4.3牛顿第二定律 课件(共35张PPT)

(共35张PPT)
第四章 运动和力的关系
牛顿第二定律
新知导入
通过上节课的学习，我们知道：
用数学式子表示就是：a∝F
加速度与力的关系
a
F
（1） 当保持物体质量不变时，物体的加速度与它所受力成正比。
加速度与质量的关系
（2） 当保持物体受力不变时，物体的加速度跟质量成反比。
用数学式子表示就是：a ∝1/m
1/m
a
力、加速度、质量到底有没有具体的数量关系？
今天我们来找出这个数量关系。
新知导入
一、牛顿第二定律的表达式
思考讨论：小车的加速度a与它所受的作用力F成正比，与它的质量m成反比。那么，对于任何物体都是这样的吗？
新知讲解
甲：猜想中的a-F图像
乙：根据实际数据作出的a-F图像
新知讲解
多次类似的实验发现：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。大量的实验和观察到的事实都可以得出：物体的加速度a与它所受的作用力F成正比，与它的质量m成反比。
一、加速度与力、质量的关系
a ∝ F
a =kF /m
正比于
a ∝
m
1
a∝
m
F
F ＝kma
k 为比例系数
2、牛顿第二定律可表述为：a∝ 也可以写成等式：F＝kma
新知讲解
1、牛顿第二定律的内容
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。这就是牛顿第二定律。
其中k是比例系数。
注意：实际物体所受的力往往不止一个，式中F指的是物体所受的合力。
新知讲解
思考与讨论：取质量的单位是千克（kg），加速度的单位是m/s2，根据上述牛顿第二定律中加速度与力、质量的关系，我们应该怎样确定力的单位？
在F＝kma公式中：当k＝1时，质量为1kg的物体在某力的作用下获得1m/s2的加速度，则这个力F＝ma＝1kg·m/s2所以力F的单位就是千克米每二次方秒。
新知讲解
二、力的单位
1、力 F的单位
F＝ma＝1kg·m/s2
读作：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。
牛顿
新知讲解
（1）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：
F ＝ ma
2、牛顿第二定律的表述
（2）力的独立性原理：物体受到几个力的作用时，每个力各自独立地使物体产生一个加速度，就像其他力不存在一样，这个性质叫作力的独立性原理。
适用范围：
牛顿第二只定律只适用于惯性参考系，惯性参考系是指相对于地面静止或匀速的参考系
牛顿第二定律只适用于宏观（相对于分子、原子）、低速（远小于光速）运动的物体。
F = ma
合力
新知讲解
思考1：在牛顿第二定律的表达式 F=ma中，F与a这两个矢量的方向关系是怎么样？
物体受力方向决定物体的加速度方向。故加速度a的方向与力F的方向是一致的。
思考2：在F=ma中，F与a具有什么关系？
加速度与合外力存在着瞬时对应关系：同时产生，同时消失，同时变化。
新知讲解
思考4：由牛顿第二定律说一说为什么描述物体惯性的物理量是质量？
由牛顿第二定律：F＝ma可知在确定的作用力下，决定物体运动状态变化难易程度的因素是物体的质量。
思考3：牛顿第二定律中指出加速度与力成正比，能否说成力与加速度成正比，为什么？
不能说成力与加速度成正比。因为力是产生加速度的原因，因果性不能变。
1 . 同体性 : F、m、a 对应于同一研究对象
2 . 因果性 : 力 是产生加速度的原因
3 . 矢量性 : a 与 F 的方向总是相同
4 . 瞬时性 : a 与 F 同时存在同时消失
5 . 独立性 : 每个力独立产生一个加速度 F1=ma1 、F2=ma2， 实际加速度是每个力产生的加速度的矢量和
牛顿第二定律的性质
力和运动的关系
F合一定
a一定
匀变速运动
例：自由落体
F合变化
a变化
非匀变速运动
F合=0
a=0
静止或匀速运动
平衡状态




牛顿第二定律
定律的意义：
揭示了 力 与 运动 的关系，加速度 是二者之间联系的桥梁
新知讲解
应用牛顿第二定律解题的一般步骤：
三、牛顿第二定律的应用
1、确定研究对象。
2、分析研究对象的受力情况，画出受力图。
3、建立直角坐标系，求出合力。
4、根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解。
汽车重新加速时的受力情况
例1、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
解：沿汽车运动方向建立坐标轴
第一阶段，汽车做匀变速运动
v0=100 km/h=27.8 m/s，t=70 s ，v=0
G
FN
f阻
由牛顿第二定律得：
F合=F－f阻 =2000N - 437N = 1563N
第二阶段，汽车重新起步加速
f阻
F
FN
G
动力学的两类基本问题
