(共47张PPT)
第四章:第3节
牛顿第二定律
高中物理必修第一册课件
目录
CONTENT
高中物理必修第一册课件
第二定律的表达式
力的单位
对定律的理解
巩固提升
新课引入
01.
高中物理必修第一册课件
赛车质量小、动力大,容易在短时间内获得较大的速度,也就是说,赛车的加速度大。物体的加速度a与它所受的作用力F以及自身的质量m之间存在什么样的定量关系呢?
问题与思考
02.
高中物理必修第一册课件
上节课的实验表明,小车的加速度a跟它所受的作用力成正比,与它的质量m成反比。
对于任何物体都是这样的吗
?
实验与猜想
03.
高中物理必修第一册课件
如果我们多做几次实验,每次实验的点都可以拟合成直线,而这些直线与坐标轴的交点又都十分接近原点,如图甲。
图甲
猜想
图乙
实际规律很可能就是这样的。
推断与勇气
04.
高中物理必修第一册课件
到此为止,我们的结论仍然带有猜想和推断的性质。只有根据这些结论推导出的很多新结果都与事实一致时,这样的结论才能成为“定律”。
由此看来,科学前辈们在根据有限的实验事实宣布某个定律时,既需要谨慎,也需要勇气。
加速度a、作用力F、质量m之间存在什么样的定量关系呢?
牛顿第二定律的表达式
第一部分
牛顿第二定律的内容
01.
高中物理必修第一册课件
大量的实验和观察到的事实都可以得出与上节课实验同样的结论,由此可以总结出一般性的规律:
物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律(Newton’s second law)。
高中物理必修第一册课件
m一定:a ∝ F
F ∝ ma
F一定:a ∝
m
1
a∝
m
F
牛顿第二定律不仅阐述了力、质量和加速度三者的数量关系,还明确了加速度和力的方向关系。
k 到底有多大呢?
牛顿第二定律的表达式
02.
k 为比例系数
F =kma
力的单位
第二部分
力的单位
01.
高中物理必修第一册课件
F=kma中k的数值取决于F 、m、a的单位的选取。
当k =1时,质量 m = 1 kg 的物体,在某力作用下获得 a = 1 m/s2 的加速度所需要的力:
F=ma=1 kg×1m/s2= 1 kg·m/s2
把 1 kg·m/s2 叫做“一个单位”的力
力F的单位就是千克米每二次方秒
后人为了纪念牛顿,把它称作“牛顿”,用符号N表示.
高中物理必修第一册课件
使质量是1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N。
1N=1kg·m/s2
F=ma
在质量的单位取千克(kg),加速度的单位取米每二次方秒(m/s2),力的单位取牛顿(N) 时,牛顿第二定律可以表述为:
该表达式在具体的使用中有哪些要注意的呢?
牛顿第二定律的表述
02.
对牛顿第二
定律的理解
第三部分
问题与思考
01.
高中物理必修第一册课件
蚂蚁的困惑:
从牛顿第二定律知道,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度,可是蚂蚁无论怎样用力都推不动一块放在水平地面上的砖头,牛顿第二定律是否错了?
咦, F=ma,
你的加速度去哪了?
亲,这里的F指的是合力
推力F
静摩擦力f
牛顿第二定律的性质
02.
高中物理必修第一册课件
性质 理解
因果性 力是产生加速度的原因,只要物体所受的合力不为0,物体就具有加速度
矢量性 F=ma是一个矢量式。物体的加速度方向由它受的合力方向决定,且总与合力的方向相同
瞬时性 加速度与合外力是瞬时对应关系,同时产生、同时变化、同时消失
同体性 F=ma中F、m、a都是对同一物体而言的
独立性 作用在物体上的每一个力都产生加速度,物体的实际加速度是这些加速度的矢量和
牛顿第一和第二定律的对比
03.
高中物理必修第一册课件
1.牛顿第一定律指出了力是产生加速度的原因,从而完善了力的内涵,同时指出一切物体都有惯性。给人们研究a、F、m的定量关系指明了方向。
2.有了牛顿第二定律,就能更进一步理解:描述物体惯性的物理量是质量的含义,即在确定的作用力下,决定物体运动状态变化难易程度的因素是物体的质量。
3.牛顿第二定律是一个实验定律,定量给出了a、F、m的定量关系。
实例分析
第四部分
教材例题1
01.
高中物理必修第一册课件
【例题1】在平直路面上,质量为1 100kg的汽车在进行研发的测试,当速度达到100km/h时取消动力,经过70s停了下来,汽车受到的阻力是多少?重新起步加速时牵引力为2 000N,产生的加速度是多少?假定试车过程中汽车受到的阻力不变.
