高一物理-牛顿第二定律-(共2课时)市公开课一等奖省赛课获奖

第三节牛顿第二定律第1页知识与技能1．了解牛顿第二定律内容，知道牛顿第二定律表示式确实切含义．2．知道力单位牛顿是怎样定义．3．会用牛顿第二定律公式进行计算．学习目标第2页过程与方法1．尝试用数学表示式表示物理量间关系．2．明确牛顿第二定律表示式导出过程．3．尝试用牛顿第二定律去处理实际问题，从而加深对定律了解．情感、态度与价值观经过教学与探究活动，能够领会自然界奇妙与友好，激发对科学好奇心与求知欲，产生乐于探索自然现象情感．第3页第4页分析刘翔在国际比赛中画面，短跑运动员在起跑时好坏，对于取得好成绩十分关键，所以发令枪响必须奋力蹬地，发挥自己最大致能，以取得最大加速度，在最短时间内到达最大运动速度．本节内容后，我们会知道运动员是怎样取得最大加速度．知识点解析第5页第6页3．牛顿第二定律公式简化形式：F＝ma牛顿第二定律表示式F＝kma中，k数值取决于F、m、a所选取单位．若选择适当单位使k＝1，则可使上式最为简单．假如F、m、a单位均己被确定，则k数值就不能任意选择．现在情况是m，a单位已被确定，在国际单位制中它们单位分别是kg、m/s2，而F单位还未确定．于是依据牛顿第二定律，要求国际单位制中力单位“牛顿”(简称“牛”，符号是N)为：使质量是1kg物体产生1m/s2加速度力为1N，即1N＝1kg·m/s2.从而，k＝1，牛顿第二定律表示式就简化为F＝ma.第7页尤其提醒：对G＝mg了解1．式中m表示物体质量．质量是物体所含物质多少，是物体惯性大小量度；只有大小，没有方向，是标量；其大小由物体本身原因决定，与物体所处位置无关．2．式中G是物体所受重力，也称为物体重量，是因为地球吸引而使物体受到一个力，是重力加速度g产生原因；是矢量，方向总是竖直向下；大小除与物体质量相关外，还与物体所处地理位置相关，质量相同物体在不一样地理位置重量会略有差异．第8页3．式中g开始是以百分比常数身份引入，g＝9.8N/kg，现在我们知道，g就是重力加速度，即使各地值略有差异，如北京地域重力加速度g＝9.801m/s2，广州地域重力加速度g＝9.788m/s2，但差异不大，通常计算中可取g＝9.8m/s2，有时为了计算方便，取g＝10m/s2.4．依据牛顿第二定律，G＝mg可了解为G是使质量为m物体产生重力加速度为g力．第9页4．对牛顿第二定律了解(1)矢量性：牛顿第二定律公式是矢量式，任一瞬间，a方向均与F合方向一致．(2)瞬时性：加速度与合外力是瞬时对应关系，同时产生，同时改变，同时消失．(3)同体性：F合、m及a是对同一物体或同一系统而言．(4)独立性：即力独立作用原理，当物体受多个力作用时，每一个力都产生一个加速度，物体运动加速度为每个力产生加速度矢量和．第10页(5)相对性：物体加速度必须是对静止或匀速直线运动参考系而言．对加速运动参考系不适用．如图所表示，若物体A、B均加速运动，但加速度不一样，求B相对于A加速度时，若以A为参考系，利用牛顿第二定律则是错误，因为A是加速运动．只能是利用牛顿第二定律求B对地加速度aB和A对地加速度aA，然后得到aBA＝aB－aA.第11页第12页1．物体所受合外力方向决定了其加速度方向，合外力与加速度大小关系是F＝ma，只要有合外力，不论速度是大还是小，或是零，都有加速度，只要合外力为零，则加速度为零，与速度大小无关．只有速度改变率才与合外力有必定联络．2．协力与速度同向时，物体做加速运动，反之减速．第13页3．