高中物理人教版必修1课件：第4章 3牛顿第二定律40张PPT

(共40张PPT)
第四章
3　牛顿第二定律
※※ 理解牛顿第二定律的内容，知道其表达式的确切含义
※ 知道力的国际单位“牛顿”的定义
※※ 熟练运用牛顿第二定律处理有关问题
课 前 预 习
1．内容：物体加速度的大小跟作用力________，跟物体的质量________，加速度的方向跟__________________。
2．表达式
(1)表达式：F＝______，式中k是比例系数，F是物体所受的_________。
(2)国际单位制中：F＝_____。
牛顿第二定律
成正比
成反比
作用力的方向相同
kma
合外力
ma
1．国际单位：_______，简称_____，符合为_____。
2．“牛顿”的定义：使质量为1kg的物体产生________的加速度的力，称为1N，即1N＝_____________。
3．比例系数k的含义：关系式F＝kma中的比例系数k的数值由F、m、a三量的单位共同决定，三个量都取国际单位，即三量分别取___、___、_____作单位时，系数k＝___。
力的单位
牛顿
牛
N
1m/s2
1kg·m/s2
N
kg
m/s2
1
『判一判』
(1)由牛顿第二定律可知，加速度大的物体所受的合外力一定大。(　　)
(2)牛顿第二定律说明了质量大的物体其加速度一定小。(　　)
(3)任何情况下，物体的加速度的方向始终与它所受的合外力方向一致。(　　)
(4)在国际单位制中，公式F＝kma中，k＝1。(　　)
×
×
√
√
CD


解析：牛顿第二定律的表达式F＝ma表明了各物理量之间的数量关系，即已知两个量，可求第三个量，但物体的质量是由物体本身决定的，与受力无关；作用在物体上的合力，是由和它相互作用的物体作用产生的，与物体的质量和加速度无关；故排除A、B，选C、D。
课 内 探 究
如图所示，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。根据牛顿第二定律，有力作用就产生加速度，为什么小强用力拉车时车子不动呢？小强的拉力不产生加速度吗？



提示：小强的拉力能产生加速度，但牛顿第二定律公式中的F指的是物体受到的合外力，汽车在水平方向上不只受到小强的拉力，还同时受到地面摩擦力的作用，它们相互平衡，所以小车不动。
探究一 对牛顿第二定律的理解
1．牛顿第二定律的六个特性
同体性 F＝ma中F、m、a都是对同一物体而言的
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 F＝ma是一个矢量式。物体的加速度方向由它所受的合力方向决定，且总与合力的方向相同
瞬时性 加速度与合力是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失
相对性 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
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分力和分加速度在各个方向上的分量关系也遵循牛顿第二定律，即Fx＝max，Fy＝may
特别提醒：物体的加速度的方向与物体所受的合外力是瞬时对应关系，即a与合力F方向总是相同，但速度v的方向不一定与合外力的方向相同。
C
解析：质点受多个力的作用，处于静止状态，则多个力的合力为零，其中任意一个力与其余所有力的合力大小相等、方向相反，使其中一个力的大小逐渐减小到零再恢复到原来的大小，则其余所有力的合力先变大后变小，但合力的方向不变，根据牛顿第二定律，a先增大后减小，v始终增大，故选项C正确。
B
汽车突然刹车，要在很短时间内停下来，会产生很大的加速度，这个加速度是靠什么力产生的？如何求这个力？



提示：摩擦力；Ff＝ma
探究二 牛顿第二定律的应用
1．解题的一般步骤
(1)明确研究对象。根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体
(2)进行受力分析和运动状态分析，画好受力分析图，明确运动性质和运动过程。
(3)建立坐标系，一般以加速度方向和垂直加速度方向为两坐标轴的方向。
(4)根据牛顿第二定律列方程求解。


2．常用方法
(1)矢量合成法：若物体只受两个力作用时，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外力的方向。反之，若知道加速度的方向，也可应用平行四边形定则求物体所受的合外力。

(2)正交分解法：当物体受到多个力的作用时，利用正交分解法较为简单，利用正交分解法需要建立直角坐标系，建系原则是尽可能少分解矢量。因此建系有两种情况：
①沿加速度的方向建一坐标轴，沿垂直加速度方向建一坐标轴。这种方法不需要分解加速度。
②沿某特定方向建立坐标轴，这样可能少分解力，但需要分解加速度，此时应用：Fx＝max，Fy＝may。
解析：这是一个动力学问题，人受到竖直向下的重力mg、竖直向上的支持力FN和水平向右的摩擦力Ff，因为人的加速度方向沿扶梯向上，所以人所受的这三个力的合力方向也沿扶梯向上。
解法一：建立如图甲所示的直角坐标系，人的加速度方向正好沿x轴正方向，由题意可得
x轴方向：
Ffcosθ＋FNsinθ－mgsinθ＝ma
y轴方向：
FNcosθ＋Ffsinθ－mgcosθ＝0
解得FN＝mg＋masinθ，
Ff＝macosθ。
解法二：建立如图乙所示的直角坐标系(水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向)。由于人的加速度方向是沿扶梯向上的，这样建立直角坐标系后，在x轴方向和y轴方向上各有一个加速度的分量，其中x轴方向的加速度分量ax＝acosθ，y轴方向的加速度分量ay＝asinθ，根据牛顿第二定律有
x轴方向：Ff＝max；y轴方向：FN－mg＝may
解得：FN＝mg＋masinθ，Ff＝macosθ。
比较以上两种解法，很显然，两种解法都得到了同样的结果，但是，第二种解法较简便。
答案：mg＋masinθ macosθ
C
素 养 提 升
在应用牛顿第二定律求解物体的瞬时加速度时，经常会遇到轻绳、轻杆、轻弹簧和橡皮绳这些常见的力学模型。全面准确地理解它们的特点，可帮助我们灵活正确地分析问题。
1．模型的共同点：都是质量可忽略的理想化模型，都会发生形变而产生弹力，同一时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关。
不同模型瞬时加速度的求法
2．模型的不同点：
弹力表现形式 弹力方向 弹力能否突变
轻绳 拉力 沿绳收缩方向 能
轻杆 拉力、支持力 不确定 能
轻弹簧 拉力、支持力 沿弹簧轴线 不能
橡皮条 拉力 沿橡皮条收缩方向 不能
C
课 堂 达 标
课 时 作 业