高中物理-5.3-牛頓第二定律-課件滬科版必修

第3課時(shí)

牛頓第二定律第1頁圖5－3－1我們都知道，正常行駛汽車比人跑得快，飛行飛機(jī)比汽車跑得快．如圖5－3－1所表示，假設(shè)人、汽車和飛機(jī)同時(shí)由靜止開始開啟，那么，在最初階段，誰跑得最快？誰跑得最慢？為何？第2頁課前自主學(xué)習(xí)第3頁1．牛頓第二定律(1)牛頓第二定律內(nèi)容：物體加速度跟受到______成正比，跟物體____成反比，加速度方向與______方向一致．(3)F含義：實(shí)際物體所受外力不止一個(gè)，這時(shí)式中F指物體所受____.知識(shí)梳理makma作用力質(zhì)量作用力協(xié)力第4頁(4)百分比系數(shù)k含義：依據(jù)F＝kma，取不一樣單位，k數(shù)值不一樣，在國際單位制中k＝_.由此可知，在應(yīng)用公式F＝ma進(jìn)行計(jì)算時(shí)，F(xiàn)、m、a單位必須統(tǒng)一為____單位制中對(duì)應(yīng)單位．2．物理量與單位制(1)基本量：反應(yīng)物理學(xué)________物理量．(2)基本單位：所選定______單位叫做基本單位．(3)導(dǎo)出單位：由基本量依據(jù)_________推導(dǎo)出來其它物理量單位叫導(dǎo)出單位．1國際基本問題基本量物理公式第5頁(4)單位制：由________和________一起組成了單位制．(5)力學(xué)中三個(gè)基本物理量是：____、____、____.(6)力學(xué)中三個(gè)基本單位是：____、__、__.(7)國際單位制中七個(gè)基本量是：____、____、____、____、__________、________、_________.它們所對(duì)應(yīng)七個(gè)基本單位是____、__、__、____、______、____、______.基本單位導(dǎo)出單位質(zhì)量時(shí)間長度千克秒米質(zhì)量時(shí)間長度電流熱力學(xué)溫度物質(zhì)量發(fā)光強(qiáng)度千克秒米坎德拉摩爾安培開爾文第6頁思索：1.由牛頓第二定律F＝ma可知，當(dāng)F＝0時(shí)，a＝0，即物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，所以牛頓第一定律是牛頓第二定律特殊形式，這種說法對(duì)嗎？答案：這種說法不對(duì)，因?yàn)榕ｎD第一定律是一個(gè)理想規(guī)律．即物體不受外力時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不能用試驗(yàn)來驗(yàn)證，而牛頓第二定律中，即使F＝0，但該物體畢竟受到外力作用，且可用試驗(yàn)加以證實(shí)．第7頁思索：2.從牛頓第二定律知道，不論怎樣小力都能夠使物體產(chǎn)生加速度．可是我們用力提一個(gè)很重物體時(shí)卻提不動(dòng)它，這跟牛頓第二定律有沒有矛盾？為何？答案：這與牛頓第二定律并不矛盾，提不動(dòng)物體原因是物體所受協(xié)力為零，產(chǎn)生加速度原因是物體所受協(xié)力不為零．第8頁1．關(guān)于牛頓第二定律，以下說法中正確是 (