力与运动关系：力是改变物体运动状态原因，即力→加速度→速度改变(运动状态改变)，物体所受到合外力决定了物体加速度大小，而加速度大小决定了单位时间内速度改变量大小，加速度大小与速度大小无必定联络．第14页第15页尤其提醒：物体加速度方向与物体所受合外力是瞬时对应关系，即a与协力F方向总是相同，但速度v方向不一定与合外力方向相同．第16页1．明确研究对象2．进行受力分析和运动状态分析，画出示意图3．求出协力F合4．由F合＝ma列式求解用牛顿第二定律解题，就要对物体进行正确受力分析，求协力．物体加速度既和物体受力相联络，又和物体运动情况相联络，加速度是联络力和运动纽带．故用牛顿第二定律解题，离不开对物体受力情况和运动情况分析．第17页正交分解法是把一个矢量分解在两个相互垂直坐标轴上方法，是一个惯用矢量运算方法．其实质是将复杂矢量运算转化为简单代数运算，从而简捷方便地解题，是解牛顿第二定律问题基本方法．物体在受到三个或三个以上力作用时普通都用正交分解法．第18页第19页第20页第21页尤其提醒：正交分解建立坐标系标准：1．普通情况：以加速度方向为一个坐标抽正方向，垂直于加速度方向为另一坐标轴方向．2．特珠情况：全部力都在两个相互垂直方向上，而加速度不在这两个方向上，建立坐标系时应使各个力都在坐标轴上，即分解加速度而不分解力．第22页在应用牛顿第二定律求解物体瞬时加速度时，经常会碰到轻绳、轻杆、轻弹簧和橡皮绳这些常见力学模型．全方面准确地了解它们特点，可帮助我们灵活正确地分析问题．这些模型共同点是：都是质量可忽略理想化模型，都会发生形变而产生弹力，同一时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关．这些模型不一样点是：第23页1．轻绳：只能产生拉力，且方向一定沿着绳子背离受力物体，不能承受压力；认为绳子不可伸长，即不论绳子所受拉力多大，长度不变(只要不被拉断)；绳子弹力能够发生突变——瞬时产生，瞬时改变，瞬时消失．2．轻杆：既能承受拉力，又可承受压力，施力或受力方向不一定沿着杆轴向(只有“二力杆件”才沿杆轴向)；认为杆子既不可伸长，也不可缩短，杆子弹力也能够发生突变．第24页3．轻弹簧：既能承受拉力，又可承受压力，力方向沿弹簧轴线；受力后发生较大形变，弹簧长度既可变长，又可变短，遵照胡克定律；因形变量较大，产生形变或使形变消失都有一个过程，故弹簧弹力不能突变，在极短时间内可认为弹力不变．4．橡皮条：只能受拉力，不能承受压力；其长度只能变长，不能变短，一样遵照胡克定律；因形变量较大，产生形变或使形变消失都有一个过程，故橡皮条弹力一样不能突变．第25页例1如右图所表示，沿水平方向做匀变速直线运动车厢中，悬挂小球悬线偏离竖直方向37°角，球和车厢相对静止，球质量为1kg(g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)经典例题解析题型1合成法与牛顿第二定律结合应用第26页(1)求车厢运动加速度并说明车厢运动情况．(2)求悬线对球拉力．解析：(1)球和车厢相对静止，它们运动情况相同，因为对球受力情况知道较多，故应以球为研究对象，球受两个力作用：重力mg和线拉力F，因为球随车一起沿水平方向做匀变速直线运动，故其加速度沿水平方向，合外力沿水平方向．第27页第28页规律总结：解答本题关键是依据小球加速度方向，判断出物体所受协力方向，然后画出平行四边形，解其中三角形就可求得结果．第29页变式训练1

