4.3 牛顿第二定律 导学案 高中物理人教版（2019）必修第一册
文档属性
| 名称 | 4.3 牛顿第二定律 导学案 高中物理人教版（2019）必修第一册 |  | |
| 格式 | Docx | ||
| 文件大小 | 225.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-08-03 09:05:17 | ||
图片预览
文档简介
4.3牛顿第二定律
【学习目标】
1.了解牛顿第二定律的重要性，理解掌握牛顿第二定律的内容.
2.理解公式中各物理量的意义及相互关系.
3.知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的.
4学会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算.
【学习重难点】
重点
1.对于牛顿第二定律的理解.
2.对于牛顿第二定律的简单应用.
难点
1.牛顿第二定律的瞬时性、矢量性、因果关系.
2.应用牛顿第二定律解决问题.
【预习新知】
（一）牛顿第二定律的表达式
1.内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成___________、跟它的质量成_________，加速度的方向跟作用力的方向___________。
2.表达式F=__________，其中力F为物体受到的______，F的单位用牛顿（N）。
二、力的单位
1.力的国际单位：牛顿，简称__________，符号为_______。
2.“牛顿”的定义：使质量为1kg的物体产生1 m/s2的加速度的力叫做1N，即1N=________。
[问题探究]
一、对牛顿第二定律的理解
[自学指导一]阅读课本的基础上思考下列问题。
（1）从牛顿第二定律可知，无论多么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无矛盾？为什么？
（2）从匀速上升的气球上掉下一个物体（不计空气阻力），物体离开气球的瞬间，物体的加速度和速度情况如何？
[知识深化]
1表达式F=ma的理解
（1）单位统一：表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。
（2）F的含义：F是合力时，加速度a指的是合加速度，即物体的加速度；F是某个力时，加速度a是该力产生的加速度。
2.牛顿第二定律的六个性质
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，m、a都是对同一物体而言的
独立性 作用在物体上的每一一个力都产生加速度，物体的实际加速度是这些加速度的矢量和
相对性 物体的加速度是相对于惯性参考系而言的，即牛顿第二定律只适用于惯性参考系
（二）力的单位
1.力的国际单位
⑥ ，简称牛，符号⑦ 。
2.1 N的定义
使质量为1 kg的物体产生⑧ 的加速度的力的大小叫作1N，即1N=⑨ 。
3.比例系数的意义
（1）在F=kma中，k的选取有一定的任意性，k的数值取决于⑩ 的单位选取。
（2）在国际单位制中k=1，牛顿第二定律的表达式为 ，式中F、m、a的单位分别为 、 、 。
⑥牛顿 ⑦N ⑧1m/s2 ⑨1kg·m/s2
⑩F、m、a F=ma 牛顿 千克 米每二次方秒
【重难探究】
探究点一 理解牛顿第二定律
公式F=ma中，若F是合力，加速度a为物体的实际加速度；若F是某一个力，加速度a为该力产生的加速度.
（2）a=是加速度的决定式，它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素.
（3）F、m、a三个物理量的单位都为国际单位时，才有公式F=kma中k=1,即F=ma.
【例题】[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，与物体的加速度成正比
B.由m=可知，物体的质量与其所受的合力成正比，与其运动的加速度成反比
C.由a=可知，物体的加速度与其所受的合力成正比，与其质量成反比
D.由m=可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力而求出
解析：注意物理公式不同于数学公式，不能单从形式上判断正比和反比关系，还要考虑物理量的物理意义及决定因素等。可以利用物理公式求未知量，如已知F、a，可根据m=求m。
A错：作用在物体上的合力，可由物体的质量和加速度计算，但并不由它们决定。
B错：质量是物体的属性，由物体本身决定，与物体是否受力无关。
C、D对：由牛顿第二定律知，加速度与合力成正比，与质量成反比，m可由其他两个量求得。
答案：CD
探究点二 应用牛顿第二定律解决实际问题
1.利用牛顿第二定律解决两类问题
（1）可由物体所受各力的合力，求出物体的加速度。
（2）可由物体的加速度，求出物体所受各力的合力。
2.应用牛顿第二定律解题的一般步骤
（1）确定研究对象.
（2）进行受力分析和运动状态分析，画出受力分析图，明确运动性质和运动过程.
（3）求出合力或加速度.
（4）根据牛顿第二定律列方程求解.