)A．公式F＝ma中，各量單位能夠任意選取B．某一瞬間加速度只取決于這一瞬間物體所受協(xié)力，而與這之前或之后受力無關(guān)C．公式F＝ma中，a實(shí)際上是作用于物體上每一個(gè)力所產(chǎn)生加速度矢量和D．物體運(yùn)動(dòng)方向一定與它所受協(xié)力方向一致基礎(chǔ)自測第9頁解析：F、m、a必須選取國際單位制中單位，才可寫成F＝ma形式，不然百分比系數(shù)k≠1，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；牛頓第二定律表述是某一時(shí)刻合外力與加速度對(duì)應(yīng)關(guān)系，它既表明F、m、a三者在數(shù)值上對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)也表明合外力方向與加速度方向是一致，即矢量對(duì)應(yīng)關(guān)系，而與速度方向不一定相同，所以選項(xiàng)B正確，D錯(cuò)誤；由力獨(dú)立作用原理，作用在物體上每個(gè)力都將各自產(chǎn)生一個(gè)加速度，與其它力作用無關(guān)，物體加速度是每個(gè)力所產(chǎn)生加速度矢量和，故選項(xiàng)C正確．答案：BC第10頁2．對(duì)靜止在光滑水平面上物體施加一水平拉力F，當(dāng)力剛開始作用瞬間(

)A．物體馬上取得速度B．物體馬上取得加速度C．物體同時(shí)取得速度和加速度D．因?yàn)槲矬w沒有來得及運(yùn)動(dòng)，所以速度和加速度都為零第11頁解析：物體受重力、支持力與水平拉力F三個(gè)力作用，重力和支持力合為零，所以物體所受協(xié)力即水平拉力F.由牛頓第二定律可知，力F作用同時(shí)物體馬上取得了加速度，不過速度還是零，因?yàn)閰f(xié)力F與速度無關(guān)而且速度只能漸變不能突變．所以B正確，A、C、D錯(cuò)誤．答案：B第12頁3．質(zhì)量m＝200g物體，測得它加速度a＝20cm/s2，則關(guān)于它所受協(xié)力大小及單位，以下運(yùn)算既正確又符合普通運(yùn)算要求是(

)A．F＝200×20＝4000NB．F＝0.2×0.2N＝0.04NC．F＝0.2×0.2＝0.04ND．F＝0.2kg×0.2m/s2＝0.4N答案：B第13頁4．關(guān)于力單位“牛頓”，以下說法正確是(

)A．使質(zhì)量是2kg物體產(chǎn)生2m/s2加速度力，叫做1NB．使質(zhì)量是0.5kg物體產(chǎn)生1.5m/s2加速度力，叫做1NC．使質(zhì)量是1kg物體產(chǎn)生1m/s2加速度力，叫做1ND．使質(zhì)量是2kg物體產(chǎn)生1m/s2加速度力，叫做1N解析：使質(zhì)量是1kg物體產(chǎn)生1m/s2加速度力是1N，C正確．答案：C第14頁5．在國際單位制中，以下哪三個(gè)物理量單位為力學(xué)基本單位 (

)A．長度、質(zhì)量和力

B．速度、質(zhì)量和時(shí)間C．長度、重力和時(shí)間

D．長度、質(zhì)量和時(shí)間答案：D第15頁6．如圖5－3－2所表示，質(zhì)量為2kg物體與水平地面之間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.2，拉力F＝10N，方向如圖所表示，θ＝37°，使物體向右勻加速運(yùn)動(dòng)，求其加速度大小．(g取10m/s2)圖5－3－2第16頁解析：由題可知，物體受力如圖所表示，受力情況是：拉力F、摩擦力f、重力mg、地面支持力N，建立正交“坐標(biāo)系”，由牛頓第二定律可得：在x軸方向上：Fcosθ－f＝ma在y軸方向上：N＋Fsinθ－mg＝0由摩擦力公式：f＝μN(yùn)由以上三式，代入θ＝37°，F(xiàn)＝10N，μ＝0.2，m＝2kg，可得：a＝2.6m/s2.答案：2.6m/s2第17頁7．水平面上有一質(zhì)量為1kg木塊，在水平向右、大小為5N力作用下，由靜止開始運(yùn)動(dòng)．若木塊與水平面間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2.(1)畫出木塊受力示意圖；(2)求木塊運(yùn)動(dòng)加速度；(3)求出木塊4s內(nèi)位移．(g取10m/s2)第18頁解析：(1)木塊受力示意圖如右圖所表示(2)依據(jù)題意知F－f＝ma，N＝G，f＝μN(yùn)，a＝3m/s2

