5.3牛顿第二定律课件（共31张PPT）高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册

(共31张PPT)
牛顿第二定律
学习目标
01
理解牛顿第二定律的内容、表达式的确切含义
02
知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的
03
能应用牛顿第二定律解决动力学问题
04
知道国际单位制中与力学有关的基本单位
01
对牛顿第二定律的理解
1.定义：物体加速度的大小与所受合力的大小成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合力方向相同。
2.表达式：①比例式:F=kma,式中F为物体所受的合力,k是比例常数。
②国际单位制中：F=ma。
3.力的单位“牛顿”的含义:使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度所用的力为1 kg·m/s2,即1 N= 1 kg·m/s2。
对牛顿第二定律的理解
4.牛顿第二定律的意义：
①表明了力与加速度总是同时出现,同时消失;力不变则加速度也不变,力随时间改变,加速度也随时间改变。
②提供了获取较大加速度的理论依据。
5.对牛顿第二定律的理解：
牛顿第二定律揭示了加速度与力、质量的关系,指明了加速度大小和方向的决定因素,对于牛顿第二定律应该从以下六个方面进行深刻理解:
对牛顿第二定律的理解
①因果性：只要物体所受合外力不为0(无论合外力多么小),物体就获得加速度,即力是产生加速度的原因
②矢量性：物体加速度a的方向与物体所受合外力F的方向总是相同。
③瞬时性：物体的加速度与物体所受的合外力总是同时存在,同时变化,同时消失。
④同一性：F合、m、a三者应对应同一物体。
⑤独立性：作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度,与物体是否受其他力的作用无关,合外力的加速度为这些加速度的矢量和。
⑥相对性：物体的加速度必须是对静止的或匀速直线运动的参考系而言的。对加速运动的参考系不适用。
对牛顿第二定律的理解
6.合外力、加速度、速度的关系
①力与加速度为因果关系：力是因,加速度是果,只要物体所受的合外力不为零,就会产生加速度。加速度与合外力方向总相同、大小与合外力成正比。
②力与速度无因果关系：合外力与速度方向可以同向,可以反向;合外力与速度方向同向时,物体做加速运动,反向时物体做减速运动。
③两个加速度公式的区别
是加速度的定义式,是比值定义法定义的物理量,a与v、Δv、Δt均无关;
(2)是加速度的决定式,加速度由其受到的合外力和质量决定。
对牛顿第二定律的理解
例题1：下列对牛顿第二定律及表达式的理解,正确的是( )
A.在牛顿第二定律公式中,比例常数k的数值在任何情况下都等于1
B.合力方向、速度方向和加速度方向始终相同
C.由可知,物体受到的合外力与物体的质量成正比,与物体的加速度成反比
D.物体的质量与所受的合外力、运动的加速度无关
对牛顿第二定律的理解
D
针对训练1：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，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成正比
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
对牛顿第二定律的理解
CD
针对训练2：一质点受多个力的作用,处于静止状态。现使其中一个力的大小逐渐减小到零,再沿原方向逐渐恢复到原来的大小。在此过程中,其他力保持不变,则质点的加速度大小a和速度大小v的变化情况是(　　)
A.a和v都始终增大
B.a和v都先增大后减小
C.a先增大后减小,v始终增大
D.a和v都先减小后增大
对牛顿第二定律的理解
C
针对训练3：如图所示,物体在水平拉力F的作用下沿水平地面做匀速直线运动,速度为v。现让拉力F逐渐减小,则物体的加速度和速度的变化情况应是(　　)
A.加速度逐渐变小,速度逐渐变大
B.加速度和速度都在逐渐变小
C.加速度和速度都在逐渐变大
D.加速度逐渐变大,速度逐渐变小
对牛顿第二定律的理解
D
一、国际单位制
1.基本单位
(1)物理公式的功能:物理学的关系式确定了物理量之间的数量关系,同时它还确定了物理量的单位之间的关系。
(2)基本单位:人们选定了九个物理量为基本量,其单位为基本单位。
(3)导出单位:根据物理学关系式由基本量推导出的其他物理量的单位。
力学单位制的应用
2.国际单位制
(1)单位制:由基本单位和导出单位一起组成单位制。
(2)国际单位制:1960年第11届国际计量大会通过了国际单位制,并很快被世界上大多数国家采用。
(3)国际单位制中的力学单位
①基本单位:在力学中,国际单位制中的基本量为长度、质量、时间,相应的基本单位为米、千克、秒。
②常用导出单位:速度、加速度、力的单位分别为m/s、m/s2、N 。
力学单位制的应用
力学单位制的常见用途
1.单位制可以简化计算过程
计算时首先将各物理量的单位统一到国际单位制中,这样就可以省去计算过程中单位的代入,只在数字后面写上相应待求量的单位即可,从而使计算简便。
2.推导物理量的单位
物理公式在确定各物理量的数量关系时,同时也确定了各物理量的单位关系,所以我们可以根据物理公式中物理量间的关系推导出物理量的单位。
力学单位制的应用
3.判断比例系数的单位
根据公式中物理量的单位关系,可判断公式中比例系数有无单位,如公式F=kx中k的单位为N/m,F=μN中μ无单位。
4.单位制可检查物理量关系式的正误
根据物理量的单位,如果发现某公式在单位上有问题,或者所求结果的单位与采用的单位制中该量的单位不一致,那么该公式或计算结果肯定是错误的。
力学单位制的应用
例题2：在解一个文字计算题中，一个同学解的，用单位制的方法检查，这个结果（ ）
A.可能是正确的
B.一定是错误的
C.如果用国际单位制，结果可能正确
D.用国际单位制，结果错误，如果用其他单位制，结果可能正确
力学单位制的应用
B
针对训练4：有几个同学在一次运算中,得出了某物体位移s的大小同其质量m、速度v、作用力F和运动时间t的关系式分别如下,可能正确的是(　　)
A.B.
