2018版高中物理第6章力与运动第2节牛顿第二定律课件鲁科版必修1:54张PPT

课件54张PPT。第2节　牛顿第二定律教师备课参考 |核心素养养成目标|物理观念
1.理解牛顿第二定律的内容、表达式的确切含义.
2.认识国际单位制在物理学中的重要意义,知道国际单位制中的力学单位.
3.会用牛顿第二定律解决动力学问题.
科学思维与科学探究
1.通过实验探究加速度与物体质量、物体受力的关系,体会探究过程中所用的科学方法,让学生学会利用图象法及化曲为直的物理思想处理实验数据.2.通过实例分析,掌握应用牛顿第二定律解决问题的一般步骤.
3.通过力学单位制的学习,掌握用国际单位制解题的技巧.
科学态度与责任
1.通过牛顿第二定律的学习,体会物理规律与生活的联系.
2.渗透实验探究过程中所用的科学方法——控制变量法.|教学重难点|教学重点
1.通过实验,探究加速度与物体质量、物体受力的关系.
2.理解牛顿第二定律,掌握动力学问题的处理思路.
教学难点
应用牛顿运动定律解决动力学问题.感悟解题规律探寻基本知识测评学习效果探寻基本知识·树立物理观念知识点一 实验探究:加速度与力、质量的关系 【情境导学】
在“探究加速度与力、质量的关系”时,我们研究两辆小车,如图所示,使它们做初速度为零的匀加速直线运动,测量小车加速度的办法是:(1)让A,B两辆小车同时从静止开始运动,然后用板擦使两辆小车同时停止运动,用刻度尺测出两车通过的位移为sA,sB,则由s= at2可推出A,B两车的加速度之比aA:aB是多少.
(2)若A,B两车质量相等,使A车受的拉力是B车所受拉力的2倍、3倍、……n倍,通过上述方法做实验可测得sA=2sB、sA=3sB、…sA=nsB.由此可知,当小车质量一定时,小车的加速度与小车受到的力是什么关系?(2)若A,B两车质量相等,使A车受的拉力是B车所受拉力的2倍、3倍、……n倍时sA=2sB,sA=3sB,…sA=nsB.则aA=2aB,aA=3aB,…aA=naB,由此可知,当小车质量一定时,小车的加速度与小车受到的力成正比.【知识梳理】
1.实验原理
(1)探究方法是 .
①保持小车的总质量不变,改变细绳对小车的拉力F,探究加速度a与拉力F的关系,如图所示.
②保持重物的总质量不变,即细绳对小车的拉力F不变,改变小车的总质量,探究小车的加速度a与其质量m的关系.
(2)要测量的物理量
①小车与其上砝码的总质量.
②小车受的拉力(重物的总重力).
③小车的加速度(由纸带算出).控制变量法2.实验器材
打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、刻度尺、天平、砝码.
3.实验步骤
(1)用天平测出小车的质量m和重物的质量m0,把数据记录下来.
(2)把实验器材安装好,注意不把悬挂重物的细绳系在小车上,即不给小车加牵引力,但应调节定滑轮的高度,使细绳与长木板平行.
(3)平衡摩擦力:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板,反复移动薄木板的位置,直至小车在斜面上运动时能保持匀速直线运动状态,这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡.(4)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂重物,先接通电源再放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列的点,打完点后切断电源,取下纸带,在纸带上标上纸带号码.
(5)保持小车和砝码的质量不变,改变重物的质量,把重物的总质量记录下来.重复步骤(4),共3次,得到三条纸带.
(6)在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明计数点,测量计数点间的距离,算出每条纸带上的加速度的值并做好实验记录.
(7)保持重物的质量不变,在小车上加砝码,并把小车和砝码的总质量记录下来,重复上述步骤(4)和(6),并做好实验记录.【思考判断】
1.在探究加速度与力、质量关系的实验中,采用的是控制变量法.(　 　)
2.在物理学中,当出现一个物理量的变化与多个因素的变化有关时,通常采
取控制变量法.(　 　)
3.实验时,应先释放小车,后接通电源.(　 　)√ √ × 知识点二牛顿第二定律 【情境导学】
小强自己拉车子时,无论怎么用力也难以拉动,最后在小红的帮助下,他们才将车子拉着前进.
(1)小强用力拉车子不动,小强的拉力不产生加速度吗?
(2)他们一起用力的瞬间,车子是否马上获得加速度和速度?
答案:(1)小强的拉力产生加速度,但车子不动,则车子所受合力为零,合加速度为零.
(2)立即有加速度,但速度为零.【知识梳理】
1.内容:物体加速度的大小与所受合外力的大小成 ,与物体的质量成
,加速度方向与合外力方向 .
2.公式:F= ,式中各物理量都采用 单位.