答案：(1)如圖所表示(2)3m/s2

(3)24m第19頁課堂互動(dòng)探究第20頁1．定律內(nèi)容：物體加速度跟所受合外力成正比，跟物體質(zhì)量成反比，加速度方向跟合外力方向相同．2．表示式：F＝ma3．適用條件：能夠看成質(zhì)點(diǎn)物體牛頓第二定律第21頁4．力單位力單位牛頓(N)是由牛頓第二定律定義：使質(zhì)量是1kg物體產(chǎn)生1m/s2加速度力，叫做1N．即1N＝1kg·m/s2只有定義了1N＝1kg·m/s2，而且各物理量都采取國際單位制單位時(shí)，牛頓第二定律才有表示式F合＝ma.這是因?yàn)镕合＝kma，若m、a、F各物理量都用國際單位，則有k＝1.第22頁A．物體加速度與物體受到任一個(gè)力成正比，與物體質(zhì)量成反比B．物體加速度與物體受到協(xié)力成正比，與物體質(zhì)量成反比C．物體質(zhì)量與物體受到協(xié)力成正比，與物體加速度成反比D．物體質(zhì)量與物體受到協(xié)力及物體加速度無關(guān)第23頁解析：牛頓第二定律表示式中F指是物體所受協(xié)力，故A錯(cuò)誤；由牛頓第二定律內(nèi)容可判斷出B正確；對(duì)于給定物體，其質(zhì)量是不變，協(xié)力改變時(shí)，物體加速度成正百分比地改變，協(xié)力與加速度比值不變，故C錯(cuò)誤、D正確．答案：BD題后反思：牛頓第二定律是一個(gè)試驗(yàn)定律，其公式也就不能像數(shù)學(xué)公式那樣隨意變換成不一樣表示式都是成立．第24頁以下對(duì)牛頓第二定律表示式F＝ma及其變形公式了解，正確是(

)A．由F＝ma可知，物體所受協(xié)力與物體質(zhì)量成正比，與物體加速度成反比第25頁解析：牛頓第二定律表示式F＝ma表明了各物理量之間數(shù)量關(guān)系，即已知兩個(gè)量，可求第三個(gè)量，但物體質(zhì)量是由物體本身決定，與受力無關(guān)；作用在物體上協(xié)力，是由和它相互作用物體作用產(chǎn)生，與物體質(zhì)量和加速度無關(guān)．故排除A、B，選C、D.答案：CD第26頁牛頓第二定律幾個(gè)特征1．因果性力是產(chǎn)生加速度原因，反之不對(duì)，沒有力也就沒有加速度．2．矢量性公式F＝ma是矢量式，任一時(shí)刻，a方向均與F合方向相同，當(dāng)F合方向改變時(shí)，a方向同時(shí)改變．3．瞬時(shí)性牛頓第二定律表明了物體加速度與物體所受合外力瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，a為某一時(shí)刻加速度，F(xiàn)為該時(shí)刻物體所受合外力．第27頁4．同一性有兩層意思：一是指加速度a相對(duì)同一慣性系(普通指地球)，二是指F＝ma中F、m、a必須對(duì)應(yīng)同一物體或同一個(gè)系統(tǒng)．5．獨(dú)立性作用于物體上每一個(gè)力各自產(chǎn)生加速度都遵從牛頓第二定律，而物體實(shí)際加速度則是每個(gè)力產(chǎn)生加速度矢量和，分力和加速度在各個(gè)方向上分量關(guān)系也遵從牛頓第二定律，即：Fx＝max，F(xiàn)y＝may.6．相對(duì)性物體加速度必須是對(duì)相對(duì)于地球靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)參考系而言．第28頁【例2】在平直軌道上運(yùn)動(dòng)車廂中光滑水平桌面上用彈簧拴著一個(gè)小球，彈簧處于自然長度，如圖5－3－3所表示，當(dāng)旅客看到彈簧長度變長時(shí)，對(duì)火車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖5－3－3判斷中可能是 (

