2021学年3 牛顿第二定律教课ppt课件

这是一份2021学年3 牛顿第二定律教课ppt课件，共35页。PPT课件主要包含了基础探究，合作探究，实践应用，情境化导学，形成概念掌握新知，思考与自测，问题情境，突破要点提升关键，归纳拓展，拓展延伸凝练素养等内容，欢迎下载使用。

1.知道牛顿第二定律的内容和表达式的确切含义。2.知道在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动力学问题。
知识点一　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 ,加速度的方向跟作用力的方向 。2.表达式F= ,其中k是比例系数,若质量和加速度的单位分别取kg和m/s2,力的单位取kg·m/s2,则k= ,此时表达式简化为F= 。3.力的单位在国际单位制中,力的单位是 ,符号是 ,1 N=1 。
知识点二　牛顿第二定律的初步应用1.物体同时受到几个力的作用时,牛顿第二定律中的“作用力”指的是 ,此时牛顿第二定律的公式表述为 。2.如果作用在物体上的各个分力在一平面内,在此平面内建立直角坐标系,分别求得各分力在x、y方向的合力Fx合、Fy合,则牛顿第二定律可写成Fx合= ,Fy合= 。
1.思考判断(1)由牛顿第二定律知,合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)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)加速度的两单位N/kg和m/s2是等价的。(　 　)
答案:不可以。公式中的各量必须用国际单位。若不然,公式中的比例系数就不再等于1。
2.思维探究(1)在应用公式F=ma进行计算时,F的单位用N,m的单位用g是否可以?
答案:①牛顿第二定律F=ma中的力F指的是物体受的合力,尽管小明对箱子有一个拉力作用,但箱子受的合力为零,所以不能产生加速度。
(2)如图所示,小明用力拉地面上的箱子,但箱子没动,请思考:①根据牛顿第二定律,有力就能产生加速度,但为什么箱子一直没动呢?
②如果箱底光滑,当拉力作用在箱子上的瞬间,箱子是否立刻获得加速度?
答案:②加速度与力之间是瞬时对应关系,有力就立刻获得加速度。
要点一　对牛顿第二定律的理解
如图所示是一辆方程式赛车,车身结构一般采用碳纤维等材料进行轻量化设计,比一般小汽车的质量小得多,而且还安装了功率很大的发动机,可以在4～5 s的时间内从静止加速到 100 km/h。你知道为什么要使赛车具备质量小、功率大两个特点吗?答案:赛车的质量小,赛车的运动状态容易改变;功率大,可以为赛车提供较大的动力。因此这两大特点可以使赛车提速非常快(加速度大)。
1.表达式F=ma的理解(1)单位统一:表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。(2)F的含义:F是合力时,a指的是合加速度,即物体的加速度;F是某个力时,a是该力产生的加速度。2.牛顿第二定律的六大特性
4.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零,就会产生加速度。加速度与合力方向是相同的,大小与合力成正比。(2)力与速度无因果关系:合力方向与速度方向可以相同,可以相反,还可以有夹角。合力方向与速度方向相同时物体做加速运动,相反时物体做减速运动。
[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力的方向一致D.当合力停止作用时,加速度随之消失
关于牛顿第二定律理解的三大误区(1)认为先有力,后有加速度:物体的加速度和力是同时产生的,不分先后,但有因果关系。力是产生加速度的原因,没有力就没有加速度。
(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。
[针对训练1] (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方向不变的水平力的作用,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
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所受合力;水平力逐渐减小,合力也逐渐减小,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。
要点二　牛顿第二定律的简单应用
2.解题方法(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大小。加速度的方向即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,常用正交分解法求物体所受的合力。①建立坐标系时,通常选取加速度的方向作为某一坐标轴的正方向(也就是不分解加速度),将物体所受的力正交分解后,列出方程Fx=ma,Fy=0。
[例2]如图所示,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,不计空气阻力。(g取 10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)(1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况;
答案:(1)7.5 m/s2,方向水平向右　车厢可能做水平向右的匀加速直线运动或水平向左的匀减速直线运动　
[例2]如图所示,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,不计空气阻力。(g取 10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)(2)求悬线对小球的拉力大小。
答案:(2)12.5 N
(1)应用牛顿第二定律解题时,正确选取研究对象及受力分析至关重要,加速度a一定与F合同向,但速度不一定与加速度同向。(2)合成法常用于两个互成角度的共点力的合成,正交分解法常用于三个或三个以上互成角度的共点力的合成。
[针对训练2] 如图所示,自动扶梯与水平面夹角为θ,上面站着质量为m的人,当自动扶梯以加速度a加速向上运动时,求扶梯对人的弹力N和扶梯对人的摩擦力f,重力加速度为g。
答案:mg+masin θ　macs θ
解析:法一　分析人受竖直向下的重力mg、竖直向上的支持力N和水平向右的摩擦力f,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,将各力正交分解,由牛顿第二定律可得x轴方向fcs θ+Nsin θ-mgsin θ=ma,y轴方向Ncs θ-fsin θ-mgcs θ=0,解得N=mg+masin θ,f=macs θ。法二　建立如图乙所示的直角坐标系。由于人的加速度方向是沿扶梯向上的,则在x轴方向和y轴方向上各有一个加速度的分量,分别为ax=acs θ,ay=asin θ,根据牛顿第二定律有x轴方向f=max,y轴方向N-mg=may,解得N=mg+masin θ,f=macs θ。
要点三　瞬时加速度的求解
如图所示,用手向下压弹簧玩偶的头部,玩偶头部处于平衡状态。若人向下压的力为F,弹簧玩偶的头部质量为m,人手突然撤离时,弹簧玩偶头部的加速度为多大?
