物理人教版（2019）必修第一册4.3牛顿第二定律（共28张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第一册4.3牛顿第二定律（共28张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 331.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-11-10 19:11:45 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
4.3 牛顿第二定律
第四章 运动和力的关系
1、研究方法：控制变量法
钩码的总重力G当作小车受到的拉力F
从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a
用天平测出小车的质量m
2、实验方案
保持m不变，研究a与F的关系
保持F不变，研究a与m的关系
温故而知新：探究加速度与力、质量的关系
m
F
当F一定时，与m成反比。
当m一定时，与F成正比。
物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
1.内容
k—比例系数
F—质点所受的合力
2.表达式
一.牛顿第二定律
（２）力F单位:国际单位“牛顿”，简称“牛”，符号为N;
思考：k=
（１）比例系数k：F、a、m都用国际制单位，在上式中就可以使k=1，上式简化成
（３）“1N”含义：使质量1kg的物体获得1 m/s2的加速度所需的力，称为1N ；即： 1N=1kg.m/s2 。
例1.『判一判』
(1)由牛顿第二定律可知，加速度大的物体所受的合外力一定大。( )
(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。( )
(4)在国际单位制中，公式F＝kma中，k＝1。( )
(5)两单位N/kg和m/s2是等价的。( )
【变1】如图，某人在粗糙水平地面上用水平力F推一购物车沿直线前进，已知推力大小是80 N，购物车的质量是20 kg，购物车与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，g取10 m/s2，下列说法正确的是( )
A．购物车受到地面的支持力是40 N
B．购物车受到地面的摩擦力大小是40 N
C．购物车将沿地面做匀速直线运动
D．购物车将做加速度为a＝4 m/s2的匀加速直线运动
问题1. F、m、a是对于几个物体而言的
F、m、a 都是对同一个物体而言的，研究对象是统一的。
同体性
二.对牛顿第二定律的理解
问题2. 牛顿第二定律中指出a与F成正比，能否说成F与a成正比，为什么？
力是产生加速度的原因
因果性
问题3. 在 F = ma中，哪些是矢量，哪些是标量？这两个矢量的方向关系是怎么样的？
a与F方向相同
矢量性
例2．(多选)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 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 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
例3．某质量为1000kg的汽车在平直路面上试车,当达108km/h的速度时关闭发动机,经过60s停下来,汽车受到的阻力是多大 重新起步加速时牵引力为2000N,产生的加速度应为多大 假定试车过程中汽车受到的阻力不变.
三.牛顿第二定律的应用
解: 取运动方向为正方向
关闭发动机后，汽车水平受力如图
v0=108km/h=30m/s v=0 t=60s
则汽车的加速度
由牛顿第二定律得汽车受到的阻力为
负号：表示与速度方向相反
FN
G
F阻
重启动后：汽车水平受力如图
F合=F-F阻=（2000N-５００）N=15００N
由 得，汽车加速度为
加速度方向与汽车速度方向相同
F阻
G
FN
F
小结1：应用牛顿第二定律的一般步骤
①确定研究对象。
②进行受力分析和运动情况分析，作出受力和运动的示意图。
③求合力F或加速度a。
④根据F＝ma列方程求解。
例4．如图所示，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37°角，球和车厢相对静止，球的质量为1 kg。(g取10 m/s2，sin 37°≈0.6，cos 37°≈0.8)求：
(1)车厢运动的加速度；
(2)悬线对球的拉力大小。
①合成法
取小球为研究对象
如图所示，
细线拉力大小 F ＝ mg tan θ ，
由牛二定律F=ma得：
弹簧拉力 FT＝ mg /cos θ .
G
FT
G
FT
G
FＴcos θ
FＴ sin θ
②正交分解法
F
FＴcos θ －mg ＝０
ＦＴ sin θ ＝ ma
小球加速度大小为 a ＝＝ g tan θ ，方向为水平向右
弹簧拉力 FT＝ mg /cos θ .