)A．火車向右運(yùn)動(dòng)，速度在增加B．火車向右運(yùn)動(dòng)，速度在減小C．火車向左運(yùn)動(dòng)，速度在增加D．火車向左運(yùn)動(dòng)，速度在減小第29頁解析：取小球?yàn)檠芯繉?duì)象，因?yàn)閺椈勺冮L了，故小球受到向左彈力，即小球受協(xié)力方向向左．因?yàn)榧铀俣扰c協(xié)力方向相同，所以小球加速度方向向左．小球速度有兩種可能：①速度方向向左與加速度方向相同，速度增大，做加速運(yùn)動(dòng)；②速度方向向右與加速度方向相反，速度減小，做減速運(yùn)動(dòng)．答案：BC題后反思：對(duì)彈簧由原長突然被拉伸了，則說明小球合外力發(fā)生改變，力與加速度是同時(shí)產(chǎn)生，而且加速度方向就是合外力方向．第30頁關(guān)于牛頓第二定律，以下說法中正確是 (

)A．加速度和力關(guān)系是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，即a與F是同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)改變，同時(shí)消失B．物體只有受到力作用時(shí)，才有加速度，但不一定有速度C．任何情況下，加速度方向總與合外力方向相同，但與速度方向不一定相同D．當(dāng)物體受到幾個(gè)力作用時(shí)，可把物體加速度看成是各個(gè)力單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生各個(gè)加速度合成答案：ABCD第31頁1．應(yīng)用牛頓第二定律解題步驟(1)明確研究對(duì)象．依據(jù)問題需要和解題方便，選出被研究物體．能夠是一個(gè)整體或進(jìn)行隔離，由詳細(xì)情況而定．(2)進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，畫好受力分析圖，明確物體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過程．(3)選取正方向或建立坐標(biāo)系，通常以加速度方向?yàn)檎较蚧蛞约铀俣确较驗(yàn)槟骋蛔鴺?biāo)軸正方向．利用牛頓第二定律解題普通方法和步驟第32頁(4)求合外力F合．(5)依據(jù)牛頓第二定律F合＝ma列方程求解，必要時(shí)還要對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論．2．利用牛頓第二定律結(jié)協(xié)力正交分解法解題(1)正交分解法是把一個(gè)矢量分解在兩個(gè)相互垂直坐標(biāo)軸上方法，其實(shí)質(zhì)是將復(fù)雜矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為簡單代數(shù)運(yùn)算．第33頁(2)為降低矢量分解，建立坐標(biāo)系時(shí)，確定x軸正方向有兩種方法：①分解力而不分解加速度通常以加速度a方向?yàn)閤軸正方向，把力分解到坐標(biāo)軸上，分別求協(xié)力：Fx＝ma，F(xiàn)y＝0.②分解加速度而不分解力若分解力太多，比較繁鎖，可依據(jù)物體受力情況，使盡可能多力位于兩坐標(biāo)軸上而分解加速度a，得ax和ay，依據(jù)牛頓第二定律得方程組Fx＝max，F(xiàn)y＝may.第34頁【例3】質(zhì)量為m木塊，以一定初速度沿傾角為θ斜面向上滑動(dòng)，斜面靜止不動(dòng)，木塊與斜面間動(dòng)摩因數(shù)為μ，如圖5－3－4所表示，求：(1)木塊向上滑動(dòng)加速度；圖5－3－4(2)若此木塊滑到最大高度后，能沿斜面下滑，下滑時(shí)加速度多大？