高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系3 牛顿第二定律优质课件ppt

课题

《牛顿第二定律》

教学目标

1. 知识目标

①.   体会加速度与力、质量的具体关系

②.   理解牛顿第二定律的内容及意义

③.   理解加速度定义式和决定式的不同

2. 能力目标

①.      理解记忆牛顿第二定律公式及各物理量代表的意义

②.      理解加速度定义式和决定式的不同点

③.      受力分析计算合力

④.      熟练应用牛顿定律解决问题

教学重点

①.   加速度与力和质量的关系

②.   牛顿第二定律的内容和意义

③.    分析物体所受合力然后应用牛顿第二定律求加速度

④.    牛顿第二定律的应用

教学难点

①.   牛顿第二定律的意义

②.   牛顿第二定律的应用

③.   受力分析

教学准备

教师准备：上课教材，教参，课件，练习题

学生准备：教材，笔，草稿本，练习册

教学过程

1.新课导入

在学习了牛顿第一定律之后，我们知道：力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动的原因。那么，力到底是怎样改变物体运动的呢？

我们知道，牛顿第一定律又叫惯性定律，即：物体的惯性只跟质量有关，质量越大，物体的惯性越大，物体运动状态越难以被改变。那么物体受到的力和物体的质量对物体运动状态的改变到底有着怎样的计算关系呢？我们今天就来看一看。

2.讲授新知

牛顿第二定律

         内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

        表达式：a=

         注：实际物体所受的力往往不止一个，式中F指的是物体所受的合力。

例：关于牛顿第二定律的下列说法中，正确的是（　　）

A．物体加速度的大小由物体的质量和所受合力大小决定，与物体的速度大小无关

B．物体的加速度的方向不仅与它所受合力的方向有关，且与速度方向有关

C．物体的加速度方向与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和速度立即变为零

【答案】A

【解析】A．物体加速度的大小由物体质量和所受合力大小决定，与物体的速度大小无关，故A正确；

B．根据牛顿第二定律知，物体的加速度的方向与所受合力的方向一致，与速度方向无关，故B错误；

C．物体加速度方向与速度方向无关，可以相同，可以不同，也可以成一夹角，故C错误；

D．一旦物体所受合力为零，则物体的加速度立即变为零，速度保持不变，故D错误。

故选A。

例：当物体在共点力的作用下处于平衡状态时，下列说法正确的是（     ）

A．物体一定保持静止 B．物体一定做匀速直线运动

C．物体的加速度为零 D．物体一定做匀加速直线运动

【答案】C

【解析】AB．由牛顿第一定律可知，当物体在共点力的作用下处于平衡状态时，物体要么保持静止要么做匀速直线运动，AB错误；

CD．由牛顿第一定律可知，当物体在共点力的作用下处于平衡状态时，物体合外力为零，则加速度为零，C正确、D错误。故选C。

加速度a

       定义式：a==

注：该式为定义式，即我们如何定义加速度这个物理量，我们仍然可以用这个式子计算加速度的大小，但加速度的大小本身与速度变化量与时间无关。

       决定式：a=

注：该式为决定式，即加速度的大小由合力F和质量决定，我们就可以说一个物体的加速度与所受合力成正比，与物体质量成反比。

例：一位同学将水杯竖直握在手里，匀速走在校道上。如果水杯离地的高度保持不变，当他减速向前走时。手对水杯的作用力（　　）

A．变大 B．不变 C．变小 D．无法确定

【答案】A

【解析】匀速行走时，根据平衡条件得，手对水杯的作用力为

减速向前走时，设加速度为，由平行四边形定则得

故A正确，BCD错误。

故选A。

牛顿第二定律的性质

①.       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．

②.       矢量性：F＝ma是一个矢量式．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．

③.       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．

④.       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．

牛顿第二定律的性质

牛二定律就如运动学和力学之间的桥梁，将力学和运动学完全连接起来。

在牛顿以前，伽利略时代，我们只知道力是改变物体运动状态的原因，但是具体怎样改变，我们无从得知。

通过牛二定律，我们知道了力和运动的具体数学关系，对物体施加多大的力可以产生多大的作用效果，我们能从这个表达式直接得出。由此我们能通过对宏观物体的受力分析，就可以直接预测物体将来某一时刻处在什么位置。预测未来也不再变得虚无缥缈，而有实际的理论依据。

