第四章牛顿运动定律4.3牛顿第二定律课件2:59张PPT

课件59张PPT。3　
牛顿第二定律一、牛顿第二定律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_____________
相同。
2.表达式:
(1)比例式:______,式中k是比例系数,F是物体所受的
_______。
(2)国际单位制中:_____。正比反比作用力的方向F=kma合外力F=ma二、力的单位
1.国际单位:_____,简称___,符号为__。
2.“牛顿”的定义:使质量为1 kg的物体产生1 m/s2
的加速度的力叫作1 N,即1 N=__________。?牛顿牛N1 kg·m/s23.比例系数k的意义:
(1)在F=kma中,k的选取与F、m、a的单位有关。
(2)在国际单位制中k=1,牛顿第二定律的数学表达式
为_____,式中F、m、a的单位分别为__、___、____。F=maNkgm/s2【思考辨析】
(1)由牛顿第二定律知,合外力大的物体的加速度一定大。 (　　)
(2)物体的加速度大,说明它的质量一定小。 (　　)
(3)我们用较小的力推很重的箱子,箱子不动,可见牛顿第二定律不适用于较小的力。 (　　)(4)任何情况下,物体的加速度方向一定与它的合力方向相同。 (　　)
(5)比例式F=kma中的k一定为1。 (　　)
(6)两单位N/kg和m/s2是等价的。 (　　)提示:(1)×。由牛顿第二定律知,质量相同时,合外力大的物体的加速度一定大。
(2)×。由牛顿第二定律知,合力相同时,质量越小,加速度越大。
(3)×。由牛顿第二定律可知,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度,这里的力指的是合外力。当我们用一个力推箱子时没有推动,因为箱子还受地面的摩擦力,箱子受到的合外力为零。(4)√。由牛顿第二定律知,物体的加速度方向总是与它的合力方向相同。
(5)×。只有在F、m、a三个量都取国际单位的情况下,比例式F=kma中的k才等于1。
(6)√。因为1 N=1 kg·m/s2,推导可知N/kg和m/s2是等价的。一　对牛顿第二定律的理解
【典例】(多选)关于牛顿第二定律的下列说法中,正确的是 导学号28974100(　　)
A.物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合力大小决定,与物体的速度大小无关B.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
C.物体所受合力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的
D.一旦物体所受合力为零,则物体的加速度立即为零,其速度也一定立即变为零【正确解答】选A、B。根据牛顿第二定律知,加速度大小由物体所受的合力和物体质量决定,方向与合力方向相同,与速度大小和方向无关,A、B正确。物体所受的合力方向与加速度方向相同,与速度方向不一定相同,C错误;物体所受的合力为零,加速度立即为零,但是速度不一定为零,D错误。【核心归纳】
1.对牛顿第二定律的理解:
(1)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制时,才有公式F=kma中k=1,即F=ma。2.牛顿第二定律的六个性质:【易错提醒】
(1)认为先有力,后有加速度:物体的加速度和合外力是
同时产生的,不分先后,但有因果性,力是产生加速度的
原因,没有力就没有加速度。
(2)认为质量与力成正比,与加速度成反比:不能根据m=
得出m∝F、m∝ 的结论,物体的质量m是由自身决定
的,与物体所受的合外力和运动的加速度无关。(3)认为作用力与m和a都成正比:不能由F=ma得出F∝m、F∝a的结论,物体所受合外力的大小是由物体的受力情况决定的,与物体的质量和加速度无关。【过关训练】
1.(多选)关于牛顿第二定律,下列说法中正确的
是 (　　)
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【解析】选A、D。根据牛顿第二定律的瞬时性,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,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,C错误;根据牛顿第二定律的独立性,D正确。2.下列说法正确的是 导学号28974101(　　)
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【解析】选D。由牛顿第二定律F=ma知,F合为零,加速度
一定为零,A错误;对某一物体,F合越大,a越大,由a=
知,a越大只能说明速度变化率越大,速度不一定越
大,B错误;F合、a、Δv三者方向一定相同,而速度方向
与这三者方向不一定相同,C错误,D正确。【补偿训练】
1.物体由静止开始做匀加速直线运动,经过时间t,物体的位移为s,速度为v,则 (　　)A.由公式a= 可知,加速度a由速度的变化量和时间
决定
B.由公式a= 可知,加速度a由物体受到的合力和物体
的质量决定
C.由公式a= 可知,加速度a由物体的速度和位移决定
D.由公式a= 可知,加速度a由物体的位移和时间决定【解析】选B。牛顿第二定律定量地给出了加速度与物
体受到的合外力和物体质量的关系,因此,公式a=
是加速度的决定式;而a= 是加速度的定义式,公式
a= 和a= 给我们提供了两种计算加速度的方法。2.(多选)对牛顿第二定律的理解正确的是 (　　)
A.由F=ma可知,F与a成正比,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【解析】选C、D。虽然F=ma表示牛顿第二定律,但F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。3.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、受到的合力无关