【思考判断】
1.由牛顿第二定律可知,物体的质量与物体所受合外力成正比,与物体的加速度成反比.(　 　)
2.物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合外力大小决定,与物体的速度大小无关.(　 　)
3.物体加速度的方向只由它所受合力的方向决定,与速度方向无关.(　 　)正比反比相同ma国际制× √ √ 知识点三力学单位制 【情境导学】
选哪些单位作为一个学科的基本单位,是人为选定的,选择的原则是这些物理量在本学科中具有最基本的单位.同时,用这些物理量的单位作基本单位后,应使基本单位的数目最少.问:
(1)在国际单位制中,力学的哪三个物理量的单位作为基本单位?
(2)这三个基本单位分别是什么?
(3)这三个基本单位符号分别是什么?
答案:(1)长度、质量和时间
(2)米、千克和秒　
(3)m,kg和s【知识梳理】
1.导出单位:利用物理公式由 单位推导出来的其他物理量的单位.
2.国际单位制:由 和 组成.
3.力学中的三个基本单位基本基本单位导出单位米mkgs质量时间【思考判断】
1.kg,m,N是基本单位.(　 　)
2.只有在国际单位制中,牛顿第二定律的表达式才是F=ma.(　 　)
3.单位N/kg和m/s2是等价的.(　 　)× √ √ 要点一感悟解题规律·培养科学思维实验:探究加速度与力、质量的关系 1.数据处理
(1)加速度和力的关系
作出a-F关系图象,如图(甲)所示,由此得出结论.
(2)加速度和质量的关系
作出a-m或a- 关系图象,如图(乙)所示,据图象可以得出结论.
(3)实验结论:物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比,与物体的质量成反比.2.注意事项
(1)平衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变重物的质量,还是改变小车及砝码的质量,都不需要重新平衡摩擦力.
(2)实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于重物的总质量.
(3)释放时小车应靠近打点计时器且先接通电源再放开小车.
(4)作图象时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧,离直线较远的点是错误数据,可舍去不予考虑.3.误差分析【典例1】 在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,计算出各纸带的加速度后,将测得的反映加速度a和力F的关系的有关资料记录在表1中,将测得的反映加速度a和质量m的关系的资料列在表2中.答案:见解析(2)从图象可以判定:当m一定时,a与F的关系为　　　　　;当F一定时,a与m的关系为　　　　　;?
(3)由a-F图象可知m=　　　　　　;?
(4)由a- 图象可知F=　　　　　　.?解析:(2)从图象可以看出,当m一定时,a与F成正比例关系;当F一定时,a与m成反比例关系.
(3)由a-F图象可知,m为图线的斜率的倒数,则m=0.5 kg.
(4)由a- 图象可知,F为图线的斜率,则F=4 N.
答案:见解析(1)可以直观地看出两个物理量之间的关系,也可以有效地减小实验误差,确定并排除实验中测得的一些错误数据.
(2)在实验中如果发现一个量x与另一个量y成反比,那么,x就应与 成正比.据此,可以将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线.规律方法图象的应用(教师备用)
例1-1:(2016·福州模拟)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,采用如图所示的装置.
(1)本实验应用的实验方法是　　　　.?
A.控制变量法　　B.假设法　　C.理想实验法解析:(1)实验采用了控制变量法,即先保持物体质量不变,探究加速度与合力的关系,再保持物体受力不变,探究加速度与质量的关系.答案:(1)A(2)下列说法中正确的是　　　　.?
A.在探究加速度与质量的关系时,应改变拉力的大小
B.在探究加速度与外力的关系时,应该改变小车的质量
C.在探究加速度a与质量m的关系时,为了直观判断两者间的关系,应作出a- 图象
D.当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时,才能近似认为细线对小车的拉力大小等于托盘和砝码的总重力大小解析:(2)探究a与m关系时,保持F不变,改变m大小;探究a与F关系时,保持m不变,改变F大小,故选项A,B错误;a- 关系图象为过原点的直线,作出这个图象容易证明a与m成反比,选项C正确;只有小车的质量远大于托盘与砝码的总质量,托盘与砝码的总重力大小才约等于小车受到的合力大小,选项D正确.答案:(2)CD (3)某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示:(小车质量保持不变)解析:(3)①作出的a-F图象如图所示.
②由a-F图象可知,当力F<0.10 N时,小车没有动,说明此时没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.答案:(3)①图见解析　②未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 ①根据表中的数据在坐标图上作出a-F图象.
②图线不过原点的原因可能是? 　.??针对训练1-1? (2017·山东师大附中高一月考)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中:
(1)对于本实验,以下说法中正确的是　　　　.?
