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    高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律图文ppt课件

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    这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律图文ppt课件,共40页。PPT课件主要包含了目录索引等内容,欢迎下载使用。

    基础落实·必备知识全过关
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    一、牛顿第二定律1.内容:物体加速度的大小跟它受到的     成正比,跟它的_______    成反比,加速度的方向跟    的方向相同。     F为物体所受的合力2.表达式:F=  。 3.当力的单位取N、质量的单位取kg、加速度的单位取m/s2时,k=1,表达式变为F=ma。二、力的单位1.国际单位制中,力的单位是   ,符号  。 2.力的单位“牛顿”的含义:使质量为  的物体在某力的作用下获得   的加速度,这个力称为1 N,即1 N=     。 
    情境链接如图所示,在平直轨道上运动的车厢中的光滑水平桌面上用弹簧系着一个小球,弹簧处于自然长度。当乘客看到弹簧的长度变长时,则火车的速度变化情况是怎样的?
    提示 物体的加速度的方向与物体所受的合外力的方向是瞬时对应关系,即a与合外力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。当乘客看到弹簧的长度变长时,若火车向右运动,速度在减小;若火车向左运动,速度在增大。
    易错辨析(1)由牛顿第二定律知,质量大的物体的加速度一定小。(  )(2)任何情况下,物体的合力方向一定与它的加速度方向相同。(  )(3)任何情况下,比例式F=kma中的k一定为1。(  )(4)只要物体受到合力不为零,物体一定有加速度。(  )
    由牛顿第二定律知,合力一定时,质量大的物体的加速度一定小。
    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。
    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。
    由牛顿第二定律知,只要合力不为零,物体的加速度就不为零。
    探究点一 对牛顿第二定律的理解
    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?是否立刻获得速度? 
    要点提示 (1)牛顿第二定律F=ma中的力F指的是物体所受的合力,尽管小明对箱子有一个拉力作用,但箱子所受的合力为零,所以不能产生加速度。(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,但速度的获得,需要一段时间,故不能立刻获得速度。
    1.对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律揭示了加速度与力、质量的关系,指明了加速度大小和方向的决定因素,对于牛顿第二定律应该从以下六个方面进行深刻理解:
    特别提示 表达式F=ma中,F是合力时,加速度a指的是合加速度,即物体的加速度;F是某个力时,加速度a是该力产生的加速度。
    2.两个加速度公式的区别(1) 是加速度的定义式,是比值定义法定义的物理量,a与v、Δv、Δt均无关;(2) 是加速度的决定式,加速度由其受到的合力和质量决定。特别提示 合力决定物体的加速度,加速度决定速度如何变化。
    【例1】 (多选)下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解,正确的是(  )A.由F=ma可知,物体所受的合力与物体的质量和加速度成正比B.由 可知,物体的质量与其所受的合力成正比,与其运动的加速度成反比C.由 可知,物体的加速度与其所受的合力成正比,与其质量成反比D.由 可知,物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力而求得