汽车重新加速时的受力情况
汽车减速时受力情况
G
FN
F阻
F阻
F
FN
G
高中物理必修第一册课件
由牛顿第二定律得:
【解析】沿汽车运动方向建立坐标轴
第一阶段,汽车受到的阻力做匀变速运动
v0=100 km/h=27.8 m/s ,t=70 s , v=0
F合=F-F阻 =2 000N-437N=1 563N
G
FN
F阻
第二阶段,汽车重新起步加速
F阻
F
FN
G
例题解析
02.
解题总结
03.
高中物理必修第一册课件
大小
方向
与v、 v大小无关
由 v/ t决定
与F合成正比
与m成反比
与 v方向一致
与F合方向一致
高中物理必修第一册课件
【例题2】某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球,在列车以某一加速度渐渐启动的过程中,细线就会偏过一定角度并相对车厢保持静止,通过测定偏角的大小就能测定列车的加速度。在某次测定中,悬线与竖直方向的夹角为 ,求列车的加速度。
mg
FT
F
a
【解析】方法1:矢量合成法
以小球为研究对象,其受力如图.
则F=mgtanθ
由牛顿第二定律得:a=g tan θ 方向水平向右
教材例题2
04.
高中物理必修第一册课件
【解析】方法2:正交分解法
在竖直方向有 FT cos θ = mg (1)
在水平方向有 FT sin θ = ma (2)
小球在水平方向上做匀加速直线运动,在竖直方向上处于平衡状态。
建立直角坐标系。将小球所受的拉力FT分解为水平方向的Fx和竖直方向的Fy。
两式联立,可以求得小球的加速度为: a=g tan θ 方向水平向右
mg
FT
Fx
a
Fy
教材例题2
05.
高中物理必修第一册课件
正交分解法在牛顿第二定律中的应用:
当物体受多个力作用时,常用正交分解法求物体的合外力.通常选取加速方向作为正方向(不分解加速度),将物体所受的其他力正交分解后,列方程Fx=ma,Fy=0.
x
y
F合
G
N
解题总结
06.
解题步骤
07.
高中物理必修第一册课件
2.分析受力情况
画受力分析图
求合
外力
求a
3.运动情况的分析
选择合适的运动学表达式
4.根据牛顿第二定律 F合 =ma 列方程求解
桥梁:
加速度a
1.选择研究对象
科学漫步
08.
高中物理必修第一册课件
在宇宙空间,所有物体处于完全失重的情况。天平、台秤无法使用。通过本节课的学习你知道怎样测宇航员的质量吗?
F=ma,已知力F,并测出加速度a,就可以算出物体的质量m
——动力学方法测质量
太空实验
09.
高中物理必修第一册课件
巩固提升
第五部分
高中物理必修第一册课件
课堂小结
物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律(Newton’s second law)。
F =kma
F =ma
因果性同体性矢量性瞬时性独立性
使质量是1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N。
1N=1kg·m/s2
动力学方法测质量
内容
应用
表达式
高中物理必修第一册课件
练习1
如图,某同学将乒乓球置于球拍中心,并推动乒乓球沿水平直线向前做加速运动,在运动过程中,球与球拍保持相对静止.忽略空气对乒乓球的影响,则( )
A.球拍对乒乓球支持力的方向竖直向上
B.乒乓球所受合外力沿水平方向
C.球拍对乒乓球的作用力为零
D.乒乓球受到的合外力为零
精选练习
【参考答案:B】
高中物理必修第一册课件
练习2
(多选)下列对牛顿第二定律的表达式及其变形公式的理解,正确的是( )
A.由可知,物体所受的合外力与物体的质量和加速度成正比
B.由可知,物体的质量与其所受的合外力成正比,与其运动的加速度成反比
C.由可知,物体的加速度与其所受的合外力成正比,与其质量成反比
D.由可知,物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合外力而求得
精选练习
【参考答案:CD】
高中物理必修第一册课件
练习3
如图,小车向右运动的过程中,车中悬挂的小球A和车水平底板上的物块B都相对车厢静止,悬线与竖直方向的夹角为,已知小球和物块的质量分别为m和M,B与车底板间的动摩擦因数为0.75,若B所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力。g取,,,下述判断中正确的是( )
A.小车一定在向右做匀加速直线运动
B.此时悬线对小球的拉力大小为
C.物块B受到的摩擦力大小为,方向向左
D.要使A、B和车保持相对静止,最大为
精选练习