小结2．解题常用方法
(1)合成法：首先确定研究对象，画出受力分析图，当物体只受两个力作用时，将这两个力按照力的平行四边形定则在加速度方向上合成，直接求出合力，再根据牛顿第二定律列式求解。
(2)正交分解法：当物体受多个力作用时，常用正交分解法求物体所受的合力，应用牛顿第二定律求加速度。在实际应用中的受力分解，常将加速度a所在的方向选为x轴，垂直于a方向选为y轴，则有Fy＝0(Fx＝ma)；有时也可分解加速度而不分解力，即Fy＝may(Fx＝max)。
变2.如图所示，质量为4 kg的物体静止于水平面上。现用大小为40 N、与水平方向夹角为37°的斜向上的力拉物体，使物体沿水平面做匀加速运动(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。
(1)若水平面光滑，物体的加速度是多大？
(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，物体的加速度大小是多少？
解(1)水平面光滑时，物体的受力情况如图甲所示
由牛顿第二定律：Fcos 37°＝ma1
解得: a1＝8 m/s2。
(2)水平面不光滑时，物体的受力情况如图乙所示
Fcos 37°－Ff＝ma2
FN′＋Fsin 37°－mg=0
Ff＝μFN′
联立解得 a2＝6 m/s2。
变3．如图所示，一个物体从斜面的顶端由静止开始下滑，斜面倾角θ＝30°，斜面始终静止不动，重力加速度g＝10 m/s2。
(1)若斜面光滑，求物体下滑过程的加速度有多大？
(2)若斜面不光滑，物体与斜面间的动摩擦因数 ，物体下滑过程中的加速度又是多大？
解析：(1)根据牛顿第二定律得：mgsin θ＝ma1
所以a1＝gsin θ＝10× m/s2＝5 m/s2。
(2)物体受重力、支持力和摩擦力，根据牛顿第二定律得
mgsin θ－Ff＝ma2
FN－mgcos θ=0
Ff＝μFN
联立解得：a2＝gsin θ－μgcos θ＝2.5 m/s2。
变4.如图所示，自动扶梯与水平面夹角为θ，上面站着质量为m的人，当自动扶梯以加速度a加速向上运动时，求扶梯对人的弹力F N和扶梯对人的摩擦力Ff，重力加速度为g。
四、应用牛顿第二定律对物体进行动态分析
例5.如图，静止在光滑水平面上的物体A的一端固定着处于自然状态的轻质弹簧。现对物体作用一水平恒力F，在弹簧被压缩到最短这一过程中，物体的速度和加速度变化的情况是( )
A．速度先增大后减小，加速度先增大后减小
B．速度先增大后减小，加速度先减小后增大
C．速度增大，加速度增大
D．速度增大，加速度减小
加速度、速度关系的动态分析确定受力情况（变力与恒力）确定a确定物体运动小结3：应注意的问题：（1）物体所受合力的方向决定a的方向。（2）合力与v同向，物体加速，反之减速。（3）物体的运动情况取决于物体受的力和物体的初始条件动态分析问题是牛顿第二定律的典型应用问题之一，可用动力学知识解决问题。解题思路：变5.如图,水平地面粗糙,轻弹簧左端固定,右端与在O点处的质量为m的小物块(可视为质点)接触但不相连,现向左推小物块将弹簧压缩到A点,然后释放,小物块在弹力和摩擦力的作用下沿直线运动到B点停下。则对物块从A运动到B的过程,下列说法正确的是。( )
A. 物块与弹簧在O点分离
B. 物块与弹簧在AO之间的某点分离
C. 物块从A到O做加速运动，从O到B做减速运动
D. 物块从A到O的过程中，加速度先逐渐减小后反向增大
例6.（多选）“儿童蹦极”中，拴在小朋友腰间左右两侧的是弹性极好的相同的两根橡皮绳，若小朋友从橡皮绳处于最低点位置处(此时橡皮绳伸长量最大)开始由静止上升，直至上升到橡皮绳处于原长处，则下列关于小朋友的运动状态的说法正确的是( )
A．小朋友到达橡皮绳处于原长位置时，其速度为零，同时加速度也为零
B．小朋友的速度最大的时刻就是其加速度等于零的时刻
C．小朋友在橡皮绳处于最低点位置时，加速度不为零
D．小朋友先做变加速运动，加速度越来越小，再做变减速运动，加速度越来越小
蹦极、蹦床模型运动过程的分析
蹦极、蹦床运动模型与小球从某高度处落到弹簧上(如图所示)的过程相近，物体落到弹簧上之后先做加速度减小的加速运动，当a＝0时达到最大速度，随后做加速度增大的减速运动，直到速度减为0。这类模型需要注意的是物体并不是从接触弹簧(或弹性绳绷直)时就开始减速，而是先经过了一个加速度减小的加速过程。
变6.如图，轻弹簧上端固定，下端连接一个可视为质点的小球，系统静止时小球的位置为O1。将小球向下拉到O2位置(在弹性限度内)，从静止释放，小球在O2、O3之间往复运动。则在小球运动的过程中( )