A.沙和桶的总质量要远大于小车的总质量
B.每次改变小车质量后,需要重新平衡摩擦力
C.本实验主要采用控制变量的方法来研究加速度与力、质量的关系
D.在探究加速度与质量的关系时,作出a- 图象容易更直观判断出二者间的关系解析:(1)对于本实验,沙和桶的总质量要远小于小车的总质量,选项A错误;每次改变小车质量后,不需要重新平衡摩擦力,选项B错误;本实验主要采用控制变量的方法来研究加速度与力、质量的关系,选项C正确;在探究加速度与质量的关系时,作出a- 图象容易更直观判断出二者间的关系,选项D正确.答案:(1)CD (2)某同学在接通电源进行实验之前,将实验器材组装如图(甲)所示,下列对此同学操作的判断正确的是　　　　.?
A.打点计时器不应固定在长木板的最右端,而应固定在靠近定滑轮的那端
B.打点计时器不应使用干电池,而应使用交流电源
C.不应将长木板水平放置,而应在右端垫起合适的高度,平衡摩擦力
D.小车初始位置不应离打点计时器太远,而应靠近打点计时器放置解析:(2)在接通电源之前,打点计时器应固定在长木板的最右端,选项A错误;打点计时器不应使用干电池,而应使用交流电源,选项B正确;不应将长木板水平放置,而应在右端垫起合适的高度,平衡摩擦力,选项C正确;小车初始位置不应离打点计时器太远,而应靠近打点计时器放置,选项D正确.答案:(2)BCD (3)改正实验装置后,该同学顺利地完成了实验.如图(乙)所示在某条纸带上确定出A,B,C,D,E,F,G共7个计数点.其相邻点间还有4个点未画出.其中s1=
7.05 cm,s2=7.67 cm,s3=8.29 cm,s4=8.91 cm,s5=9.53 cm,s6=10.15 cm.
那么,小车运动的加速度为　　　　m/s2(结果保留两位有效数字).?答案:(3)0.62　 (4)若在实验中保持拉力不变,得到了小车加速度随质量变化的一组数据,如表所示.请你在图(丙)中建立合适的坐标系并画出能直观反映出加速度与质量关系的图线.答案:(4)见解析图 　 解析:(4)加速度与质量关系的图线如图.答案:(5)随着F的增大,不再满足沙和桶的总质量远小于小车的总质量解析:(5)直线发生明显弯曲的原因是随着F的增大,不再满足沙和桶的总质量远小于小车的总质量.(5)若保持小车质量不变,改变沙和沙桶质量,某同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如图(丁)所示.此图中直线发生明显弯曲的原因是? 　.?要点二对牛顿第二定律的理解 【典例2】 (多选)关于F=ma,下列说法中正确的是(　 　)
A.合力F的大小与物体的质量同物体产生的加速度的乘积的数值相等
B.加速度a的方向与合力F的方向一致
C.左边F是力,则右边的ma也是一个力
D.反映加速度a与F之间的因果关系解析:F=ma是牛顿第二定律的表达式,是一个矢量关系式,表明了合力F与加速度a的因果关系,还表明加速度a与合力F的方向始终是相同的,更从数值上表明了合力F的大小与乘积“ma”的相等关系,故A,B,D都正确.由于“ma”只代表“合力F”使“质量m”产生了“加速度a”的一种效果,“ma”本身不是一个力,故C错误.ABD (教师备用)
例2-1:(多选)关于牛顿第二定律,下列说法中正确的是(　 　)
A.公式F=ma中,各量的单位可以任意选取
B.某一瞬间的加速度只取决于这一瞬间物体所受的合力,而与这之前或之后的受力无关
C.公式F=ma中,a实际上是作用于物体上的每一个力所产生的加速度的矢量和
D.物体的运动方向一定与它所受合力的方向一致BC 解析:F,m,a必须选对应的国际单位,才能写成F=ma的形式,否则比例系数k≠1,故A错误.由牛顿第二定律的瞬时性和独立性可知,B,C均正确.合力的方向只能表示物体速度改变量的方向,与物体速度方向不一定一致,故D错误.?针对训练2-1? 根据牛顿第二定律,下列叙述正确的是(　 　)
A.物体加速度的大小跟它的质量和速度大小的乘积成反比
B.物体所受合力必须达到一定值时,才能使物体产生加速度
C.物体加速度的大小跟它所受作用力中的任一个力的大小成正比
D.当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时,物体水平加速度大小与其质量成反比D 解析:由牛顿第二定律知,物体加速度的大小跟物体的质量成反比,跟所受合力的大小成正比,故可判断选项A,C错误;物体所受合力的大小只要不为0,物体就有加速度,选项B错误;牛顿第二定律在某一方向上受力仍然适用,选项D正确.要点三力学单位制的理解 1.在利用物理公式进行计算时,为了在代入数据时不使表达式过于繁杂,要把各个量换算到同一单位制中,这样计算时就不必一一写出各量的单位,只要在所求结果后写上对应的单位即可.
