高中物理粤教版 (2019)必修 第一册第三节 牛顿第二定律集体备课课件ppt
展开1.内容:物体加速度的大小与它受到的作用力成______比,与它的质量成______比,加速度的方向跟作用力的方向__________.2.表达式.(1)表达式:F=________,式中k是比例系数,F指的是物体所受的________.(2)国际单位制中:F=__________.
根据牛顿第二定律,下列叙述正确的是( )A.物体加速度的方向可能与它所受合力的方向相反B.物体所受合力必须达到一定值时,才能使物体产生加速度C.物体加速度的大小与它所受的任一个力的大小都成正比D.当物体的质量改变时,若所受的合力不变,则物体加速度大小与其质量成反比【答案】D
【解析】根据牛顿第二定律,物体加速度的方向与它所受合力的方向相同,故A错误;物体所受合力不为零就一定产生加速度,故B错误;物体实际加速度的大小与它所受的所有力的合力成正比,故C错误;当物体的质量改变时,若所受合力不变,则物体加速度大小与其质量成反比,故D正确.
1.比例系数k的意义.(1)在F=kma中,k的选取有一定的________.(2)在国际单位制中k=______,牛顿第二定律的数学表达式为________,式中F、m、a的单位分别为________、________、________.2.国际单位:力的单位是________,简称____,符号________.3.1 N的物理意义:将使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力规定为1 N,即1 N=___________.
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,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.牛顿第二定律的六个性质.
例1 (多选)关于牛顿第二定律,下列说法正确的有( )A.公式F=ma中,各量的单位可以任意选取B.某一瞬间的加速度只决定于这一瞬间物体所受合力,而与这之前或之后的受力无关C.公式F=ma中,F表示物体所受合力,a实际上是作用于该物体上每一个力所产生的加速度的矢量和D.物体的运动方向一定与它所受合力方向一致【答案】BC
【解析】F、m和a必须选取统一的国际单位,才可写成F=ma的形式,否则比例系数k≠1,所以A错误;牛顿第二定律表述的是某一时刻合力与加速度的对应关系,它既表明F、m和a三者数值上的对应关系,同时也表明合力的方向与加速度的方向是一致的,即矢量对应关系,而与速度方向不一定相同,所以B正确,D错误;由力的独立作用原理知,作用在物体上的每个力都将各自产生一个加速度,与其他力的作用无关,物体的加速度是每个力所产生的加速度的矢量和,故C正确.
变式1 如图所示,一辆汽车在平直公路上运动,从某时刻开始计时,汽车在第1 s、第2 s、第3 s内前进的距离分别是5.4 m、7.2 m、 9.0 m.某同学根据题目所提供的信息,猜想汽车在这3 s内做匀加速直线运动.如果他的猜想是正确的,可进一步推断汽车所受的合力( )A.保持不变 B.越来越大C.越来越小 D.先变大后变小
【答案】A 【解析】根据牛顿第二定律可知,做匀加速直线运动的物体,所受合力恒定, B、C、D错误,A正确.
变式2 (多选)受水平外力F作用的物体,在粗糙水平面上做直线运动,其v-t图像如图所示,则( )A.在0~t1内,外力F的大小不断增大B.在t1时刻,外力F为零C.在t1~t2内,外力F的大小可能不断减小D.在t1~t2内,外力F的大小可能先减小后增大【答案】CD
【解析】由图可知0~t1斜率一直减小,即加速度一直减小,根据牛顿第二定律可知F-f=ma,摩擦力f保持不变,则外力F一直减小,故A错误;t1时刻加速度为零,合力为零,则F=f,外力F不为零,故B错误;在t1~t2内,物体做加速度增大的减速运动,摩擦力f保持不变,若 F与速度同向,有f-F=ma,得 F减小;若 F与速度反向有f+F=ma,得 F增大,故C、D正确.
理解牛顿第二定律的误区
1.应用牛顿第二定律解题的一般步骤.
