粤教版高中物理必修第一册第四章牛顿运动定律第三节牛顿第二定律课件（35页PPT）

(共35张PPT)
第四章　牛顿运动定律
第三节　牛顿第二定律
1.结合探究加速度与力、质量之间关系的实验结果，深层次地体会加 速度与力、质量的具体关系.
2.分析并理解牛顿第二定律的内涵和外延.
3.尝试应用牛顿第二定律解决力学中的基本问题.
学习任务一 牛顿第二定律的理解
教材新知梳理
1. 数据采集器：数据采集器可以通过各种不同的传感器，将各种物理量转换 成电信号记录在计算机中，由于采样率 ，每秒可以达到20万次， 因而能记录下物理量的 .
2. 位移传感器：记录物体运动过程中 随时间的变化情况，然后由计 算机软件算出各点的 ，并作出 图像.
足够高　
瞬间变化　
位移　
速度的大小　
速度—时间　
改变　
加速度a　
a与
F　
改变　
加速度a　
a与
m　
3. 结果分析
正比　
反比　
相同　
1 m/s2　
1 N　
1　
ma　
国际单位　
关键核心突破
　　根据牛顿第二定律可知，只要有力就可以产生加速度，而地面上停着一 辆汽车，此人用了很大的力也不能使汽车做加速运动.
(1)甲同学说，根据这个事实能说明牛顿第二定律是错误的，这种说法对 吗？
提示：(1)不对.
(2)怎样解释题中所出现的现象？
(2)汽车所受合力为零，故加速度为零，不能加速运动.
1. 牛顿第二定律中的六个特征
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 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F、m、a都是对同一物体而言的
独立性 作用在物体上的每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
局限性 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
A. 加速度和力是瞬时对应关系，即加速度与力是同时产生、同时变化、同时 消失的
B. 物体只有受到力的作用时，才有加速度，才有速度
C. 任何情况下，加速度的方向总与合外力方向相同，也总与速度的方向相同
D. 当物体受到几个力的作用时，可把物体的加速度看成是各个力单独作用时 产生的各个加速度的矢量和
思路点拨：加速度与合外力瞬时对应，与速度无关.
AD
解析：根据牛顿第二定律的瞬时性，选项A正确；物体只有受到力的作用 时，才有加速度，但速度有无与物体是否受力无关，选项B错误；任何情况 下，加速度的方向总与合外力方向相同，但与速度的方向没关系，选项C错 误；根据牛顿第二定律的独立性，可知选项D正确.
A. 物体所受合力为零时，物体的加速度可以不为零
B. 物体所受合力越大，速度越大
C. 速度方向、加速度方向、合力方向总是相同的
D. 速度方向可与加速度方向成任何夹角，但加速度方向总是与合力方向相同
D
学习任务二 牛顿第二定律的简单应用
关键核心突破
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.
【典例2】　如图所示，一木块沿倾角θ＝37°的光滑固定斜面自由下滑.g取 10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.
(1)求木块的加速度大小；
解析：(1)分析木块的受力情况如图甲所示，
木块受重力mg、支持力FN两个力作用，合外力大小为mgsin θ，根据牛顿第 二定律得mgsin θ＝ma1，
所以a1＝gsin θ＝10×0.6 m/s2＝6 m/s2.
答案：(1)6 m/s2
(2)若木块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5，求木块加速度的大小.
解析：(2)若斜面粗糙，木块的受力情况如图乙所示，建立直角坐标系.
在x轴方向上(沿斜面方向)mgsin θ－f＝ma2①
在y轴方向上(垂直斜面方向)FN＝mgcos θ　　②
又因为f＝μFN　　③
由①②③得a2＝gsin θ－μgcos θ＝(10×0.6－0.5×10×0.8)m/s2＝2 m/s2.
答案：(2)2 m/s2
［跟踪练习］
2. 跳伞运动员在下落过程中，假定伞所受空气阻力的大小跟下落速度的二次 方成正比，即Ff＝kv2，比例系数k＝20 N s2/m2，跳伞运动员与伞的总质量为 72 kg，下落的高度足够高，重力加速度g取10 m/s2.
(1)以跳伞运动员与伞为整体，画出它在下落过程中的受力分析示意图；
解析：(1)以跳伞运动员与伞为整体，受力分析如答案图所示.
答案：(1)如图所示
(2)当速度达到4 m/s时，求此时运动员的加速度大小.(计算结果保留两位小数)
答案：(2)5.56 m/s2
学习任务三 瞬时加速度问题
关键核心突破
1. 问题模型
类别 弹力表现形式 弹力方向 能否突变
轻绳 拉力 沿绳收缩方向 能
橡皮条 拉力 沿橡皮条收缩方向 不能
轻弹簧 拉力、支持力 沿弹簧轴线方向 不能
轻杆 拉力、支持力 不确定 能
2. 两个关键
(1)分析瞬时前、后的受力情况和运动状态.
