高中物理 第四章 牛顿运动定律 4_3 牛顿第二定律课件 新人教版必修1

第3节牛顿第二定律 一 牛顿第二定律阅读教材第74 75页 牛顿第二定律 部分 知道牛顿第二定律的内容 了解牛顿第二定律表达式的推导过程 1 内容 物体加速度的大小跟它受到的作用力成 跟它的质量成 加速度的方向跟作用力的方向 2 表达式 F k是比例系数 F是物体所受的 正比 反比 相同 kma 合力 思维判断 1 由牛顿第二定律知 合外力大的物体的加速度一定大 2 牛顿第二定律说明了质量大的物体其加速度一定小 3 任何情况下 物体的加速度的方向始终与它所受的合外力方向一致 二 力的单位阅读教材第75 76页 力的单位 部分 知道1N的物理意义 1 国际单位 符号是N 2 1N的物理意义 使质量为1kg的物体产生1m s2的加速度的力 称为1N 即1N 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 牛顿 1kg m s2 ma 思维判断 1 比例式F kma中的k一定为1 2 比例式F kma中的k可以是其他常数 3 在国际单位制中k才等于1 4 两单位N kg和m s2是等价的 预习完成后 请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 要点归纳 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 对牛顿第二定律的理解 2 牛顿第二定律的六个性质 3 两个加速度公式的区别 精典示例 例1 多选 对牛顿第二定律的理解正确的是 A 由F ma可知 F与a成正比 m与a成反比B 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 思路探究 1 合力与加速度的瞬时关系是什么 2 公式F ma可以纯数学理解吗 比如F m F a时吗 答案 1 同时产生 同时变化 同时消失 2 不可以 不对 物理公式具有具体的物理含义 公式F ma中 F指合力 由外界决定 m由物体决定 加速度a由合力F与质量m共同决定 针对训练1 根据牛顿第二定律 下列叙述正确的是 A 物体加速度的大小跟它的质量 受到的合力无关B 物体所受合外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作用力中的任一个的大小成正比D 当物体质量改变但其所受合外力的水平分力不变时 物体水平加速度大小与其质量成反比答案D 要点归纳 1 应用牛顿第二定律解题的步骤 对牛顿第二定律的应用 2 两种求加速度的方法 精典示例 例2 如图1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的夹角 37 小球和车厢相对静止 小球的质量为1kg sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求 1 车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况 2 悬线对小球的拉力大小 思路点拨 1 小球运动的加速度方向是水平向右的 合力与加速度方向相同 也是水平向右的 2 小球受绳的拉力和重力两个力的作用 合力的方向与加速度方向相同 解析法一合成法 1 由于车厢沿水平方向运动 所以小球有水平方向的加速度 所受合力F沿水平方向 选小球为研究对象 受力分析如图所示 由几何关系可得F mgtan 法二正交分解法以水平向右为x轴正方向建立坐标系 并将悬线对小球的拉力FT正交分解 如图所示 则沿水平方向有FTsin ma竖直方向有FTcos mg 0联立解得a 7 5m s2 FT 12 5N且加速度方向向右 故车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 答案 1 7 5m s2方向向右车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 2 12 5N 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 或在坐标轴上的力最多 针对训练2 自制一个加速度计 其构造是 一根轻杆 下端固定一个小球 上端装在水平轴O上 杆可在竖直平面内左右摆动 用白硬纸作为表面 放在杆摆动的平面上 并刻上刻度 可以直接读出加速度的大小和方向 使用时 加速度计右端朝汽车前进的方向 如图2所示 g取9 8m s2 1 硬纸上刻度线b在经过O点的竖直线上 则在b处应标的加速度数值是多少 2 刻度线c和O点的连线与Ob的夹角为30 则c处应标的加速度数值是多少 3 刻度线d和O点的连线与Ob的夹角为45 在汽车前进时 若轻杆稳定地指在d处 则0 5s内汽车速度变化了多少 解析 1 当轻杆与Ob重合时 小球所受合力为0 其加速度为0 车的加速度亦为0 故b处应标的加速度数值为0 法二正交分解法建立直角坐标系 并将轻杆对小球的拉力正交分解 如图所示 则沿水平方向有 Fsin ma 竖直方向有 Fcos mg 0联立以上两式可解得小球的加速度a 5 66m s2 方向水平向右 即c处应标的加速度数值为5 66m s2 3 若轻杆与Od重合 同理可得mgtan45 ma2 解得a2 gtan45 9 8m s2 方向水平向左 与速度方向相反所以在0 5s内汽车速度应减少 减少量 v a2 t 9 8 0 5m s 4 9m s 答案 1 0 2 5 66m s2 3 减少了4 9m s 要点归纳 两种模型的特点 1 刚性绳 或接触面 模型 这种不发生明显形变就能产生弹力的物体 剪断 或脱离 后 形变恢复几乎不需要时间 故认为弹力立即改变或消失 2 弹簧 或橡皮绳 模型 此种物体的特点是形变量大 形变恢复需要较长时间 在瞬时问题中 其弹力的大小往往可以看成是不变的 瞬时加速度问题 精典示例 例3 如图3所示 一质量为m的物体系于长度分别为L1 L2的两根细线上 L1的一端悬挂在天花板上 与竖直方向夹角为 L2水平拉直 物体处于平衡状态 现将线L2剪断 求剪断L2的瞬间物体的加速度 思路点拨解答本题应明确以下三点 1 L2的弹力突变为零 2 L1的弹力发生突变 3 小球的加速度方向垂直于L1斜向下 牛顿第二定律是力的瞬时作用规律 加速度和力同时产生 同时变化 同时消失 分析物体在某一时刻的瞬时加速度