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θ=37°角.小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg.(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)求:(1)车厢运动的加速度;(2)悬线对小球的拉力.【答案】(1)7.5 m/s2,方向水平向右 (2)12.5 N
【解析】方法一:合成法.由于车厢沿水平方向运动,且小球和车厢相对静止,所以小球加速度(或合力)的方向水平向右.选小球为研究对象,受力分析如图所示,由牛顿第二定律,得F合=mgtan θ=ma,小球的加速度悬线对小球的拉力大小
方法二:正交分解法.建立直角坐标系,并将悬线对小球的拉力正交分解,如图所示.沿水平方向有Fsin θ=ma,沿竖直方向有Fcs θ=mg,解以上两式得a=7.5 m/s2,F=12.5 N,a的方向水平向右.
变式3 如图所示,将质量m=0.1 kg的圆环套在固定的水平直杆上,环的直径略大于杆的截面直径.环与杆间动摩擦因数μ=0.8.对环施加一位于竖直平面内斜向上,与杆夹角θ=53°的拉力F,使圆环以a=4.4 m/s2的加速度沿杆运动,求F的大小为多少?(取sin 53°=0.8,cs 53°=0.6,g=10 m/s2)【答案】1 N或9 N
【解析】若Fsin 53°=mg,可得F=1.25 N.由牛顿第二定律,得F合=ma=0.44 N.情况一:当F<1.25 N时,杆对环的弹力向上由合力计算Fcs θ-μFN=F合,FN+Fsin θ=mg,解得F=1 N.情况二:当F>1.25 N时,杆对环的弹力向下由合力计算Fcs θ-μFN=F合,Fsin θ=mg+FN,解得F=9 N.
变式4 如图所示,物块1、2间用刚性轻质杆连接,物块3、4间用轻质弹簧相连,物块1、3质量为m,2、4质量为M,两个系统均置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态.现将两木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,物块1、2、3、4的加速度大小分别为a1、a2、a3、a4.重力加速度大小为g,则有( )A.a1=a2=a3=a4=0B.a1=a2=a3=a4=g
加速度计的原理加速度计由检测质量(也称敏感质量)、支承、电位器、弹簧、阻尼器和壳体组成.检测质量受支承的约束只能沿一条轴线移动,这个轴常称为输入轴或敏感轴.当仪表壳体随着运载体沿敏感轴方向做加速运动时,根据牛顿第一定律,具有一定惯性的检测质量力图保持其原来的运动状态不变.它与壳体之间将产生相对运动,使弹簧变形,于是检测质量在弹簧弹力的作用下随之加速运动.当弹簧弹力与检测质量加速运动时产生的惯性力相平衡时,检测质量与壳体之间便不再有相对运动,这时弹簧的变形反映被测加速度的大小.
例3 惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中,这个系统的重要元件之一是加速度计,加速度计构造原理的示意图如图所示.沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块,滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连,两弹簧的另一端与固定壁相连,滑块上有指针,可通过标尺测出滑块的位移,然后通过控制系统进行制导.设某段时间内导弹沿水平方向运动,指针向左偏离O点距离为s,则这段时间内导弹的加速度( )
1.(多选)对牛顿第二定律的理解正确的是( )A.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B.合力产生的加速度,可认为作用于物体上的每个力所产生的加速度的矢量和C.加速度的方向总跟合力的方向一致D.当外力停止作用时,加速度随之消失【答案】BCD
【解析】力是产生加速度的原因,A项因果关系颠倒,故A错误;合力产生的加速度与每个分力产生的加速度的合加速度是相同的,只是矢量合成的先后差别,故B正确;a与F的方向时时刻刻都相同,故C正确;加速度与外力是瞬时对应关系,外力停止作用,加速度同时消失,故D正确.
2.(多选)一个质量为2 kg的物体,放在光滑水平面上,受到两个水平方向的大小为5 N和7 N的共点力作用,则物体的加速度可能是( )A.1 m/s2 B.4 m/s2C.7 m/s2 D.10 m/s2【答案】AB 【解析】两个水平方向的大小为5 N和7 N的共点力作用,合力的范围为2 N≤F≤12 N,再由牛顿第二定律知加速度的范围为1 m/s2≤a≤6 m/s2,A、B正确.
3.如图所示,用手提一轻弹簧,弹簧下端挂一金属球.在将整个装置匀加速上提的过程中,手突然停止不动,则在此后一小段时间内( )A.小球立即停止运动B.小球继续向上做减速运动C.小球的速度与弹簧的形变量都要减小D.小球的加速度减小【答案】D
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