2018_2019高中物理第5章研究力和运动的关系5.3牛顿第二定律课件沪科版必修1:34张PPT

课件34张PPT。5.3　牛顿第二定律第5章　研究力和运动的关系[目标定位]1.知道牛顿第二定律的内容、表达式的确切含义.
2.知道国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的.
3.能应用牛顿第二定律解决简单的实际问题.
4.了解什么是单位制，知道力学中的三个基本单位.内容索引知识探究
新知探究 点点落实达标检测
当堂检测 巩固反馈知识探究由上一节的探究我们已经知道当小车的质量不变时，小车的加速度与它所受的力成正比，即a∝F，当小车所受的力不变时，小车的加速度与它的质量成反比，即a∝ ，那么小车的加速度a、小车的质量m以及小车所受的力F的关系是怎样的？一、牛顿第二定律答案[问题设计]写成等式为F＝kma
若F、m、a都用国际单位，则F＝ma.1.牛顿第二定律
(1)内容：物体的加速度跟受到的 成正比，跟物体的质量成 ，加速度的方向跟作用力的方向 .
(2)公式：F＝ ，F指的是物体所受的 .
当各物理量的单位都取国际单位时，k＝1，F＝ .
(3)力的国际单位：牛顿，简称 ，符号为 .
“牛顿”的定义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力叫做1 N，即1 N＝ .[要点提炼]作用力反比相同合力kmamaN1 kg·m/s2牛2.对牛顿第二定律的理解
(1)瞬时性：a与F同时产生，同时 ，同时 ，为瞬时对应关系.
(2)矢量性：F＝ma是矢量表达式，任一时刻a的方向均与 的方向一致，当合力方向变化时a的方向同时变化，即a与F的方向在任何时刻均
.
(3)同体性：公式F＝ma中各物理量都是针对 的.
(4)独立性：当物体同时受到几个力作用时，各个力都满足F＝ma，每个力都会产生一个加速度，这些加速度的矢量和即为物体具有的 .
故牛顿第二定律可表示为变化合力F相同同一物体合加速度消失Fx＝max
Fy＝may.3.合力、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，只要物体所受的合力不为0，就会产生加速度，加速度与合力方向总是 、大小与合力成
.
(2)力与速度无因果关系.合力与速度方向可以同向，可以反向；合力与速度方向 时，物体做加速运动， 时物体做减速运动.相同正比同向反向比值无关答案　不矛盾，牛顿第二定律公式中的F指的是物体受到的合力，大卡车在水平方向上不只受到推力，还同时受到地面摩擦力的作用，它们相互平衡，即卡车受到的合力为零，加速度为零，故卡车不做加速运动.在地面上，停着一辆卡车，你使出全部力气也不能使卡车做加速运动，这与牛顿第二定律矛盾吗？为什么？答案[延伸思考]二、物理量与单位制答案　在国际上采用统一的单位制是非常重要的，也是非常必要的.美国国家航空航天局(NASA)在20世纪末曾发射过一个火星探测器，但它由于靠火星过近，结果因温度过高而起火，并脱离轨道坠入火星的大气层.航空航天局调查事故原因时发现：原来探测器的制造商洛克希德·马丁公司计算加速时的力使用了英制单位，而喷气推动实验室的工程师理所当然地认为他们提供的数据是以国际单位制算出来的，并把这些数据直接输入电脑.从这次事故的原因上，你能得到什么启示？答案[问题设计]1.单位制： 单位和 单位一起组成了单位制.
(1)基本量和基本单位
首先被选定的几个物理量叫做基本量.基本物理量的单位叫基本单位.
国际单位制中选定 、 、 、电流(I)、热力学温度(T)、物质的量(n)、发光强度(I)七个量为基本量；对应的七个基本单位是
、 、 、安培、开尔文、摩尔、坎德拉.
(2)导出单位：由 根据 推导出来的其他物理量的单位，例如速度、加速度的单位，叫做导出单位.[要点提炼]基本导出长度(l)质量(m)时间(t)米千克秒基本量物理关系2.国际单位制中的力学单位
(1)基本单位
长度l，单位： ；质量m，单位： ；时间t，单位： .
(2)常用的导出单位mkgs速度(v)，由公式 导出，单位： .
加速度(a)，由公式a＝ 导出，单位： .
力(F)，由公式 导出，单位： .