一物体放置在倾角为θ斜面上，斜面固定于加速上升电梯中，加速度为a，如右图所表示．在物体一直相对于斜面静止条件下，以下说法中正确是(

)第30页A.当θ一定时，a越大，斜面对物体正压力越小B．当θ一定时，a越大，斜面对物体摩擦力越大C．当a一定时，θ越大，斜面对物体正压力越小D．当a一定时，θ越大，斜面对物体摩擦力越小答案：BC第31页解析：对物体受力分析如右图所表示，设物体质量为m，物体含有向上加速度a，所以物体所受支持力FN和摩擦力Ff协力F竖直向上，只有这么，F和重力G协力F合才可能竖直向上．依据牛顿第二定律，有F合＝F－mg＝ma(1)第32页依据力合成有F＝FN/cosθ(2)F＝Ff/sinθ(3)由(1)(2)(3)式得FN＝m(g＋a)cosθ(4)Ff＝m(g＋a)sinθ(5)由(4)(5)式知当θ一定时，a越大，FN越大，A不正确；当θ一定时，a越大，Ff越大，B正确；当a一定时，θ越大，FN越小∴C正确；当a一定时，θ越大，Ff越大，D不正确．第33页第34页第35页第36页规律总结：在利用牛顿运动定律进行正交分解时，有时分解力而不分解加速度(本题也能够采取此法求解)，而有时分解加速度而不分解力．终究是分解力还是分解加速度，要灵活掌握．为了解题方便，总标准是应尽可能降低矢量分解．通常是分解力而不分解加速度，只有在加速度和几个力既不在一条直线上又不垂直时候才分解加速度而不分解力．第37页第38页解析：小球受四个力作用(图中mg、F、FN、F′)，在这四个力中FN和F′是未知，而且加速度方向是沿着斜面，假如沿杆建立坐标系，既能够少分解矢量又能够防止分解未知量，因为题中支持力FN方向未知，可假定与y轴正向相同．据题意，设斜杆对小球支持力方向垂直于斜杆向上，则小球受力如图所表示，据牛顿第二定律，在y轴方向Fcosθ＋FN－mgcosθ＝0第39页第40页例3小球A、B质量分别为m和2m，用轻弹簧相连，然后用细线悬挂而静止，如图所表示，在剪断细线瞬间，A、B加速度各是多少？方向怎样？第41页答案：aA＝3g，方向竖直向下aB＝0分析：这是用牛顿第二定律瞬时性处理一类问题，关键是搞清细线剪断前和剪断后瞬间A、B两球受力情况改变．第42页解析：应该分两步处理．第一，剪断前对A、B球分别进行受力分析，并要明确各力大小，如图所表示；第二，在剪断细线瞬间，细线对A球拉力F2马上消失，而弹簧形变还未来得及改变，弹簧对A、B球弹力也未改变．对A、B两球分别应用牛顿第二定律，求出二者加速度大小和方向分别为：aA＝，方向竖直向下；aB＝0.第43页规律总结：分析物体在某一时刻瞬时加速度，关键是分析这一瞬时受力情况和运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度．这类问题应注意两种基本模型建立：(1)刚性绳(或接触面)：形变不显著，发生形变不需要时间，其弹力随外力改变在瞬间就能发生突变；(2)弹簧(或橡皮绳)：形变较大，发生形变需要一定时间，其弹力在瞬间不能发生突变．第44页变式训练3

如右图所表示，一只轻弹簧和一根细线共同拉住一个质量为m小球，平衡时细线处于水平方向，弹簧与竖直方向夹角为θ.若突然剪断细线，求剪断瞬时，弹簧拉力大小和小球加速度大小和方向．第45页答案：剪断细线之前，小球受力如右图所表示．依据力平衡条件得出F拉＝mgtanθ，剪断细线瞬时，F拉′＝0，小球只受F弹与mg两个力作用，这两个力在剪断前、后均不变，且二者协力与F拉大小相等、方向相反．所以此时F合＝mgtanθ，即小球加速度为a＝gtanθ.第46页解析：牛顿第二定律瞬时性是牛顿第二定律一个主要性质，当合外力发生改变时，其加速度也要对应发生改变．处理这种问题时，我们要想到物体运功实际情境，分析出哪些力发生了改变，哪些力没有发生改变，然后依据F合＝ma计算．第47页例4如图所表示，一个铁球从竖直在地面上轻质弹簧正上方某处自由落下，接触弹簧后将弹簧弹性压缩．从它接触弹簧开始到弹簧压缩到最短过程中，小球速度和受到合外力改变情况是 (

