所产生的加速度的矢量和C．加速度的方向总跟合外力的方向一致D．当外力停止作用时，加速度随之消失【答案】BCD
【解析】力是产生加速度的原因，A项因果关系颠倒，故A错误；合力产生的加速度与每个分力产生的加速度的合加速度是相同的，只是矢量合成的先后差别，故B正确；a与F的方向时刻都相同，故C正确；加速度与外力是瞬时对应关系，外力停止作用，加速度同时消失，故D正确．
2．(多选)一个质量为2 kg的物体，放在光滑水平面上，受到两个水平方向的大小为5 N和7 N的共点力作用，则物体的加速度可能是(　　)A．1 m/s2B．4 m/s2C．7 m/s2D．10 m/s2【答案】AB【解析】两个水平方向的大小为5 N和7 N的共点力作用，合力的范围为2 N≤F≤12 N，再由牛顿第二定律知加速度的范围为1 m/s2≤a≤6 m/s2，A、B正确．
3．(2021年济南名校月考)如图所示，两完全相同的重锤间用轻弹簧连接，上方重锤与细线相连，细线另一端固定在铁架台上，整个装置处于静止状态．现将上方细线烧断，则在细线烧断后经过极短时间，两重锤所处位置符合实际情况的是(　　)
【解析】本题分解加速度比分解力更简便．对人进行受力分析：重力mg、支持力FN、摩擦为Ff(摩擦力的方向一定与接触面平行，由加速度的方向可推知Ff水平向右)．建立直角坐标系：取水平向右(即F方向)为x轴正方向，此时只需分解加速度，其中ax＝acs 30°，ay＝asin 30°(如图所示)．