例：质量为2kg的物体在大小为20N的水平拉力作用下沿水平地面做匀加速直线运动，已知地面对物体的摩擦力大小为16N，则物体加速度的大小为（　　）

A．1m/  B．2m/  C．8m/  D．10m/

【答案】B

【解析】由牛顿的定律得

解得

m/

故ACD错误，B正确。故选B。

例：质量为0.2kg的气球，用一竖直细绳拉住并保持静止，当把细绳突然放开的瞬间，气球的加速度大小为4m/s2、方向竖直向上，则原来细绳的拉力大小为（　　）

A．0.8N B．1.2N C．2N D．2.8N

【答案】A

【解析】设气球的浮力为F，细线的拉力为T，静止时有：

当把细绳突然放开的瞬间，有：

联立解得：N，故选A。

例：如图所示，质量为2kg的物体静止于水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，物体受到大小为20N，与水平方向成θ＝30°角斜向上的拉力F作用时沿水平面做匀加速运动，求：(1)物体的加速度的大小？（g取10m/s2）

(2)如果拉力大小为40N，物体的加速度为多少？（g取10 m/s2）

【答案】 （1）6.16m/s2；（2）17.32m/s2

【解析】(1) 对物体受力分析得:

代入数据解得:m/s2

(2)当时，代入数据得:m/s2

例：起重机用钢缆把地面上质量为500kg的重物由静止竖直向上吊起，重物向上做匀加速直线运动，2s末的速度为6m/s，g取10m/。求：

（1）重物向上做匀加速直线运动的加速度的大小；

（2）前2s内重物的位移的大小；

（3）钢缆给物体的拉力大小。

【答案】（1）m/；（2）m；（3）N

【解析】（1）重物由静止开始向上做匀加速直线运动，2s末的速度为6m/s，可知加速度大小为:m/

（2）前2s内重物的位移的大小为：m

（3）由牛顿第二定律可知:，可解得钢缆给物体的拉力大小为:

N

力的单位

质量为 1 kg 的物体在某力的作用下获得1 m/的加速度，则这个力：

F ＝ ma ＝ 1 kg·m/

如果我们把这个力叫作“一个单位”的力的话，力 F的单位就是千克米每二次方秒。后人为了纪念牛顿，把它称作“牛顿”，用符号 N 表示。

在质量的单位取千克（kg），加速度的单位取米每二次方秒（ m/），力的单位取牛顿（N）时，牛顿第二定律可以表述为

F=ma

3课堂小结

•          牛顿第二定律的内容

•          加速度的两个表达式

•          牛顿第二定律的性质和意义

•          力的单位

4课堂练习

练1：下列关于速度、加速度、合外力之间的关系，正确的是（     ）

A．物体的速度越大，则加速度越大，所受的合外力也越大

B．物体的速度为0，则加速度为0，所受的合外力也为0

C．物体的速度为0，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大

D．物体的速度很大，但加速度可能为0，所受的合外力一定不为0

【答案】C

【解析】A．速度和加速度无必然的联系，则物体的速度越大，加速度不一定越大，所受的合外力也不一定也越大，A错误；

B．物体的速度为0，加速度不一定为0，所受的合外力也不一定为0，例如自由落体运动刚开始的时候，B错误；

C．物体的速度为0，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大，例如火箭将要发射时，C正确；

D．物体的速度很大，但加速度可能为0，所受的合外力也可能为0，例如高速飞行的子弹，D错误。故选C。

练2：牛顿运动定律与日常生活息息相关，下列有关牛顿运动定律的说法正确的是（　　）

A．牛顿第一定律是牛顿第二定律在合外力为零情况下的特例

B．向尾部喷气使火箭加速的过程，可用牛顿第二定律和牛顿第三定律解释

C．我们用力提一个很重的箱子，却提不动它，这跟牛顿第二定律有矛盾

D．根据牛顿第二定律，运动物体的速度方向必定与其所受合力的方向相同

【答案】B

【解析】A．牛顿第一定律又称惯性定律，是指任何物体都有保持原有运动状态的特性，是普遍规律，不是牛顿第二定律在合外力为零下的特例，A错误；

B．火箭向后喷出气体，气体向后推动空气，根据牛顿第三定律，空气就会给火箭以大小相同的反作用力来推动火箭前进，该力大于火箭重力，根据牛顿第二定律，火箭将加速。B正确；

C．我们用力提一个很重的箱子，却提不动它，是因为提箱子的力太小，此时箱子受到拉力，地面对箱子的支持力以及箱子的重力，三个力的合力为0，根据牛顿第二定律，加速度为0，物体仍保持静止状态，C错误；

