高中物理人教版 (新课标)必修1第四章 牛顿运动定律3 牛顿第二定律导学案

4.3 《牛顿第二定律》导学案

【学习目标】

1．掌握牛顿第二定律的文字内容和公式；理解公式中各物理量的意义及相互关系；

2．知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的

3．掌握验证牛顿运动定律的实验

【重点难点】

加速度与力和质量的关系；对牛顿第二定律的理解。

【学法指导】

认真阅读教材，体会牛顿第二定律的内容和含义，体会运用牛顿第二定律解题的步骤。

【知识链接】

1．牛顿第一定律包含了哪些物理含义？

2．匀变速直线运动的基本公式有哪些？[来源:Zxxk.Com]

【学习过程】

生活中不受外力的物体是不存在的，所以牛顿第一定律可推广为：若物体受到的合力为零，物体保持____________或_______________状态。所以力是改变物体运动状态的原因，即力是产生______________的原因。而质量是物体惯性大小的量度，因而加速度跟质量有关。

那么物体运动的加速度跟物体质量及受力之间存在什么样的关系？我们通过实验来探求。

实验演示：处理加速度与力、质量的关系时，我们先控制          不变，探究加速度与力的关系；再控制          不变，探究加速度与质量的关系。这种方法叫控制变量法。

结论：物体的加速度的大小跟           成正比，跟物体的          成反比，加速度的方向跟          方向相同。

一、牛顿第二定律[来源:学.科.网]

1、内容：                                                         。

2、表达式：                  ，其中F指物体受到的          。

牛顿第二定律表明：力是产生加速度的原因，F与a具有瞬时对应关系；F大小变化，a的_________立即变化，F方向变化，a的_________立即变化。a的方向与______的方向相同。

二、2力的单位

阅读教材75页，说明力的单位“牛顿”的来历：

三、定律应用

阅读教材75页，体会例题1和例题2的分析方法。说明用牛顿第二定律求解加速度时，你受到了什么启发？

【例1】质量为5kg的物体，在水平面上受两个共点力的用，F1=9N，F2=6N，则物体产生加速度的最大值可能是　　　　　　　 ，产生加速度最小值可能是　　　　　　　　　　 ，物体的加速度可能是1m/s2吗?答　　　　　　　　 .

【例2】粗糙的水平路面上，质量是30Kg的手推车，在受到60N的水平推力时做加速度为1.5m/s2的匀加速运动。撤去外力后，推车滑行的加速度是多少？

【训练测试】

1．如图所示，马拖着一根质量为m的光滑树干在水平地面上做加速直线运动，加速度为a，已知马对树干的水平拉力大小为F1，树干对马的拉力大小为F2，则由牛顿第二定律可知

(　　)

A．F2＝ma　　　　　   B．F1－F2＝ma

C．F1＋F2＝ma      D．F1＝ma

2．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，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比

B．由m＝可知，物体的质量与其所受合力成正比，与其运动的加速度成反比

C．由a＝可知，物体的加速度与其所受合力成正比，与其质量成反比

D．由m＝可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合力而求出

3．在平直轨道上运动的车厢中的光滑水平桌面上用弹簧拴着一个小球，弹簧处于自然长度，如下图所示，当旅客看到弹簧的长度变长时对火车运动状态的判断可能的是(　　)

A．火车向右方运动，速度在增加中

B．火车向右方运动，速度在减小中

C．火车向左方运动，速度在增加中

D．火车向左方运动，速度在减小中

4．在光滑水平面上，力F1单独作用某物体时产生的加速度为3m/s2，力F2单独作用此物体时产生的加速度为4m/s2，两力同时作用于此物体时产生的加速度不可能为(　　)

A．8m/s2　　　　　　　  B．5m/s2[来源:学科网ZXXK]

C．4m/s2       D．1m/s2

5． 一物体做直线运动的图线如图所示．初速度方向指向正东，则关于该物体运动过程中所受合力的下列说法中正确的是(　　)

A．0－t时间内合力向东，t－2t时间内合力向西

B．0－t时间内合力向西，t－2t时间内合力向东

C．0－t时间内合力减小，t－2t时间内合力增大

D．除t时刻外，合力大小是一定的

6．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，加速度计构造原理的示意图如图所示；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0点距离为s，则这段时间内导弹的加速度(　　)

A．方向向左，大小为ks/m

B．方向向右，大小为ks/m

C．方向向左，大小为2ks/m

D．方向向右，大小为2ks/m

7．一位蹦床运动员仅在竖直方向上运动，弹簧床对运动员的弹力F的大小随时间t的变化规律通过传感器用计算机绘制出来，如图所示．重力加速度g取10m/s2，请结合图象，求运动员在运动过程中的最大加速度是________m/s2.

8．跳伞运动员在下落过程中(如图所示)，假定伞所受空气阻力的大小跟下落速度的平方成正比，即F＝kv2，比例系数k＝20N·s2/m2，跳伞运动员与伞的总质量为72kg，起跳高度足够高，则：

(1)跳伞运动员在空中做什么运动？收尾速度是多大？

(2)当速度达到4m/s时，下落加速度是多大？(g取10m/s2)[来源:学科网]

答案：(1)做加速度越来越小的加速运动；vm＝6m/s

(2)a＝5.6m/s2

【参考答案】

1．答案：D

2．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，但物体的质量是由物体本身决定的，与受力无关；作用在物体上的合力，是由和它相互作用的物体作用产生的，与物体的质量和加速度无关；故排除A、B，选C、D.

3．答案：BC

解析：本题如直接分析火车的运动，将不知从何下手，由于小球随车一起运动，因此取小球作为研究对象．

由于弹簧变长了，故小球受到向左的弹力，即小球受到的合力向左．

因为加速度a与F合同向，故小球的加速度方向向左．

加速度a方向向左，并不能说明速度方向也向左，应有两种可能：

(1)速度v向左时，v增大，做加速运动，C正确；(2)速度v方向向右时，a与v方向相反，速度v减小，做减速运动，B正确．

4．答案：A

5．答案：BD

6．答案：D

解析：取滑块m为研究对象，当指针向左偏时，滑块左侧弹簧被压缩而右侧弹簧被拉伸．两个弹力大小为F左＝F右＝ks，方向均是指向右侧，如右图所示，由牛顿第二定律可得：

a＝＝，方向向右，故只有D选项正确．

7．答案：40[来源:学科网]

解析：由图可知，运动员的重力为mg＝500N

弹簧床对运动员的最大弹力为Fm＝2500N

由牛顿第二定律得Fm－mg＝mam

则运动员的最大加速度为am＝40m/s2

8．解析：(1)以伞和运动员作为研究对象，开始时速度较小，空气阻力F小于重力G，v增大，F随之增大，合力F合减小，做加速度a逐渐减小的加速运动；当v足够大，使F＝G时，F合＝0，a＝0，开始做匀速运动，此时的速度为收尾速度，设为vm.

由F＝kv＝G，得vm＝＝＝6m/s.

(2)当v＝4m/s<vm时，合力F合＝mg－F，F＝kv2，由牛顿第二定律F合＝ma得a＝g－＝10m/s2－m/s2≈5.6m/s2.

【学习反思】

怎样理解牛顿第二定律中的“作用力”指的是物体受到的合力？应用牛顿第二定律求解加速度时应注意什么？