2.物理公式在确定各物理量的数量关系时,同时也确定了各物理量的单位关系,所以可以根据物理公式中物理量间的关系,推导出这些物理量的单位.【典例3】一物体在2 N的合外力作用下,产生10 cm/s2的加速度,求该物
体的质量.下面有几种不同的求法,其中单位运算正确、简洁而又规范的是(　 　)D 解析:在进行数量运算的同时,也要带着单位进行运算.带单位运算时,每一个数据均要带上单位,且单位换算要准确.也可以把题中的已知量的单位都用国际单位制中的单位表示,计算的结果就用国际单位制单位表示,这样在统一已知量的单位后,就不必一一写出各个量的单位,只在数字后面写出正确单位即可.四个选项中,选项A,C错误,选项B解题过程正确,但不简洁,只有选项D运算正确、简洁而又规范.规律方法 使用统一国际单位制后,物理计算可在结果中直接写出物理量的单位.(教师备用)
例3-1:(2016·济南模拟)(多选)下列说法中正确的是(　 　)
A.物体的质量不变,a正比于F,对F和a的单位不限
B.对于相同的合外力,a反比于m,对m与a的单位不限
C.在公式F=ma中,当m和a分别以kg, m/s2作单位时,F必须用 N作单位
D.在公式F=ma中,F,m,a三个量就可以取不同单位制中的单位ABC 解析:利用控制变量法判断各个物理量变化的关系时,与单位没有关系;
牛顿第二定律F=kma中,当质量的单位用kg,加速度的单位用 m/s2,k=1时,F的单位是 N.选项A,B,C正确,D错误.?针对训练3-1? (2017·河北正定中学)有几个同学在一次运算中,得出了某物体位移s同其质量m、速度v、作用力F和运动时间t的关系式分别如下,其中正确的是(　 　)D 测评学习效果·演练当堂技法1.(2017·贵阳高一期末)(多选)关于运动和力的关系,下列说法中正确的是(　 　)
A.当物体所受合外力不变时,运动状态一定不变
B.当物体所受合外力为零时,速度一定不变
C.当物体速度为零时,所受合外力不一定为零
D.当物体运动的加速度为零时,所受合外力不一定为零BC 解析:当物体所受合外力不变时,加速度一定不变,速度一定改变,故选项A错误;当物体所受合外力为零时,加速度为零,速度不变,故选项B正确;当物体速度为零时,加速度不一定为零,故合力不一定为零,如自由落体运动的初始阶段,故选项C正确;当物体运动的加速度为零时,根据牛顿第二定律,合力一定为零,故选项D错误.2.雨滴在空气中下落,当速度比较大的时候,它受到的空气阻力与其速度的二次方成正比,与其横截面积成正比,即Ff=kSv2,则比例系数k的单位是(　 　)
A.kg/m4 B.kg/m3
C.kg/m2 D.kg/mB 解析:由Ff=kSv2得k= ,则k的单位为kg/m3,B正确.3.(2017·江苏省清江中学高一检测)大小分别为1 N和7 N的两个力作用在一个质量为1 kg的物体上,物体能获得的最小加速度和最大加速度分别是(　 　)
A.1 m/s2和7 m/s2
B.5 m/s2和8 m/s2
C.6 m/s2和8 m/s2
D.0 m/s2和8 m/s2C 4.(2017·福建泉州四校高一联考)为了探究“加速度与力、质量的关系”,现提供如图(甲)所示实验装置.请思考探究思路并回答下列问题:
解析:(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是将不带滑轮的木板一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动,以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消,那么小车的合力就是绳子的拉力,C正确;(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是　　　.?
A.将木板不带滑轮的一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B.将木板不带滑轮的一端适当垫高,使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动
C.将木板不带滑轮的一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速
运动
D.将木板不带滑轮的一端适当垫高,在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动答案:(1)C　　解析:(2)图象过原点,恰好平衡摩擦力,木板高度合适,A错误;在拉力较大时,图象发生弯曲,这是由于小车质量没有远大于钩码质量造成的,B错误;a-F图象在a轴上有截距,是由平衡摩擦力太过造成的,平衡摩擦力时木板垫的过高,C正确;图象在F轴上有截距,是由于没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的,D错误;(2)某学生在平衡摩擦力时,使得长木板倾角偏大.他所得到的a-F关系图线是图(乙)中的哪个图线?图中a是小车的加速度,F是细线作用于小车的拉力.答:　 ;?答案:(2)C　(3)消除小车与水平木板之间摩擦力的影响后,要用钩码总重力代替小车所受的拉力,此时钩码质量m与小车总质量M之间应满足的关系为　　　　;?答案:(3)m?M 　(4)图(丙)为某次实验得到的纸带,已知实验所用电源的频率为50 Hz.根据纸带可求出小车的加速度大小为　　　　m/s2.(结果保留两位有效数字)?答案:(4)3.2 　谢谢观赏！