(2)明确绳或线类、弹簧或橡皮条类模型的特点.
3. 三个步骤
(1)分析原来物体的受力情况.
(2)分析物体在弹力发生突变时的受力情况.
(3)由牛顿第二定律列方程求解.
A. 0.25g B. 0.75g C. 0 D. 1.25g
A
解析：当物体不受外力静止时，有mg＝kx1，当用外力向下拉物体时，物体保持静止，有mg＋F＝k(x1＋x2)，当撤去外力时，有k(x1＋x2)－mg＝ma，解得a＝0.25g.故选A.
［一题多变］
若把上题变为下题中情境：
C
A. 0
A. 图甲中轻杆的作用力为零
B. 图甲中两球的加速度一定相等
C. 图乙中两球的加速度一定相等
D. 图甲中A球的加速度是图乙中A球加速度的一半
ABD
解析：设两球质量均为m，细绳烧断的瞬间弹簧弹力不能突变，而杆的弹力 会突变，所以细绳烧断瞬间，图乙中B球所受合力仍为零，加速度为零，A球 所受合力为2mg，加速度为2g；图甲中，细绳烧断瞬间，A、B的加速度相 同，设为a.以整体为研究对象，根据牛顿第二定律得2mg＝2ma，得a＝g，设 图甲中轻杆的作用力为T，再以B为研究对象，由牛顿第二定律得mg＋T＝ ma，解得T＝0，即图甲中轻杆的作用力一定为零，故A、B、D符合题意，C 不符合题意.
A. 在任何情况下都等于1
B. 是由质量m、加速度a和力F三者的大小所决定的
C. 与质量m、加速度a和力F三者的单位无关
D. 在国际单位制中一定等于1
解析：在牛顿第二定律的表达式F＝kma中，只有质量m、加速度a和力F的单 位是国际单位制单位时，比例系数k才为1，故D正确，A、B、C错误.
D
A. 0、g B. g、g C. 0、0 D. 2g、0
B
解析：不可伸长的细线的拉力变化时间可以忽略不计，称之为“突变弹 力”，当烧断上方O、A间细线时，A、B间细线拉力突变为零，故aA＝aB＝ g，B正确.
A. 速度不断增大，但增大得越来越慢
B. 加速度不断增大，速度不断减小
C. 加速度不断减小，速度不断增大
D. 加速度不变，速度先减小后增大
AC
4. 小杰乘坐竖直快速电梯，从底层到达第36层共用时24 s.若电梯先以加速度a 由静止做匀加速运动，经过4 s达到最大速度5 m/s，然后以最大速度匀速运 动，最后以大小相同的加速度a做匀减速运动恰好到达36层.用你学到的物理 知识，探究下列问题：
(1)电梯的加速度a及上升的总高度h.
答案：(1)1.25 m/s2　100 m
(2)若小杰同学乘电梯时，手里竖直提着一份质量为2 kg的快递包裹，求整个 过程中，快递包裹受到的最大拉力(g取10 m/s2).
解析：(2)以快递包裹为研究对象，加速上升过程中拉力最大，根据牛顿第二 定律可得F－mg＝ma，
代入数据解得F＝22.5 N.
答案：(2)22.5 N
安全带与安全气囊的作用
现代汽车的设计十分重视安全，安全带和安全气囊就是保护乘员人身安全 的两个重要装置.
道路交通事故多种多样，其中对车内人员造成伤害的，大多是由于运动中 的车辆与其他物体(车辆或障碍物)发生碰撞.从力学观点看，运动的车辆受碰 撞突然停止，但车内人员在惯性的作用下仍以碰撞前的速度向前运动，结果 在车内甚至冲出车外与刚性物体发生第二次碰撞，因而造成伤害.设置安全带 和安全气囊的目的就是尽量避免或减轻第二次碰撞对车内人员的伤害.
三点式安全带是20世纪60年代初开始安装在汽车上的，经过60多年的发 展，现在的安全带均由强度极大的合成纤维制成，带有自锁功能的卷收器， 采用对乘员的肩部和腰部同时实现约束的V形三点式设计.系上安全带后，卷 收器自动将其收紧，一旦车辆紧急制动、发生碰撞甚至翻滚，安全带因乘员 身体的前冲而发生猛烈的拉伸，卷收器的自锁功能便立即发挥作用，瞬间卡 住安全带，使乘员紧贴座椅，避免第二次碰撞.
假设某次急刹车时，由于安全带的作用，使质量为70 kg的乘员具有的加速度 大小约为6 m/s2，此时安全带对乘员的作用力大约是多大？
解析：F＝ma＝70×6 N＝420 N.
答案：420 N