1.两种模型:加速度与合力具有瞬时对应关系,二者同时产生、变化和消失,可简化为以下两种模型。
2.轻绳、轻杆、轻弹簧、橡皮条的区别。
[例3] (多选)如图,A、B两球质量相等,光滑斜面的倾角为θ,图甲中A、B两球用轻弹簧相连,图乙中A、B两球用轻杆相连,系统静止时,挡板C与斜面垂直,弹簧、轻杆均与斜面平行,重力加速度为g,在突然撤去挡板的瞬间(　 　)A.图乙中A、B球间杆的作用力为零B.图乙中A球的加速度为gsin θC.图甲中B球的加速度为2gsin θD.图甲中A球的加速度为gsin θ
解析:撤去挡板前,对整体分析,无论是图甲还是图乙,挡板对B球的弹力大小均为2mgsin θ。因弹簧弹力不能突变,所以撤去挡板的瞬间,图甲中A球所受合力为零,加速度为零;图甲中B球所受合力为2mgsin θ,加速度为2gsin θ,故选项C正确,D错误;杆的弹力可以突变,所以撤去挡板的瞬间,图乙中杆的弹力突变为零,A、B球所受合力均为mgsin θ,加速度均为gsin θ,故选项A、B正确。
解决瞬时性问题的基本思路(1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况,求出各力大小(若物体处于平衡状态,则利用平衡条件;若处于加速状态,则利用牛顿第二定律)。(2)分析当状态变化时(剪断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等),哪些力变化,哪些力不变,哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力,被撤去物体接触面上的弹力都立即消失)。(3)求物体在状态变化后所受的合力,利用牛顿第二定律,求出瞬时加速度。
[针对训练3] (多选)如图所示,质量为m的球与轻质弹簧Ⅰ和水平细线Ⅱ相连,Ⅰ、Ⅱ的另一端分别固定于P、Q。小球静止时,Ⅰ中弹力大小为F1,Ⅱ中拉力大小为F2,当仅剪断Ⅰ、Ⅱ中的一根的瞬间,小球的加速度a应是(　 　)
模型·方法·结论·拓展
力和运动类问题的处理思路1.运动状态决定因素:物体的运动状态取决于物体的初速度和物体的受力情况,当物体的受力情况发生变化时,物体的运动状态也会随之发生变化。2.解题思路:分析物体的受力情况→求合力→由牛顿第二定律求物体的加速度→将初速度与加速度相结合判断物体速度的变化情况。
[示例] (多选)如图所示,一轻质弹簧竖直固定在水平面上,一物块自弹簧正上方自由下落,在物块与弹簧接触并将弹簧压缩至最短(在弹性限度内)的过程中,下列说法正确的是(　 　)A.物块接触弹簧后即做减速运动B.物块接触弹簧后先加速后减速C.当物块的速度最大时,它所受的合力不为零D.当弹簧被压缩至最短时,物块的加速度不等于零
解析:物块与弹簧接触前做自由落体运动;物块与弹簧接触后,弹簧弹力不断增大,开始阶段弹簧弹力小于物块的重力,合力向下,加速度向下,物块做加速度不断减小的加速运动;当加速度减小为零时,速度达到最大;接下来物块继续向下运动,弹力进一步变大,且大于物块的重力,合力向上,加速度向上,物块做加速度不断变大的减速运动,当速度减小为零时,弹簧压缩量最大,物块加速度最大,故选项B、D说法正确。
科学·技术·社会·环境
雨滴砸不死蚊子的原因研究组发现,若是雨滴击中蚊子时,蚊子栖息于无法移动的地面上(如图),雨滴的速度将瞬间减小为0,这时蚊子就会承受相当于它体重10 000倍的力,足以致命。而当蚊子在空中被击中并采用“不抵抗”策略,顺应雨滴加速下落,化解高速下降的雨滴带来的巨大冲击力,蚊子受到的冲击力就减小为自重的50～300倍,只相当于在蚊子身上压了一根羽毛——这是蚊子所能承受的。想不到这小小的蚊子用一手“太极”就能化险为夷。
[示例] 棒球棍可以用作防身武器,但是人们发现用棒球棍击中空中飞舞的蚊子却难以将蚊子打死。已知一只蚊子质量约5 mg,棒球棍挥舞击中蚊子的瞬间速度可以达到 80 m/s,假设蚊子在被棒球棍击中前在空中盘旋的速度忽略不计,被棒球棍击中的瞬间在0.04 s内加速到与棒球棍相同的速度,加速过程近似看作匀加速,请同学们估算棒球棍对蚊子的作用力多大。