    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,作用在物体上的合力,可由物体的质量和加速度计算,并不由它们决定,A错误;质量是物体本身的属性,由物体本身决定,与物体是否受力无关,B错误;由牛顿第二定律知加速度与合力成正比,与质量成反比,m可由其他两个量求得,故C、D正确。
    方法技巧 牛顿第二定律的表达式及其变形式的比较
    对点演练1.关于牛顿第二定律,下列说法不正确的是(  )A.牛顿第二定律的表达式F=ma是矢量式,a与F方向始终相同B.某一瞬间的加速度,只能由这一瞬间的外力决定,而与这一瞬间之前或之后的外力无关C.在公式F=ma中,若F为合力,则a等于作用在该物体上的每一个力产生的加速度的矢量和D.物体的运动方向一定与物体所受合力的方向相同
    解析 牛顿第二定律表达式是矢量式,a与F方向始终相同,A正确;F=ma具有瞬时性,B正确;如果F=ma中F是合力,则a为合力产生的加速度,即各分力产生加速度的矢量和,C正确;如果物体做减速运动,则v与F反向,D错误。
    【例2】 (多选)如图所示,在光滑固定斜面上有一物块从A点由静止开始沿斜面向下运动,斜面底端有一固定轻弹簧,物块到B点时接触轻弹簧,到C点时弹簧压缩到最短。从A到C过程中,下列说法正确的是(  )A.物块在B点处速度最大B.物块先做加速运动再做减速运动C.当物块的加速度等于零时,速度最大D.当弹簧压缩量最大时,物块的加速度等于零
    解析 物块接触弹簧之前,做匀加速直线运动,接触弹簧之后,当弹力小于重力沿斜面向下的分力时,物块继续加速,当弹力与重力分力平衡时,加速度为零,速度最大,之后,弹力大于重力分力,物块减速,直到速度为零,此时弹簧压缩量最大,弹力大于重力的分力,物体加速度沿斜面向上,故B、C正确。
    方法技巧 利用牛顿第二定律判断加速度或速度变化情况(1)判断物体加速度变化情况:受力分析——合力(并非某个力)变化情况——加速度与合力变化情况相同。(2)判断物体速度变化情况:①加速度(或合力)与速度同向——速度增大;②加速度(或合力)与速度反向——速度减小;③加速度为零时——速度最小或最大。
    对点演练2.(2023广东肇庆二模)如图所示,弹弓将飞箭以竖直向上的初速度v0弹出,飞箭上升到最高点后再徐徐下落,已知飞箭上升过程中受到的空气阻力越来越小,下落过程中受到的空气阻力越来越大,则飞箭(  )A.上升过程中,速度越来越大B.上升过程中,加速度越来越小C.下落过程中,速度越来越小D.下落过程中,加速度越来越大
    解析 由牛顿第二定律可知,上升过程飞箭所受的合力F上=mg+F阻=ma,飞箭上升过程中受到的空气阻力越来越小,合力F上变小,加速度也越来越小,故做加速度逐渐减小的减速运动,B正确,A错误;由牛顿第二定律可知,下降过程飞箭所受的合力F下=mg-F阻=ma',飞箭下降过程中受到的空气阻力越来越大,合力F下变小,加速度越来越小,故做加速度逐渐减小的加速运动,C、D错误。
    探究点二 牛顿第二定律的应用
    如图所示,有一辆满载西瓜的汽车在水平路面上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,那么如何得出F的大小和方向呢?
    要点提示 汽车在水平路面向左沿直线做匀加速运动,因此西瓜的加速度方向向左,所以根据牛顿第二定律可知,质量为m的西瓜A所受合外力向左,又因为受竖直向下的重力,可得其他西瓜对它的作用力的合力为F,力之间的关系如图所示,由三角形知识以及牛顿第二定律可得
    1.应用牛顿第二定律解题的步骤
    2.解题方法(1)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,加速度的方向即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,常用正交分解法求物体的合力。①建立坐标系时,通常选取加速度的方向作为某一坐标轴(如x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。②特殊情况下,若物体的受力都在两个互相垂直的方向上,也可将坐标轴建立在力的方向上,正交分解加速度a。根据牛顿第二定律 列方程求解。