解析：(1)以木塊為研究對(duì)象，在上滑時(shí)受力如圖右所表示．依據(jù)題意，加速度方向沿斜面向下．將各力沿斜面和垂直斜面方向正交分解．由牛頓第二定律有mgsinθ＋f＝ma，N－mgcosθ＝0，第35頁且f＝μN(yùn).解得a＝g(sinθ＋μcosθ)，方向沿斜面向下．(2)當(dāng)木塊沿斜面下滑時(shí)，木塊受力如右圖所表示，由題意知，木塊加速度方向沿斜面向下．由牛頓第二定律有mgsinθ－f＝ma′，N－mgcosθ＝0，且f＝μN(yùn).解得a′＝g(sinθ－μcosθ)，方向沿斜面向下．答案：(1)g(sinθ＋μcosθ)，方向沿斜面向下(2)g(sinθ－μcosθ)，方向沿斜面向下第36頁題后反思：在牛頓第二定律應(yīng)用中，常采取正交分解法，在受力分析后，建立直角坐標(biāo)系是關(guān)鍵．坐標(biāo)系建立標(biāo)準(zhǔn)上是任意，但經(jīng)常使加速度在某一坐標(biāo)軸上，另一坐標(biāo)軸上協(xié)力為零；或在坐標(biāo)軸上力最多．第37頁解析：對(duì)小球受力分析，因?yàn)樨Q直向上拉力F大于小球重力，故小球沿桿向上運(yùn)動(dòng)．以沿桿向上為x軸正方向，垂直于桿向上為y軸正方向建立平面直角坐標(biāo)系．在x、y方向分別應(yīng)用牛頓第二定律列方程，即可求出小球加速度．第38頁以小球?yàn)檠芯繉?duì)象進(jìn)行受力分析，如圖所表示，建立坐標(biāo)系，依據(jù)牛頓第二定律ΣFx＝max＝Fsinα－mgsinα－f＝ma；ΣFy＝may＝Fcosα－mgcosα－N＝0答案：2.5m/s2第39頁在應(yīng)用牛頓第二定律求解物體瞬時(shí)加速度時(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到輕繩、輕桿、輕彈簧和橡皮繩這些常見力學(xué)模型．全方面準(zhǔn)確地了解它們特點(diǎn)，可幫助我們靈活正確地分析問題．1．這些模型共同點(diǎn)：都是質(zhì)量可忽略理想化模型，都會(huì)發(fā)生形變而產(chǎn)生彈力，同一時(shí)刻內(nèi)部彈力處處相等且與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)．應(yīng)用牛頓第二定律分析瞬時(shí)問題第40頁2．這些模型不一樣點(diǎn)：(1)輕繩：只能產(chǎn)生拉力，且方向一定沿著繩子背離受力物體，不能承受壓力；認(rèn)為繩子不可伸長，即不論繩子所受拉力多大，長度不變(只要不被拉斷)；繩子彈力能夠發(fā)生突變——瞬時(shí)產(chǎn)生，瞬時(shí)改變，瞬時(shí)消失．(2)輕桿：既能承受拉力，又可承受壓力，施力或受力方向不一定沿著桿；認(rèn)為桿既不可伸長，也不可縮短，桿彈力也能夠發(fā)生突變．第41頁(3)輕彈簧：既能承受拉力，也可承受壓力，力方向沿彈簧軸線，受力后發(fā)生較大形變，彈簧長度既可變長，又可變短，遵照胡克定律；因形變量較大，產(chǎn)生形變或使形變消失都有一個(gè)過程，故彈簧彈力不能突變，在極短時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為彈力不變．(4)橡皮條：只能受拉力，不能承受壓力；其長度只能變長，不能變短，一樣遵照胡克定律；因形變量較大，產(chǎn)生形變或使形變消失都有一個(gè)過程，故橡皮條彈力一樣不能突變．