A．经过O1位置时，速度最大
B．经过O1位置时，加速度最大
C．经过O1位置时，弹簧弹力最大
D．经过O3位置时，弹簧弹力方向一定向下
4.3 牛顿第二定律
第四章 运动和力的关系
1、研究方法：控制变量法
钩码的总重力G当作小车受到的拉力F
从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a
用天平测出小车的质量m
2、实验方案
保持m不变，研究a与F的关系
保持F不变，研究a与m的关系
温故而知新：探究加速度与力、质量的关系
m
F
当F一定时，与m成反比。
当m一定时，与F成正比。
物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
1.内容
k—比例系数
F—质点所受的合力
2.表达式
一.牛顿第二定律
（２）力F单位:国际单位“牛顿”，简称“牛”，符号为N;
思考：k=
（１）比例系数k：F、a、m都用国际制单位，在上式中就可以使k=1，上式简化成
（３）“1N”含义：使质量1kg的物体获得1 m/s2的加速度所需的力，称为1N ；即： 1N=1kg.m/s2 。
例1.『判一判』
(1)由牛顿第二定律可知，加速度大的物体所受的合外力一定大。( )
(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。( )
(4)在国际单位制中，公式F＝kma中，k＝1。( )
(5)两单位N/kg和m/s2是等价的。( )
【变1】如图，某人在粗糙水平地面上用水平力F推一购物车沿直线前进，已知推力大小是80 N，购物车的质量是20 kg，购物车与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，g取10 m/s2，下列说法正确的是( )
A．购物车受到地面的支持力是40 N
B．购物车受到地面的摩擦力大小是40 N
C．购物车将沿地面做匀速直线运动
D．购物车将做加速度为a＝4 m/s2的匀加速直线运动
问题1. F、m、a是对于几个物体而言的
F、m、a 都是对同一个物体而言的，研究对象是统一的。
同体性
二.对牛顿第二定律的理解
问题2. 牛顿第二定律中指出a与F成正比，能否说成F与a成正比，为什么？
力是产生加速度的原因
因果性
问题3. 在 F = ma中，哪些是矢量，哪些是标量？这两个矢量的方向关系是怎么样的？
a与F方向相同
矢量性
例2．(多选)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 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 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
例3．某质量为1000kg的汽车在平直路面上试车,当达108km/h的速度时关闭发动机,经过60s停下来,汽车受到的阻力是多大 重新起步加速时牵引力为2000N,产生的加速度应为多大 假定试车过程中汽车受到的阻力不变.
三.牛顿第二定律的应用
解: 取运动方向为正方向
关闭发动机后，汽车水平受力如图
v0=108km/h=30m/s v=0 t=60s
则汽车的加速度
由牛顿第二定律得汽车受到的阻力为
负号：表示与速度方向相反
FN
G
F阻
重启动后：汽车水平受力如图
F合=F-F阻=（2000N-５００）N=15００N
由 得，汽车加速度为
加速度方向与汽车速度方向相同
F阻
G
FN
F
小结1：应用牛顿第二定律的一般步骤
①确定研究对象。
②进行受力分析和运动情况分析，作出受力和运动的示意图。
③求合力F或加速度a。
④根据F＝ma列方程求解。
例4．如图所示，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37°角，球和车厢相对静止，球的质量为1 kg。(g取10 m/s2，sin 37°≈0.6，cos 37°≈0.8)求：
(1)车厢运动的加速度；
(2)悬线对球的拉力大小。
①合成法
取小球为研究对象
如图所示，
细线拉力大小 F ＝ mg tan θ ，
由牛二定律F=ma得：
弹簧拉力 FT＝ mg /cos θ .
G
FT
G
FT
G
FＴcos θ
FＴ sin θ
②正交分解法
F
FＴcos θ －mg ＝０
ＦＴ sin θ ＝ ma
小球加速度大小为 a ＝＝ g tan θ ，方向为水平向右
弹簧拉力 FT＝ mg /cos θ .