    【例3】 如图所示,带支架的平板小车沿水平面向左做直线运动,小球A用细线悬挂于支架前端,质量为m的物块B始终相对于小车静止在小车右端。若某时刻观察到细线偏离竖直方向θ角,求:(1)小车的加速度;(2)此刻小车对物块B产生的作用力的大小和方向(重力加速度为g)。
    解析 (1)以A为研究对象,受力分析如图甲所示
    根据牛顿第二定律和几何关系得 =tan θ,解得a=gtan θ,方向水平向右。
    (2)B的受力分析如图乙所示以水平向右为x轴正方向建立图示平面直角坐标系根据牛顿第二定律,沿x轴方向,有Ff=ma沿y轴方向,有FN-mg=0解得,小车对B的摩擦力Ff=mgtan θ,方向水平向右小车对B的支持力FN=mg,方向竖直向上则小车对物块B产生的作用力的大小为设F与x轴正向的夹角为φ,则即F的方向与小车平板成(90°-θ)角斜向右上。答案 (1)gtan θ,方向水平向右(2) ,方向与小车平板成(90°-θ)角斜向右上
    方法技巧 利用牛顿第二定律解题时,通常采用合成法或正交分解法。前者适用于物体受两个力作用时,后者适用于物体受多个力作用时;建立坐标系时,不管选取哪个方向为x轴正方向,最后的结果都是一样的,但在选取坐标系时,应以分解力的个数少为原则。
    对点演练3.(2023天津高一期末)某同学想研究地铁的运动情况,他用细线将一支质量为m的笔悬挂在地铁的扶手上,图中显示某段时间内,细线相对竖直扶手偏东保持倾角为θ。已知此过程中地铁在东西方向水平直轨道上运动。下列说法正确的是(  )A.地铁一定向西加速运动B.地铁的加速度可能向东C.地铁的加速度大小为gsin θD.这支笔所受力的合力大小为mgtan θ
    解析 把笔看成质点,受力示意图如图所示,竖直方向受力平衡,水平方向合力向西,有F合=mgtan θ=ma,解得a=gtan θ,方向水平向西,故B、C错误,D正确;地铁的加速度向西,地铁可能向西加速运动,也可能向东减速运动,故A错误。
    1.(牛顿第二定律的理解)(2023山东潍坊高一期末)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,可是我们用一个力推桌子没有推动是因为(  )A.牛顿第二定律不适用于静止的物体B.桌子的加速度很小,速度增量很小,眼睛不易觉察到C.推力小于摩擦力,加速度是负值D.推力、重力、地面的支持力与摩擦力的合力等于零,物体的加速度为零,所以物体仍静止
    解析 牛顿第二定律中的力应理解为物体所受的合力,用一个力推桌子没有推动,是由于桌子所受推力、重力、地面的支持力与摩擦力的合力等于零,物体的加速度为零,所以物体仍静止,故选项D正确,A、B、C错误。
    2.(合外力、加速度和速度的关系)(2023上海黄浦高一期末)如图所示,在光滑的水平面的左端有个一端被固定的弹簧,一个小球以一定的初速度滚向弹簧,从弹簧开始被压缩到变为最短的过程中,关于小球的速度与加速度变化的情况,下列正确的是(  )A.速度减小,加速度增大B.速度减小,加速度减小C.速度增大,加速度增大D.速度增大,加速度减小
    解析 小球以一定的初速度滚向弹簧,从弹簧开始被压缩到变为最短的过程中,小球受到的弹力逐渐增大,方向与初速度方向相反,故小球加速度逐渐增大,速度逐渐减小,A正确。
    3.(牛顿第二定律的应用)(2023山东济南高一期末)如图所示,水平桌面上质量为1 kg的物块受到大小为10 N、与水平方向成37°角的拉力。已知物块与桌面的动摩擦因数为0.5,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。则物块的加速度大小为(  )A.3 m/s2B.5 m/s2C.6 m/s2D.10 m/s2
    解析 根据牛顿第二定律可得Fcs 37°-Ff=ma,又Ff=μFN=μ(mg-Fsin 37°),联立解得a=6 m/s2,故C正确。
    4.(牛顿第二定律的应用)如图所示,质量为2 kg的物块沿水平地面向左运动,受一大小为10 N、方向与水平方向成37°斜向右上方的恒力F作用,物块与地面间的动摩擦因数为0.2,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。取水平向左为正方向,则物块的加速度为(  )A.-6 m/s2B.2 m/s2C.-2 m/s2D.-5.4 m/s2
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