第42頁【例4】如圖5－3－5所表示，一根輕彈簧和一根細(xì)線共同拉住一個(gè)質(zhì)量為m小球，平衡時(shí)細(xì)線是水平，彈簧與豎直方向夾角為θ，剪斷細(xì)線瞬間，彈簧拉圖5－3－5力大小是多少？小球加速度大小為多大？方向與豎直方向夾角大小等于多少？第43頁彈簧彈力是彈簧形變而產(chǎn)生，在其它力改變一瞬間，彈簧恢復(fù)形變需要時(shí)間，可認(rèn)為彈簧形變來不及改變而不變，所以，當(dāng)細(xì)線剪斷瞬間，彈簧彈力不變，彈力與重力協(xié)力不變，沿水平方向向右，大小等于原來細(xì)線拉力，由牛頓第二定律有：mgtanθ＝ma，解得a＝gtanθ，與豎直方向夾角為90°.第44頁題后反思：加速度a和合外力F合同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)改變，同時(shí)消失．在研究瞬時(shí)問題時(shí)，關(guān)鍵是搞清瞬時(shí)狀態(tài)出現(xiàn)前后物體受力情況改變，而對(duì)輕質(zhì)彈簧在剪斷細(xì)線前后瞬間，彈簧彈力不發(fā)生突變，所以剪斷后彈簧彈力與剪斷細(xì)線前彈力相同．第45頁小球A、B質(zhì)量都是m，如圖5－3－6所表示，A球上端經(jīng)過輕彈簧固定在天花板上，A、B之間用細(xì)線相連，在豎直方向保持靜止．在剪斷細(xì)線瞬間，A、B加速度各是多少？方向怎樣？圖5-3-6解析：此題是用牛頓第二定律瞬時(shí)性處理一類問題，應(yīng)該分兩步處理：第一，對(duì)A、B球分別進(jìn)行受力分析，如右圖所表示；第二，在剪斷細(xì)線瞬間，第46頁細(xì)線對(duì)球拉力FB馬上消失，而彈簧形變還未來得及改變，對(duì)A球拉力FA仍為2mg，對(duì)A、B答案：aA＝g，方向豎直向上aB＝g，方向豎直向下第47頁1．單位制(1)單位是為了測量、比較量大小而建立．(2)物理公式在確定了物理量數(shù)量關(guān)系同時(shí)，也確定了物理量單位關(guān)系．(3)基本單位和導(dǎo)出單位組成了單位制．2．基本單位(1)物理學(xué)中依據(jù)物理量運(yùn)算中需要而選定少數(shù)幾個(gè)物理量單位叫做基本單位．單位制第48頁(2)國際單位制中基本物理量和基本單位：在力學(xué)中選定長度、質(zhì)量、時(shí)間這三個(gè)物理量單位米(m)、千克(kg)、秒(s)稱為力學(xué)基本單位．在物理學(xué)中共有七個(gè)基本單位，另外四個(gè)是：電流、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)量、發(fā)光強(qiáng)度．這四個(gè)基本物理量單位——安培(A)、開爾文(K)、摩爾(mol)、坎德拉(cd)為基本單位．3．選取基本單位標(biāo)準(zhǔn)基本單位選擇應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：①由最少基本單位來組成最多導(dǎo)出單位．②有很高準(zhǔn)確度，并有長久穩(wěn)定性和重復(fù)性．③相互獨(dú)立．第49頁4．導(dǎo)出單位：依據(jù)物理公式中其它物理量和基本物理量單位，推導(dǎo)出來物理量單位叫導(dǎo)出單位．在力學(xué)中，選定了長度、質(zhì)量和時(shí)間這三個(gè)物理量和單位米(m)、千克(kg)、秒(s)為基本單位后，其它力學(xué)單位都是由這三個(gè)單位結(jié)合物理公式推導(dǎo)出來，都是導(dǎo)出單位．第50頁【例5】在下面物理量和單位中(

)①密度②牛③米/秒④加速度⑤長度⑥質(zhì)量⑦千克⑧時(shí)間A．屬于國際單位制中基本單位是①⑤⑥⑧B．屬于國際單位制中基本