1．已知物体的受力情况，要求确定物体的运动情况
处理方法：已知物体的受力情况，可以求出物体的合外力，根据牛顿第二定律可以求出物体的加速度，再利用物体的初始条件（初位置和初速度），根据运动学公式就可以求出物体的位移和速度．也就是确定了物体的运动情况．
2．已知物体的运动情况，要求推断物体的受力情况
处理方法：已知物体的运动情况，由运动学公式求出加速度，再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的合外力，由此推断物体受力情况．
解题思路：
加速度a
运动学公式
运动情况
第一类问题
受力情况
牛顿第二定律
加速度a
另一类问题
牛顿第二定律
运动学公式
例2、一辆重4t的汽车，从静止开始，在水平路上行驶，已知发动机的牵引力为1600N，汽车在运动时所受的阻力为车重的0.02倍（取g=10m/s2），求：
（1）汽车在开出后加速度的大小．
（2）汽车经过多长时间它的速度可达10m/s．
合力←→加速度
F
f
解：①
t/s
v
解：②
例3、一辆速度为4m/s的自行车，在水平公路上无动力的滑行40m后停止。如果自行车和人和总质量是100kg,自行车受到的阻力是多大
f
t/s
v
解：
合力←→加速度
1、一个物体，质量是4㎏，受到互成120o角的两个力F1和F2的作用。这两个力的大小都是20N，这个物体的加速度是多少？
解法一：
F1
F2
0
F
等边三角形
x
y
0
F1
F2
解法二：
合力←→加速度
ɑ
课堂练习
2、如图所示，物体的质量m=4kg，与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2，在倾角为37°、F=10N的恒力作用下，由静止开始加速运动，g=10m/s2，sin370=0.6，cos370=0.8 求：
（1）物体做加速运动时的加速度a；
（2）若t1=10s时撤去F，物体还能滑行时间t2和距离x
F
mg
N
f
解：②
解：①
t/s
v
撤去F
合力←→加速度
3、一位滑雪者如果以v0=20m/s的初速度沿直线冲上一倾角为30°的山坡，从冲坡开始计时，至3.8s末，雪橇速度变为零。如果雪橇与人的质量为m=80 kg，求滑雪者受到的阻力是多少？（g取10 m/s2）
合力←→加速度
θ
mg
N
f
F1
F2
θ
θ
解：
t/s
v
新知讲解
科学漫步：用动力学方法测质量
由牛顿第二定律F＝ma可知，如果给物体施加一个已知的力，并测得物体在这个力作用下的加速度，就可以求出物体的质量。这就是动力学测量质量的方法。
太空中质量的测量
课堂练习
1、（2019 上海）在太空中测宇航员质量，测量仪器提供拉力、并测出宇航员的——————，根据———————————得出宇航员的质量。
加速度
牛顿第二定律
课堂练习
2、（2019春 海陵区校级月考）光滑水平面上的一个物体，质量为2kg，处于静止状态。当它受到一个水平恒力作用后，在头2.0s内移动了8m。那么，该物体受水平力作用之后的加速度大小为————m/s2，所受的水平恒力大小为————N。
4
8
课堂练习
3.下面说法正确的是（　　）
A.物体（质量一定,下同）所受合外力越大，加速度越大；
B.物体所受合外力越大，速度越大；
C.物体在外力作用下做加速直线运动，当合外力逐渐减小时,物体的速度逐渐减小；
D.物体的加速度大小不变，物体一定受恒力作用。　
A
课堂练习
4、下列说法中正确的是（ ）
A. 在公式F=ma中，F、m、a三个量可以取不同单位制中的单位
B. 作用力与反作用力等大、反向、共线，所以对其作用的某一物体作用效果可抵消；
C. 牛顿运动定律是自然界最普遍的规律，因此可以用来精确描述高速运动电子（接近光速）的运动情况；
D. 惯性和惯性定律不同，惯性是物体本身的固有属性，是无条件的，而惯性定律是在一定条件下物体运动所遵循的规律。
D
拓展提高
1．质量为0.4kg的小滑块置于粗糙水平地面上，在水平恒定拉力作用下由静止开始做匀加速直线运动，滑行6m时，小滑块的速度为6m/s，此时撤去拉力，又经3s停下。该拉力的大小为（　　）
C
A．0.8N B．1.2N C．2N D．2.8N
拓展提高
2、一物体放在水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数为0.6，在水平拉力F=10N作用下从静止开始运动,其速度与位移满足 等式v2=8x（其中v的单位为m/s，x的单位为m），g取10m/s2,则物体的质量为（　　）
A.0.5kg B.0.4kg C.0.8kg D.1kg
D
课堂总结
1、内容：物体加速度与合外力F合成正比，与质量m成反比，加速度方向与合外力方向相同。F合=ma
2、利用牛顿定律解题步骤：
（1）确定研究对象。
（2）分析研究对象的受力情况，画出受力图。
（3）建立直角坐标系，求出合力。
（4）根据牛顿第二定律和运动学规律列方程并求解。