高中物理必修第一册课件
解析
A.小车向右运动的过程中,小球A和车水平底板上的物块B都相对车厢静止,由A的状态可知,A的合力水平向左,加速度方向水平向左,所以小车向右做匀减速直线运动,故A错误;
B.小球受到重力及绳子拉力的作用,合力水平向左,可得
得绳子的拉力大小为故B错误;
精选练习
高中物理必修第一册课件
解析
CD.小球的加速度大小为
方向水平向左,由于B与小球A、车的加速度相同,则B受到大小恒定方向向左的静摩擦力的作用,大小为,要使A、B和车保持相对静止,则当B受到的摩擦力为最大静摩擦力时,此时θ为最大,则有
可得则,故CD正确。
精选练习
【参考答案:CD】
高中物理必修第一册课件
练习4
(多选)如图所示,固定光滑斜面的倾角为,A、B两球用轻质弹簧相连,两球质量,系统静止时,挡板C与斜面垂直,弹簧中轴线与与斜面平行,则在突然撤去挡板的瞬间( )
A.A球加速度为
B.A球的加速度为0
C.B球加速度为
D.A和B球的加速度相同
精选练习
高中物理必修第一册课件
解析
AB.撤去挡板前后瞬间,弹簧弹力不会发生瞬变,A依旧保持平衡状态,故A的加速度为0,A错误,B正确;
CD.撤去挡板前,A、B两球均静止不动,对A受力分析,可知弹簧弹力
撤去挡板的瞬间对B受力分析,有
解得C正确,D错误;故选BC。
精选练习
【参考答案:BC】
高中物理必修第一册课件
练习5
(多选)如图所示,当小车向右加速运动时,物块M相对于车厢静止于竖直车厢壁上,当车的加速度增大时,则( )
A.物块M对车厢壁的压力增大
B.M受摩擦力增大
C.M受摩擦力不变
D.物块M相对于车厢壁可能上滑
精选练习
高中物理必修第一册课件
解析
以物块为研究对象,分析受力情况如图
重力Mg,车厢的弹力N和静摩擦力f,根据牛顿第二定律得:水平方向
N=Ma竖直方向f=Mg
A.当加速度增大时,N增大,根据牛顿
第三定律得知,物块对车厢壁的压力增大,故A正确;
BC.当加速度增大时,物块受静摩擦力f不变,故B错误,C正确;
D.当加速度增大时,N增大,物块所受的最大静摩擦力增大,故物块相对于车厢仍静止,故D错误。 故选AC。
精选练习
【参考答案:AC】
高中物理必修第一册课件
练习6
精选练习
【参考答案:D】
如图所示,A、B两物体用两根轻质细线分别悬挂在天花板上,两细线与水平方向夹角分别为60°和45°,A、B间拴接的轻弹簧恰好水平,A、B两物体处于静止状态,则( )
A.A、B所受弹簧弹力大小之比为
B.A、B的质量之比为
C.悬挂A、B的细线上拉力大小之比为
D.同时剪断两细线的瞬间,A、B的瞬时加速度大小之比为
高中物理必修第一册课件
练习7
一个物体受到F1=4N的力,产生a1=2m/s2的加速度,要使它产生a2=6m/s2的加速度,需要施加多大的力?
精选练习
【解析】由牛顿第二定律有
另解:由牛顿第二定律有
高中物理必修第一册课件
练习8
如图,一辆装满石块的货车在平直道路上以加速度a向前加速运动。货箱中石块B的质量为m,求石块B周围与它接触的物体对石块B作用力的合力F。
精选练习
高中物理必修第一册课件
解析
精选练习
石块B周围与它接触的物体对石块B作用力F的合力向前方偏上,根据牛顿第二定律和勾股定理得
解得
F的方向与水平方向的夹角为
解得
F的方向向前与水平方向的夹角为,如图所示。
高中物理必修第一册课件
练习9
一个物体质量为m,放在一个倾角为θ的斜面上,物体从斜面顶端由静止开始加速下滑,
(1)若斜面光滑,求物体的加速度;
(2)若斜面粗糙,已知动摩擦因数为μ,求物体的加速度。
精选练习
θ
高中物理必修第一册课件
解析
精选练习
【解析】(1)若斜面光滑,对物体受力分析如图:
θ
mg
FN
θ
F合
a
Ff
F2
F1
θ
根据牛顿第二定律:mgsinθ=ma,得:a=gsinθ
(2)若斜面粗糙,物体受力如图
根据牛顿第二定律:mgsinθ-Ff=ma
Ff=μFN,FN=mgcosθ
联立得:a=gsinθ-μgcosθ
高中物理必修第一册课件
练习10
地面上放一木箱,质量为10kg,用100N的力与水平成37°角推木箱,如图所示,恰好使木箱匀速前进.若用此力与水平成37°角向斜上方拉木箱,木箱的加速度多大?(取g=10m/s2,sin37o=0.6,cos37o=0.8)
精选练习
F
高中物理必修第一册课件
解析
精选练习
37o
G
N
F
F1
F2
f
37o
(1)当F为推力时,受力分析如图
水平方向:
竖直方向:
又:
联立三式可得:
高中物理必修第一册课件
解析
精选练习
(2)当F为拉力时,受力分析如图
N
f
G
F
F1
F2
水平方向:
竖直方向:
又:
得:
37°
THANKS