小结2．解题常用方法
(1)合成法：首先确定研究对象，画出受力分析图，当物体只受两个力作用时，将这两个力按照力的平行四边形定则在加速度方向上合成，直接求出合力，再根据牛顿第二定律列式求解。
(2)正交分解法：当物体受多个力作用时，常用正交分解法求物体所受的合力，应用牛顿第二定律求加速度。在实际应用中的受力分解，常将加速度a所在的方向选为x轴，垂直于a方向选为y轴，则有Fy＝0(Fx＝ma)；有时也可分解加速度而不分解力，即Fy＝may(Fx＝max)。
变2.如图所示，质量为4 kg的物体静止于水平面上。现用大小为40 N、与水平方向夹角为37°的斜向上的力拉物体，使物体沿水平面做匀加速运动(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。
(1)若水平面光滑，物体的加速度是多大？
(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，物体的加速度大小是多少？
解(1)水平面光滑时，物体的受力情况如图甲所示
由牛顿第二定律：Fcos 37°＝ma1
解得: a1＝8 m/s2。
(2)水平面不光滑时，物体的受力情况如图乙所示
Fcos 37°－Ff＝ma2
FN′＋Fsin 37°－mg=0
Ff＝μFN′
联立解得 a2＝6 m/s2。
变3．如图所示，一个物体从斜面的顶端由静止开始下滑，斜面倾角θ＝30°，斜面始终静止不动，重力加速度g＝10 m/s2。
(1)若斜面光滑，求物体下滑过程的加速度有多大？
(2)若斜面不光滑，物体与斜面间的动摩擦因数 ，物体下滑过程中的加速度又是多大？
解析：(1)根据牛顿第二定律得：mgsin θ＝ma1
所以a1＝gsin θ＝10× m/s2＝5 m/s2。
(2)物体受重力、支持力和摩擦力，根据牛顿第二定律得
mgsin θ－Ff＝ma2
FN－mgcos θ=0
Ff＝μFN
联立解得：a2＝gsin θ－μgcos θ＝2.5 m/s2。
变4.如图所示，自动扶梯与水平面夹角为θ，上面站着质量为m的人，当自动扶梯以加速度a加速向上运动时，求扶梯对人的弹力F N和扶梯对人的摩擦力Ff，重力加速度为g。
四、应用牛顿第二定律对物体进行动态分析
例5.如图，静止在光滑水平面上的物体A的一端固定着处于自然状态的轻质弹簧。现对物体作用一水平恒力F，在弹簧被压缩到最短这一过程中，物体的速度和加速度变化的情况是( )
A．速度先增大后减小，加速度先增大后减小
B．速度先增大后减小，加速度先减小后增大
C．速度增大，加速度增大
D．速度增大，加速度减小
加速度、速度关系的动态分析确定受力情况（变力与恒力）确定a确定物体运动小结3：应注意的问题：（1）物体所受合力的方向决定a的方向。（2）合力与v同向，物体加速，反之减速。（3）物体的运动情况取决于物体受的力和物体的初始条件动态分析问题是牛顿第二定律的典型应用问题之一，可用动力学知识解决问题。解题思路：变5.如图,水平地面粗糙,轻弹簧左端固定,右端与在O点处的质量为m的小物块(可视为质点)接触但不相连,现向左推小物块将弹簧压缩到A点,然后释放,小物块在弹力和摩擦力的作用下沿直线运动到B点停下。则对物块从A运动到B的过程,下列说法正确的是。( )
A. 物块与弹簧在O点分离
B. 物块与弹簧在AO之间的某点分离
C. 物块从A到O做加速运动，从O到B做减速运动
D. 物块从A到O的过程中，加速度先逐渐减小后反向增大
例6.（多选）“儿童蹦极”中，拴在小朋友腰间左右两侧的是弹性极好的相同的两根橡皮绳，若小朋友从橡皮绳处于最低点位置处(此时橡皮绳伸长量最大)开始由静止上升，直至上升到橡皮绳处于原长处，则下列关于小朋友的运动状态的说法正确的是( )
A．小朋友到达橡皮绳处于原长位置时，其速度为零，同时加速度也为零
B．小朋友的速度最大的时刻就是其加速度等于零的时刻
C．小朋友在橡皮绳处于最低点位置时，加速度不为零
D．小朋友先做变加速运动，加速度越来越小，再做变减速运动，加速度越来越小
蹦极、蹦床模型运动过程的分析
蹦极、蹦床运动模型与小球从某高度处落到弹簧上(如图所示)的过程相近，物体落到弹簧上之后先做加速度减小的加速运动，当a＝0时达到最大速度，随后做加速度增大的减速运动，直到速度减为0。这类模型需要注意的是物体并不是从接触弹簧(或弹性绳绷直)时就开始减速，而是先经过了一个加速度减小的加速过程。
变6.如图，轻弹簧上端固定，下端连接一个可视为质点的小球，系统静止时小球的位置为O1。将小球向下拉到O2位置(在弹性限度内)，从静止释放，小球在O2、O3之间往复运动。则在小球运动的过程中( )
A．经过O1位置时，速度最大
B．经过O1位置时，加速度最大
C．经过O1位置时，弹簧弹力最大
D．经过O3位置时，弹簧弹力方向一定向下