3.两种根据受力情况求加速度的方法
（1）矢量合成法：若物体只受两个力的作用，应用平行四边形定则求这两个力的合力，再由牛顿第二定律求出物体的加速度的大小及方向.加速度的方向就是物体所受合力的方向.
（2）正交分解法：当物体受多个力作用时，常用正交分解法分别求物体在x轴、y轴上的合力、，再应用牛顿第二定律分别求加速度、。在实际应用中常将受力分解，且将加速度所在的方向选为x轴或y轴，有时也可分解加速度，即，.
探究点三 牛顿第二定律的六大特征
因果性。力是产生加速度的原因，质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的加速度是力这一外因与质量这一内因共同作用的结果。
（2）矢量性。加速度和合力都是矢量，它们的方向始终相同，加速度的方向由合力的方向唯一决定。
瞬时性。物体的加速度跟它所受的合力之间存在着瞬时对应关系，加速度与合力同时产生、变化和消失。
（4）同体性。加速度a、合力F、质量m必须对应同一物体。
（5）独立性。物体受到多个力的作用时，每个力都独立地产生一个加速度，且力和加速度之间仍遵循牛顿第二定律，就好像其他力不存在一样。
（6）局限性。牛顿第二定律只能解决物体的低速运动问题，不能解决物体的高速运动问题，只适用于宏观物体，不适用于微观粒子。
【巩固训练】
1.疫情期间，为了避免人员直接接触，常用无人机运送物品。如图所示，无人机携带质量为1.0kg的医药箱从地面由静止开始竖直向上做匀加速直线运动，2.0s后开始做匀速直线运动，匀速上升一段距离后做匀减速运动，减速4.0s到达用户阳台，恰好悬停。若在匀加速阶段无人机对医药箱的作用力的大小为12N，整个运动过程中医药箱可看成质点，忽略医药箱在运动过程中受到的空气阻力，重力加速度。
（1）求医药箱运动过程中的最大速度；
（2）求匀减速阶段无人机对医药箱的作用力的大小。
参考答案
1.答案：（1）4m/s（2）9N
解析：（1）对医药箱做受力分析有
计算得
医药箱运动过程中的最大速度，即医药箱加速的末速度，根据匀变速直线运动有
（2）医药箱在减速阶段有
解得（方向向下）
根据牛顿第二定律有
解得
【学习目标】
1.了解牛顿第二定律的重要性，理解掌握牛顿第二定律的内容.
2.理解公式中各物理量的意义及相互关系.
3.知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的.
4学会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算.
【学习重难点】
重点
1.对于牛顿第二定律的理解.
2.对于牛顿第二定律的简单应用.
难点
1.牛顿第二定律的瞬时性、矢量性、因果关系.
2.应用牛顿第二定律解决问题.
【预习新知】
（一）牛顿第二定律的表达式
1.内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成___________、跟它的质量成_________，加速度的方向跟作用力的方向___________。
2.表达式F=__________，其中力F为物体受到的______，F的单位用牛顿（N）。
二、力的单位
1.力的国际单位：牛顿，简称__________，符号为_______。
2.“牛顿”的定义：使质量为1kg的物体产生1 m/s2的加速度的力叫做1N，即1N=________。
[问题探究]
一、对牛顿第二定律的理解
[自学指导一]阅读课本的基础上思考下列问题。
（1）从牛顿第二定律可知，无论多么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无矛盾？为什么？
（2）从匀速上升的气球上掉下一个物体（不计空气阻力），物体离开气球的瞬间，物体的加速度和速度情况如何？
[知识深化]
1表达式F=ma的理解
（1）单位统一：表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。
（2）F的含义：F是合力时，加速度a指的是合加速度，即物体的加速度；F是某个力时，加速度a是该力产生的加速度。
2.牛顿第二定律的六个性质
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，m、a都是对同一物体而言的
独立性 作用在物体上的每一一个力都产生加速度，物体的实际加速度是这些加速度的矢量和
相对性 物体的加速度是相对于惯性参考系而言的，即牛顿第二定律只适用于惯性参考系
（二）力的单位
1.力的国际单位
⑥ ，简称牛，符号⑦ 。
2.1 N的定义
使质量为1 kg的物体产生⑧ 的加速度的力的大小叫作1N，即1N=⑨ 。
3.比例系数的意义
（1）在F=kma中，k的选取有一定的任意性，k的数值取决于⑩ 的单位选取。
（2）在国际单位制中k=1，牛顿第二定律的表达式为 ，式中F、m、a的单位分别为 、 、 。
⑥牛顿 ⑦N ⑧1m/s2 ⑨1kg·m/s2
⑩F、m、a F=ma 牛顿 千克 米每二次方秒
【重难探究】
探究点一 理解牛顿第二定律
公式F=ma中，若F是合力，加速度a为物体的实际加速度；若F是某一个力，加速度a为该力产生的加速度.