)第48页A．协力变小，速度变小B．协力变小，速度变大C．协力先变小后变大，速度先变小后变大D．协力先变小后变大，速度先变大后变小答案：D第49页分析：抓住合外力改变情况，分析加速度及速度改变情况是分析动态问题根本．第50页解析：铁球接触弹簧前，做自由落体运动，有一向下速度．铁球接触弹簧后，在整个压缩弹簧过程中，仅受重力G和弹簧弹力F作用．开始压缩时，弹簧弹力F小于物体重力G，合外力向下，铁球向下做加速运动．但伴随铁球向下运动，弹簧形变量增大，弹力随之增大，合外力减小，加速度减小，但速度增大．当弹簧弹力增至与重力相等瞬间，协力为零，加速度为零，速度最大．今后，弹簧弹力继续增大，弹力大于重力，协力向上且逐步增大，加速度向上且逐步增大，直至铁球速度逐步减小为零，此时弹簧压缩量最大．第51页规律总结：分析动态问题方法是首先确定合外力改变情况，然后依据牛顿第二定律确定物体加速度情况，进而依据加速度与速度方向关系确定速度改变情况．第52页变式训练4

如右图所表示，轻弹簧一端固定，另一端自由伸长时恰好抵达O点，将质量为m(视为质点)物体P与弹簧连接，并将弹簧压缩到A由静止释放物体后，物体将沿水平面运动．若物体与水平面摩擦力不能忽略，则关于物体运动以下说法中正确是 (

)第53页A．从A到O速度不停增大，从O到B速度不停减小B．从A到O速度先增大后减小，从O到B速度不停减小C．从A到O加速度先减小后增大，从O到B加速度不停增大D．从A到O加速度不停减小，从O到B加速度不停增大答案：BC第54页解析：设物体与水平面动摩擦因数为μ，分析物体受力情况可知从A到O过程中，弹簧对物体弹力kx向右，摩擦力μmg向左，取向右为正方向，由牛顿第二定律可得：kx－μmg＝ma，开始阶段，kx>μmg，物体P向右加速，但a随x减小而减小，当kx＝μmg时，加速度a＝0，今后a随x减小而反向增大，因a与速度反向，物体P速度减小；物体P由O到B过程，弹簧处于伸长状态，弹簧对物体弹力方向向左，摩擦力μmg也向左，取向左为正方向，有：kx＋μmg＝ma，a随x增大而增大，故此过程a与v反向，物体速度不停减小．总而言之只有B、C正确．第55页一、牛顿第二定律1．内容物体加速度大小跟作用力成__________，跟物体质量成__________，加速度方向跟__________方向相同，这就是牛顿第二定律．2．表示式F＝ma式中F指是物体所受__________．课时训练第56页二、力单位当物体质量m＝1kg、在某力作用下它取得加速度a＝__________时，F＝ma＝__________kg·m/s2，我们把这个力叫做“__________”，把__________称做牛顿，用符号__________表示．第57页自主校对：一、1.正比反比作用力2.合外力

二、1m/s2

1一个单位力kg·m/s2

N第58页1．关于牛顿第二定律，以下说法中正确是(

)A．由牛顿第二定律可知，加速度大物体，所受合外力一定大B．牛顿第二定律说明了，质量大物体，其加速度一定就小C．由F＝ma可知，物体所受合外力与物体质量成正比第59页D．对同一物体而言，物体加速度与物体所受合外力成正比，而且在任何情况下，加速度方向，一直与物体所受合外力方向一致答案：D第60页解析：加速度是由合外力和质量共同决定，故加速度大物体，所受合外力不一定大，故A、B错误；物体所受合外力与物体质量无关，故C错误，由牛顿第二定律可知，物体加速度与物体所受合外力成正比，而且加速度方向与合外力方向一致，故D正确．第61页第62页第63页3．如图，位于水平地面上质量为M小木块，在大小为F、方向与水平方向成α角拉力作用下沿地面做加速运动．若木块与地面之间动摩擦因数为μ，则木块加速度为 (

)第64页A．F/MB．Fcosα/MC．(Fcosα－μMg)/MD．[Fcosα－μ(Mg一Fsinα)]/M答案：D第65页分析：能够先求出物体所受合外力，再利用F＝ma求加速度，或者利用正交分解法求加速度．第66页第67页牛顿生平牛顿是英国物理学家、数学家和天文学家，1643年1月4日(儒略历1642年12月25日)诞生于英国林肯郡一个小镇乌尔斯索普一个农民家庭．牛顿出生之前，他父亲就逝世了，从小跟着祖母