D．根据牛顿第二定律，运动物体的加速度方向必定与其所受合力的方向相同，而不是速度方向，D错误；故选B。

练3：一个质量为kg的物体在光滑水平面上受到三个水平恒力的作用，三个力的大小分别为：N、N、N，则该物体的加速度大小不可能是（　　）

A．m/    B．m/  C．m/  D．m/

【答案】A

【解析】、、的合力范围为：

N

由牛顿第二定律可知，加速度大小的范围为

m/

故A不可能，符合题意；BCD可能，不符合题意。故选A。

练4：物体质量为m＝5kg放在粗糙的水平面上，在力F的作用下做a＝2m/s2的匀加速直线运动，方向向右，已知物体与地面之间的动摩擦因数为0.2，则外力F为（  ）

A．20N B．15N C．25N D．10N

【答案】A

【解析】根据牛顿第二定律，可得:

解得:，故选A。

练5：如图所示，有一辆满载西瓜的汽车在水平路面向左沿直线做匀加速运动，加速度大小为a，其中一质量为m的西瓜A受到其他西瓜对它的作用力的合力为F，则关于F的大小和方向的判断正确的是（　　）

A．F的方向向左偏上 B．F的方向水平向左

C．F的大小为 D．F的大小为

【答案】AC

【解析】对西瓜A受力分析，由对象上分析，只受到其他西瓜对它的作用力的合力为F与自身重力作用，根据牛顿第二定律有：

如图所示，则有： ，方向向左偏上

所以AC正确；BD错误；故选AC。

练6：如图所示，质量为m1的球1通过轻绳悬挂在车顶，绳与竖直方向成角，质量为m2的物体2放在车厢地板，二者相对车是静止的。下列说法正确的是（　　）

A．车具有向右、大小为gsin的加速度

B．车具有向左、大小为gtan的加速度

C．物体2受到大小为m2gsin的静摩擦力

D．物体2受到大小为m2gtan的静摩擦力

【答案】D

【解析】AB．小球1受力如图所示，由牛顿第二定律可得

m1gtanθ=m1a1，所以：a1=gtanθ，方向水平向右。AB错误；

CD．球1与物体2相对静止，加速度相等，a1=a2，对物体2则有

Ff=m2a2=m2 gtanθ

C错误，D正确。故选D。

练7：民用航空客机的机舱，除了有正常的舱门和舷梯连接，供旅客上下飞机，一般还设有紧急出口发生意外情况的飞机在着陆后，打开紧急出口的舱门，会自动生成一个由气囊构成的斜面，机舱中的人可沿该斜面滑行到地面上来，示意图如图所示。某气囊构成的斜面倾角θ=37°，斜面AC的长x1=4.0m，CD段为与斜面平滑连接的水平地面。一个质量m=60kg的人从气囊上由静止开始滑下，人与气囊、地面间的动摩擦因数均为μ=0.5。不计空气阻力，取sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2。求∶

(1)人从斜坡上滑下时的加速度大小a1；

(2)人滑到斜坡底端时的速度大小v；

(3)人离开C点后还要在地面上滑行的距离x2。

【答案】(1) m/；(2)m/s； (3)

【解析】(1)人从斜坡上滑下时受到重力、支持力和摩擦力作用，由牛顿第二定律有：

，代入数据解得：m/

(2)由运动学公式有：，代入数据解得：m/s

(3)设人在地面上滑行的加速度为a2，同理有：，由运动学公式有：0-=2,

代入数据解得：

练8：如图甲，质量kg的物体置于倾角的足够长且固定的斜面上，时刻，对物体施加平行于斜面向上的恒力F，时刻撤去力F，物体运动的部分图像如图乙所示。重力加速度g=10m/s2。

（1）求上滑的最远距离x；

（2）物体与斜面间的滑动摩擦力f的大小；

（3）求物体返回出发点时的速度大小。（可用根号表示）

【答案】(1)24m；(2)6N；(3)m/s

【解析】(1)上滑的最远距离:=()=24m

(2)设撤去F后物体继续上滑的加速度大小为，由图像知：m/

由牛顿第二定律，内:,代入数据解得:

(3)因，物体此后将沿斜面加速下滑，由牛顿运动定律有

解得：，返回过程中，由运动学规律有：2=

代入数据解得返回出发点的速度：m/s

课后作业

教师自己安排

板书设计

①.    牛顿第二定律的内容

②.    加速度a的两个表达式

教学反思