（2）a=是加速度的决定式，它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素.
（3）F、m、a三个物理量的单位都为国际单位时，才有公式F=kma中k=1,即F=ma.
【例题】[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，与物体的加速度成正比
B.由m=可知，物体的质量与其所受的合力成正比，与其运动的加速度成反比
C.由a=可知，物体的加速度与其所受的合力成正比，与其质量成反比
D.由m=可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力而求出
解析：注意物理公式不同于数学公式，不能单从形式上判断正比和反比关系，还要考虑物理量的物理意义及决定因素等。可以利用物理公式求未知量，如已知F、a，可根据m=求m。
A错：作用在物体上的合力，可由物体的质量和加速度计算，但并不由它们决定。
B错：质量是物体的属性，由物体本身决定，与物体是否受力无关。
C、D对：由牛顿第二定律知，加速度与合力成正比，与质量成反比，m可由其他两个量求得。
答案：CD
探究点二 应用牛顿第二定律解决实际问题
1.利用牛顿第二定律解决两类问题
（1）可由物体所受各力的合力，求出物体的加速度。
（2）可由物体的加速度，求出物体所受各力的合力。
2.应用牛顿第二定律解题的一般步骤
（1）确定研究对象.
（2）进行受力分析和运动状态分析，画出受力分析图，明确运动性质和运动过程.
（3）求出合力或加速度.
（4）根据牛顿第二定律列方程求解.
3.两种根据受力情况求加速度的方法
（1）矢量合成法：若物体只受两个力的作用，应用平行四边形定则求这两个力的合力，再由牛顿第二定律求出物体的加速度的大小及方向.加速度的方向就是物体所受合力的方向.
（2）正交分解法：当物体受多个力作用时，常用正交分解法分别求物体在x轴、y轴上的合力、，再应用牛顿第二定律分别求加速度、。在实际应用中常将受力分解，且将加速度所在的方向选为x轴或y轴，有时也可分解加速度，即，.
探究点三 牛顿第二定律的六大特征
因果性。力是产生加速度的原因，质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的加速度是力这一外因与质量这一内因共同作用的结果。
（2）矢量性。加速度和合力都是矢量，它们的方向始终相同，加速度的方向由合力的方向唯一决定。
瞬时性。物体的加速度跟它所受的合力之间存在着瞬时对应关系，加速度与合力同时产生、变化和消失。
（4）同体性。加速度a、合力F、质量m必须对应同一物体。
（5）独立性。物体受到多个力的作用时，每个力都独立地产生一个加速度，且力和加速度之间仍遵循牛顿第二定律，就好像其他力不存在一样。
（6）局限性。牛顿第二定律只能解决物体的低速运动问题，不能解决物体的高速运动问题，只适用于宏观物体，不适用于微观粒子。
【巩固训练】
1.疫情期间，为了避免人员直接接触，常用无人机运送物品。如图所示，无人机携带质量为1.0kg的医药箱从地面由静止开始竖直向上做匀加速直线运动，2.0s后开始做匀速直线运动，匀速上升一段距离后做匀减速运动，减速4.0s到达用户阳台，恰好悬停。若在匀加速阶段无人机对医药箱的作用力的大小为12N，整个运动过程中医药箱可看成质点，忽略医药箱在运动过程中受到的空气阻力，重力加速度。
（1）求医药箱运动过程中的最大速度；
（2）求匀减速阶段无人机对医药箱的作用力的大小。
参考答案
1.答案：（1）4m/s（2）9N
解析：（1）对医药箱做受力分析有
计算得
医药箱运动过程中的最大速度，即医药箱加速的末速度，根据匀变速直线运动有
（2）医药箱在减速阶段有
解得（方向向下）
根据牛顿第二定律有
解得