4.3牛顿第二定律课件(共20张PPT) 高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

(共20张PPT)
2.3、牛顿第二定律
引入
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？
通过上节的探究实验，你找到了吗？
F
实验总结
小车质量一定
小车拉力一定
　　物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比．
物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比．
加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同．
F=kma
k 为比例系数
实验总结
假如你是科学家，你能否想个办法把k 消掉？
把能够使质量是1 kg的物体产生1 m/s2 的加速度的这么大的力定义为1 N，即 1牛 = 1千克 · 米/秒2
可见，如果都用国际单位制的单位，在上式中就可以使k=1，上式简化成
F ＝ma
牛顿第二定律的数学表达式
F ＝k ma
一、力的单位
内容：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
F合 ＝ ma
合外力
质量
加速度
二、牛顿第二定律
牛顿第二定律的6个性质
F=ma
F′=ma′
以静止的斜面或地面为参考系
同体性：式中合力 F，质量m，加速度 a 对应同一物体。
式独立性：作用在物体上的每一个力都可以产生一个加速度，物体的加速度是所有力产生的加速度的矢量和。
瞬时性：加速度与合力F是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失。
矢量性：加速度与合力的方向相同，表达式是矢量式。
相对性：式子中a和F是相对相同参考系而言。
局限性：只适用于宏观低速的物体；不适用于微观领域，不适用于接近光速的物体。
牛顿第二定律的6个性质
【例1】某伞兵和他携带的武器质量共为 80 kg ，降落伞未张开时，受到的空气阻力为 25 N，求伞兵在这段时间的加速度。
a
F合
由牛顿第二定律 ，
f
G
解：
伞兵所受的合力为:F合= G – f
典型例题
得
1、确定研究对象。
2、分析物体的受力情况和运动情况，画出研究对象的受力分析图。
3、求出合力。
4、选取正方向，根据牛顿运动定律和运动学规律建立方程并求解。
用牛顿第二定律解题的一般步骤
汽车重新加速时的受力情况
某质量为1100kg的汽车在平直路面上试车，当达到100km/h的速度时关闭发动机，经过70s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。
汽车减速时受力情况
G
FN
F阻
F阻
F
FN
G
课本例1：
课本例1：
F阻
v
F阻
F
图(1)减速时
图(2)加速时
解：设汽车运动方向为正方向，关闭发动机后：汽车水平受力如右图(1)，汽车初速： v0=100Km/h=27.8m/s 汽车末速 ： v=0
汽车的加速度
由牛顿第二定律得： 汽车受到的阻力为
负号表示与运动方向相反
重新启动后：汽车水平受力如右图(2)
F合=F－F阻=2000N-437N=1563N
由牛顿第二定律得：汽车的加速度
加速度方向与汽车运动方向相同
课本例1：
负号表示与运动方向相反
解：设汽车运动方向为正方向
关闭发动机后：汽车水平受力如右图(1)
汽车的加速度
由牛顿第二定律得：
重新启动后：汽车水平受力如右图(2)
由牛顿第二定律得：
解得：
加速度方向与汽车运动方向相同
F阻
v
F阻
F
图(1)减速时
图(2)加速时
课本例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确定列车的加速度。在某次测定中，悬线与竖直方向的夹角为θ，求列车的加速度。
mg
T
F合
解：
方法1 利用合成法。
由平行四边形法则可得：
解得小球的加速度
a=gtanθ
由牛顿第二定律得：
课本例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确定列车的加速度。在某次测定中，悬线与竖直方向的夹角为θ，求列车的加速度。
mg
T
解：
方法2正交分解法。
y
x
Fx
Fy
受力分如图，建立正交坐标系，可得：
Mg=T cosθ
F合=T sinsθ
由牛顿第二定律得：
联立解得小球的加速度
a=gtanθ
【例2 】 质量为2. 0 t 的汽车以10 m/s 的速度行驶，在关闭发动机 5 s 内停下来，求汽车所受的阻力。
G
解：受力分析如图示，以汽车运动方向为正方向
根据牛顿第二定律
v
a
F
f
F
N
得
由
解得
典型例题
典型例题
【例3 】一木箱质量为 m，与水平地面间的动摩擦因数为μ，现用斜向右下方与水平方向成θ角的力 F 推木箱，求经过t秒时木箱的速度。
由 v = at 得:
θ
F
G
f
N
解：据牛顿第二定律列方程
竖直方向 N－Fsinθ－mg=0 ①
水平方向 Fcosθ－f=ma ②
又因 f=μN ③
由① ② ③式得
1. 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，我们用力提一个很重的箱子，却提不动它。这跟牛顿第二定律有没有矛盾？应该怎样解释这个现象？
答：没有矛盾。
牛顿第二定律F=ma中的F指的是物体所受的合力，而不是其中的某一个力。
我们用力提一个放在地面上的很重的箱子时，箱子受到的力总共有三个：竖直向下的重力G，手对箱子向上的作用力F1，以及地面向上的支持力F2。
如果F1故箱子的加速度为0.箱子仍然保持静止.
2. 甲、乙两辆小车放在水平桌面上，在相同拉力的作用下，甲车产生的加速度为1.5 m/s2，乙车产生的加速度为 4.5 m/s2，甲车的质量是乙车的几倍？（不考虑阻力）
解：根据牛顿第二定律有
故
对甲：F= m甲 a甲
对乙：F= m乙 a乙
3. 一个物体受到的合力是 4 N 时，产生的加速度为 2 m/s2。若该物体的加速度为 6 m/s2，它受到的合力是多大？
解：根据牛顿第二定律有
F1=ma1 F2=ma2
故
牛顿第二定律