B.物体所受合外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的作用力中的任一个的大小成正比
D.当物体质量改变但其所受合外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【解析】选D。物体加速度的大小与物体受到的合力成正比,与物体的质量成反比,选项A错误;力是产生加速度的原因,只要有合外力,物体就有加速度,它们之间是瞬时对应关系,不存在累积效应,选项B错误;物体加速度的大小与它受到的合外力成正比,选项C错误;由Fx=max知,选项D正确。二　牛顿第二定律的应用
考查角度1 牛顿第二定律在定性分析问题中的应用
【典例1】如图所示，静止在光滑水平面上的物体A的一端固定着处于自然状态①的轻质弹簧。现对物体作用一水平恒力F②，在弹簧被压缩到最短③这一过程中，物体的速度和加速度变化的情况是（ ）
导学号28974102A.速度先增大后减小,加速度先增大后减小
B.速度先增大后减小,加速度先减小后增大
C.速度增大,加速度增大
D.速度增大,加速度减小【审题关键】【正确解答】选B。压缩的初始阶段,水平恒力大于弹簧弹力,合力方向朝左,物体加速,随着物体向左移动,弹簧弹力逐渐增大,合力逐渐减小,加速度逐渐减小,但当弹簧弹力大于水平恒力时,合力方向朝右,物体开始减速,弹簧弹力继续增大,合力逐渐增大,加速度逐渐增大,即先是加速度逐渐减小的加速运动,后是加速度逐渐增大的减速运动,选项B正确。【核心归纳】
1.物体的运动情况由其受力情况决定。分析运动过程要由分析受力入手,再根据牛顿第二定律分析物体的运动情况和加速度变化情况。2.定性问题的分析思路:
(1)对物体进行受力分析,分析物体所受各力的合力的方向、大小。
(2)分析物体加速度的方向、大小。
(3)根据“同向加、反向减”分析物体速度增加还是减小,根据加速度的大小分析速度变化的快慢。【易错提醒】
注意弹簧弹力的可变性引起的的合力的变化,确定物体的运动情况,不能想当然认为物体一接触弹簧就做减速运动。考查角度2 牛顿第二定律在定量计算问题中的应用
【典例2】一个质量为20 kg的物体,从斜面的顶端由
静止匀加速滑下,物体与斜面间的动摩擦因数为0.2,
斜面与水平面间的夹角为37°(g取10 m/s2,sin 37°
=0.6,cos 37°=0.8)。 导学号28974103(1)求物体沿斜面下滑过程中的加速度。
(2)给物体一个初速度,使之沿斜面上滑,求上滑的加速度。【正确解答】(1)沿斜面下滑时,物体受力如图由牛顿第二定律得:
mgsin 37°-Ff=ma1 ①
FN=mgcos 37° ②
又Ff=μFN ③
所以a1=gsin 37°-μgcos 37°=4.4 m/s2,
方向沿斜面向下。(2)物体沿斜面上滑时,摩擦力沿斜面向下,物体受力如图由牛顿第二定律得:mgsin 37°+Ff=ma2 ④
联立②③④得
a2=gsin 37°+μgcos 37°=7.6 m/s2,方向沿斜面
向下。
答案:(1)4.4 m/s2,沿斜面向下
(2)7.6 m/s2,沿斜面向下【核心归纳】
1.牛顿第二定律的用途:牛顿第二定律是联系物体受力情况与物体运动情况的桥梁。根据牛顿第二定律,可由物体所受各力的合力,求出物体的加速度,也可由物体的加速度,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Fx、Fy,再应用牛顿
第二定律分别求加速度ax、ay。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 【过关训练】
1.(多选)如图所示,一个铁球从竖直立在地面上的轻质弹簧正上方某处自由落下,接触弹簧后弹簧做弹性压缩。从它接触弹簧开始到弹簧压缩到最短的过程中,小球的速度和受到的合力的变化情况是 (　　)A.速度先变大后变小　　 B.合力变小,速度变小
C.合力变大,速度变大 D.合力先变小后变大【解析】选A、D。小球与弹簧接触后,开始重力大于弹
力,合力向下,a= ,弹力在增大,则合力在减小,由
于加速度的方向与速度方向相同,速度增加。当弹力等
于重力时,合力为零,速度最大。然后弹力大于重力,合
力向上,a= ,弹力在增大,则合力在增大,由于加速
度方向与速度方向相反,速度减小。所以合力先变小后
变大,加速度先变小后变大,速度先变大后变小,故A、
D正确,B、C错误。2.一个质量为m=1 kg的小物体放在光滑水平面上,小物体受到两个水平恒力F1=2 N和F2=2 N作用而处于静止状态,如图所示。现在突然把F1绕其作用点在竖直平面内向上转过53°,F1大小不变,则此时小物体的加速度大小为(sin 53°=0.8、cos 53°=0.6) (　　)A.2 m/s2 B.1.6 m/s2
C.0.8 m/s2 D.0.4 m/s2【解析】选C。开始时两力大小相等,相互平衡;将F1
转过53°时,物体受到的合力为F=F2-F1cos 53°=
2 N-2×0.6 N=0.8 N;则由牛顿第二定律可知,加速
度为a= m/s2=0.8 m/s2;故选项C正确。【拓展例题】考查内容:生活中的摩擦力
【典例】(多选)物体A、B都静止在同一水平面上,它
们的质量分别为MA、MB,与水平面间的动摩擦因数分
别为μA、μB,平行于水平面的拉力F分别拉物体A、B,
测得加速度a与拉力F的关系图象如图中A、B所示,
则 (　　)A.μA<μB　 B.μA>μB
C.MAMB【正确解答】选B、C。对质量为M的物体受力分析,
假定动摩擦因数为μ,根据牛顿第二定律,有:
F-μMg=Ma
解得:a= -μg,
故a与F关系图象的斜率表示质量的倒数,故MAμB,A、D错误,B、C正确。