C.D.
力学单位制的应用
D
针对训练5：一个物体在2N的外力作用下，产生10cm/s2 的加速度，求该物体的质量。下列有几种不同求法，其中单位运用正确、简洁而又规范的是（ ）
A.
B.
C.
D.
力学单位制的应用
D
1.两类基本问题
（1）已知受力情况确定运动情况
（2）已知运动情况确定受力情况
2.求解合外力及加速度的方法
（1）矢量合成法：若物体只受两个力作用时，应用平行四边形定则求这两个力的合力，加速度的方向即是物体所受合力的方向。
（2）正交分解法：当物体受到多个力作用时，常用正交分解法求物体的合外力。
牛顿第二定律的简单应用
例3　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的夹角θ=37°,小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2。
(1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况。
(2)求悬线对小球的拉力大小。
牛顿第二定律的简单应用
解法一　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,所受合外力F沿水平方向,选小球为研究对象,受力分析如图甲所示
由几何关系可得F合=mgtan θ
小球的加速度,方向向右
则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)悬线对小球的拉力大小
牛顿第二定律的简单应用
图甲
解法二　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T正交分解,如图乙所示。
则沿水平方向有Tsin θ=ma
竖直方向有Tcos θ-mg=0
联立解得a=7.5 m/s2,T=12.5 N
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。
牛顿第二定律的简单应用
图乙
针对训练6：如图所示，质量为m＝10 kg的物体在水平面上向左运动，物体与水平面间动摩擦因数为0.2.与此同时物体受到一个水平向右的推力F＝20 N的作用，则物体产生的加速度大小和方向是(g取10 m/s2)(　　)
A．0 B．4 m/s2，水平向右
C．2 m/s2，水平向左 D．2 m/s2，水平向右
牛顿第二定律的简单应用
B
1.两类模型
牛顿第二定律的瞬时性问题
“绳”或“线”类 “弹簧”或“橡皮筋”类
不同 只能承受拉力，不能承受压力 弹簧既能承受拉力，也能承受压力；橡皮筋只能承受拉力，不能承受压力
将绳或线看作理想模型时，无论受力多大（在它的限度内），绳或线的长度都不变，但绳或线的张力可以发生突变 由于弹簧和橡皮筋受力时，其形变较大，恢复形变需要一段时间，所以弹簧和橡皮筋的弹力不可以突变
相同 质量和重力均可以忽略不计，同一跟绳、线、弹簧或橡皮筋两端及中间各点的弹力大小相等
2.基本方法
（1）分析原状态（给定状态）下物体的受力情况，求出各力大小（若物体处于平衡状态，则利用平衡条件;若处于加速状态，则利用牛顿第二运动定律）。
（2）分析当状态变化时（烧断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等），哪些力变化，哪些力不变，那些力消失（烧断细线、剪断弹簧、抽出木板，弹力都是立即消失）
牛顿第二定律的瞬时性问题
例4：如图所示，质量为m的球与弹簧Ⅰ和水平细线Ⅱ相连，Ⅰ、Ⅱ的另一端分别固定于P、Q.球静止时，Ⅰ中拉力大小为T1，Ⅱ中拉力大小为T2.当仅剪断Ⅰ、Ⅱ中的一根的瞬间，球的加速度a应是(　　)
A．若剪断Ⅰ，则，方向竖直向下
B．若剪断Ⅱ，则，方向水平向左
C．若剪断Ⅰ，则，方向沿Ⅰ的延长线
D．若剪断Ⅱ，则，方向竖直向上
牛顿第二定律的简单应用
A
针对训练7：如图所示，A、B为两个相同物块，由轻质弹簧k和细线l相连，悬挂在天花板上处于静止状态，若将l剪断，则在刚剪断时，A、B的加速度大小aA、aB分别为(　　)
A．aA＝0，aB＝0 B．aA＝0，aB＝g
C．aA＝g，aB＝g D．aA＝g，aB＝0
牛顿第二定律的简单应用
C
1．关于牛顿第二定律，以下说法中正确的是(　　)
A．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
B．牛顿第二定律说明了，质量大的物体，其加速度一定小
C．由F＝ma可知，物体所受到的合外力与物体的质量成正比
D．对同一物体而言，物体的加速度与物体所受到的合外力成正比，而且在任何情况下，加速度的方向始终与物体所受的合外力方向一致
随堂练习
D
2.如图所示，有一箱装得很满的土豆，以一定的初速度在动摩擦因数为μ的水平地面上做匀减速运动，不计其他外力及空气阻力，则中间一质量为m的土豆A受到其他土豆对它的作用力大小应是(　　)
A． B．
C． D．
随堂练习
C
3.如图所示，质量为3 kg的物体A静止在竖直的轻弹簧上面，质量为2 kg的物体B用细线悬挂，AB间相互接触但无压力，整个系统处于静止状态，取。某时刻将细线剪断，则剪断细线瞬间( )
A.B的加速度大小为 B.A的加速度大小为 C.B对A的压力大小为0 D.B对A的压力大小为20 N
随堂练习
A
THANK YOU