此外还有功、功率、压强等.m/sm/s2F＝maN(或kg·m/s2)3.单位制的应用
(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)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.一、对牛顿第二定律的理解
例1　(多选)下列对牛顿第二定律的理解正确的是
A.由F＝ma可知，m与a成反比
B.牛顿第二定律说明当物体有加速度时，物体才受到外力的作用
C.加速度的方向总跟合外力的方向一致
D.当外力停止作用时，加速度随之消失答案√解析√解析　虽然F＝ma，但m与a无关，因a是由m和F共同决定的，即a∝ 且a与F同时产生、同时消失、同时存在、同时改变；a与F的方向永远相同.综上所述，可知A、B错误，C、D正确.解析　在物理计算中，如果各物理量的单位都统一到国际单位制中，则最后结果的单位也一定是国际单位制中的单位.二、对单位制的理解与应用
例2　质量m＝200 g的物体以加速度a＝20 cm/s2做匀加速直线运动，则关于它受到的合外力的大小及单位，下列运算既简洁又符合一般运算要求的是
A.F＝200×20＝4 000 N B.F＝0.2×0.2 N＝0.04 N
C.F＝0.2×0.2＝0.04 N D.F＝0.2 kg×0.2 m/s2＝0.04 N答案√解析三、牛顿第二定律的简单应用
例3　如图1所示，一质量为8 kg的物体静止在粗糙的水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.2，用一水平力F＝20 N拉物体由A点开始运动，经过8 s后撤去拉力F，再经过一段时间物体到达B点停止.求：(g＝10 m/s2)
(1)在拉力F作用下物体运动的加速度大小；图1解析　对物体受力分析，如图所示
竖直方向mg＝N
水平方向，由牛顿第二定律得F－μN＝ma1答案　0.5 m/s2答案解析(2)撤去拉力时物体的速度大小；答案　4 m/s答案解析　撤去拉力时物体的速度v＝a1t
解得v＝4 m/s解析(3)撤去拉力F后物体运动的距离.答案　4 m答案解析　撤去拉力F后由牛顿第二定律得－μmg＝ma2
解得a2＝－μg＝－2 m/s2，由0－v2＝2a2s解析例4　如图2所示，质量为1 kg的物体静止在水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.5，物体受到大小为20 N、与水平方向成37°角斜向右下的推力F作用时，沿水平方向做匀加速直线运动，求物体加速度的大小.(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)图2答案　5 m/s2答案解析解析　取物体为研究对象，受力分析如图所示，建立直角坐标系.在水平方向上：Fcos 37°－f＝ma ①
在竖直方向上：N＝mg＋Fsin 37° ②
又因为：f＝μN ③
联立①②③得：a＝5 m/s2课堂要点小结1.牛顿第二定律和力的单位
(1)内容
(2)表达式：F＝ma
(3)国际单位制中力的单位：N,1 N＝1 kg·m/s2
2.牛顿第二定律的特点
(1)因果性；(2)瞬时性；(3)矢量性；(4)同体性；(5)独立性.3.单位制
(1)国际单位制中的力学单位：长度的单位米(m)、时间的单位秒(s)、质量的单位千克(kg)
(2)单位制的应用
①简化计算过程。②推导物理量的单位。③判断比例系数的单位。④检查物理量关系式的正误达标检测1.(对单位制的理解)(多选)关于力学单位制，下列说法正确的是
A.kg、m/s、N是导出单位
B.kg、m、s是基本单位
C.在国际单位制中，质量的单位可以是kg，也可以是g
D.只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是F＝ma答案√1234解析√解析　所谓导出单位，是利用物理公式和基本单位推导出来的，力学中的基本单位只有三个，即kg、m、s，其他单位都是由这三个基本单位衍生(推导)出来的，如“牛顿”(N)是导出单位，即1 N＝1 kg·m/s2(F＝ma)，所以A项错误，B项正确.
在国际单位制中，质量的单位只能是kg，C项错误.
在牛顿第二定律的表达式中，F＝ma(k＝1)只有在所有物理量都采用国际单位制时才能成立，D项正确.12342.(牛顿第二定律的理解)(多选)初始时静止在光滑水平面上的物体，受到一个逐渐减小的水平力的作用，则这个物体运动情况为
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√答案1234解析√解析　水平面光滑，说明物体不受摩擦力作用，物体所受到的水平力即为其合外力.水平力逐渐减小，即合外力逐渐减小，由公式F＝ma可知：当F逐渐减小时，a也逐渐减小，但速度逐渐增大.12341234解析　水平面光滑时物体的受力情况如图甲所示
由牛顿第二定律：Fcos 37°＝ma1
解得a1＝8 m/s23.(牛顿第二定律的简单应用)如图3所示，质量为4 kg的物体静止于水平面上.现用大小为40 N，与水平方向夹角为37°的斜向右上的力F拉物体，使物体沿水平面做匀加速运动(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8).
(1)若水平面光滑，物体的加速度是多大？解析答案　8 m/s2答案图31234解析　水平面不光滑时，物体的受力情况如图乙所示
Fcos 37°－f＝ma2
N′＋Fsin 37°＝mg
f＝μN′
联立解得：a2＝6 m/s2(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，物体的加速度是多大？解析答案　6 m/s2答案12344.(牛顿第二定律的简单应用)如图4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37°角，小球和车厢相对静止，小球的质量为1 kg.(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)图4(1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况；解析答案　7.5 m/s2，方向水平向右　车厢可能向右做匀加速直线运动或向左做匀减速直线运动答案解析　解法一(合成法)
小球和车厢相对静止，它们的加速度相同.以小球为研究对象，对小球进行受力分析如图甲所示，小球所受合力为F合＝mgtan 37°.
由牛顿第二定律得小球的加速度为车厢的加速度与小球相同，车厢做的是向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动.甲1234解法二(正交分解法)
建立直角坐标系如图乙所示，正交分解各力，根据牛顿第二定律列方程得
x方向：Tx＝ma
y方向：Ty－mg＝0
即Tsin 37°＝ma
Tcos 37°－mg＝0乙加速度方向水平向右.车厢的加速度与小球相同，车厢做的是向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动.1234(2)求悬线对小球的拉力大小.答案　12.5 N答案解析　解法一(合成法)
由图甲可知，悬线对小球的拉力大小为解法二(正交分解法)
由(1)中所列方程解得悬线对小球的拉力大小为解析1234