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高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 牛顿第二运动定律图文ppt课件
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 牛顿第二运动定律图文ppt课件，共33页。PPT课件主要包含了物理聊吧，迷你实验室，国际单位制等内容，欢迎下载使用。
由上节实验探究可知，物体运动的加速度不仅与其受到的合外力有关，还与物体的质量有关。怎样定量描述这种关系?本节将在前面实验探究的基础上，学习牛顿第二运动定律。
1.牛顿第二运动定律及其意义
大量实验证明，在我们常见的环境中，当物体的质量不变时，其加速度与所受合外力成正比，即
不同物体所受合外力不变时，其加速度与质量成反比，即综合以上两个结论，可得
用文字可表述为:物体加速度的大小与所受合外力的大小成正比，与物体的质量成反比加速度方向与合外力方向相同。这就是牛顿第二运动定律，简称牛顿第二定律。
我们可把上述结论综合写成等式F=kma，式中k是比例常数。力的单位牛顿(N)就是根据牛顿第二定律规定的:使质量为1 kg的物体产生1m/s2的加速度所用的力为1kg·m/s 2 。后人为了纪念牛顿，将 kg·m/s 2称为牛顿，简称牛，用符号N表示。1N = 1 kg·m/s 2
当公式F=k m a 中力、质量、长度及时间的单位分别为牛顿(N)、千克(kg)、米(m)和秒(s)时，k=1，公式可简化为F=ma
当物体同时受到几个外力的作用时，F代表的是合外力。牛顿第二定律表明，力与加速度总是同时出现，同时消失，力不变则加速度也不变力随时间改变，加速度也随时间改变:合外力为0，则加速度为 0，这时物体将保持静止或匀速直线运动状态。
由牛顿第二定律可知，要使物体获得较大的加速度，除了对物体施加较大的作用力外还要使物体的质量尽可能小。
例如，赛车要求能在尽可能短的时间内达到最大速度，即要有尽可能大的加速度，除了装备功率很大的发动机外，在设计时还要考虑选用轻型材料，以使赛车的质量尽可能小(图5-7)
由牛顿第二定律可知，无论多小的力皆能使物体产生加速度，改变物体的运动状态但是，当我们推静止的柜子时(图5-8)，有时即使用了很大的力也无法推动，柜子仍处于静止状态。这与牛顿第二定律矛盾吗?为什么?
某高速列车(图5-9)起动后的初始阶段可视为在恒定的牵力作用下做加速直线运动若在该阶段列车组的牵引力为3.04×105，列车所受阻力为7.9×105N，列车质量为45×105kg则列车从起动至速度达到60km/h需要多长时间?
已知牵引力F、阻力f和列车质量m，由牛顿第二定律可求出列车运动的加速度a。列车做匀加速直线运动已知起动时的初速度为0和末速度v1的大小，结合求出的加速度a，由匀变速直线运动的速度公式可求出所需要的时间。
解：以列车为研究对象，受力分析如图 5-10 所示由题意可知，m=4.5×105kg，F=3.04×105Nf=7.9×104N, v0=0,vt= 60 km/h = 16.7 m/s。
讨论一般高速列车起动时的加速度比轿车起动时的加速度小，加速到相同速度(在汽车能达到的速度范围内)需要的时间更长。查阅资料，了解高速列车的加速情况判断本题的计算结果是否在合理范围内。
上题是已知列车的受力情况确定其运动情况。若已知物体的运动情况，又如何确定其受力情况?请解答下面的题目。某高速列车总质量为4.5×105 kg，在以216km/h的速度直线行驶时紧急制动，要求从开始制动到完全停止的行驶距离不超过2000m。该高速列车在制动过程中受到的阻力至少为多大?
第2节的探究实验曾要求:垫高木板一端，用小车重力沿斜面的分力来抵消其所受摩擦力及其他阻力，使小车不挂重物时能匀速运动。同时，挂上重物的质量远小于小车质量，在此条件下对应的重物重力使可近似认为等于作用于小车的合外力学习了牛顿第二定律后，请与同学讨论这些做法的道理。
自制简易加速度计我们可用轻杆、小球和硬纸板等制作一个简易加速度计，粗略测量运动物体的加速度。如图5-11所示，在轻杆上端装上转轴，固定于竖直放置的画有角度的纸板上的O点，轻杆下端固定一小球，杆可在坚直平面内自由转动。
将此装员固定于运动物体上，当物体向右加速(减速 )运动时，杆便向左(向右)摆动。根据摆动后稳定的角度，便可知道加速度的大小和方向。你能解释这个加速度计的工作原理吗?
物理学中，有些物理量的单位是基本的，而有些则是导出的。例如，位移的单位是米(m)时间的单位是秒(s)，由速度定义式导出的速度单位是米每秒(m/s)由加速度定义式导出的加速度单位是米每二次方秒(m/s2)。
再如，在牛顿第二定律中，质量的单位是千克(kg)，由F=ma导出的力单位是千克米每二次方秒(kgm/s)，即牛顿(N)人们选定了几个物理量为基本量，其单位为基本单位，根据物理学关系式由基本量推导出的其他物理量的单位为导出单位。基本单位与导出单位一起组成单位制。
为了促进科技交流与贸易往来等，不同地域的人们逐渐将各自的单位规定进行统一。1960年，第11届国际计量大会通过了国际单位制(称 SI)，并很快被世界上大多数国家采用。在国际单位制中，与力学有关的基本单位有米(m)、千克(kg)和秒(s)，而速度、加速度、力等物理量的单位皆为导出单位。
表5-3 国际单位制(SI)基本单位
本套教科书统一采用国际单位制单位。在用公式进行计算的时候，如果已知量都采用国际单位制中的单位，计算的结果也必然是国际单位制单位。
因此，在计算时所列的等式中，就不必一一写出每个物理量的单位，只要在计算结果的数据后面正确写出所求量的单位即可。
如图5-12所示，一载有小孩的雪橇总质量为30kg，在拉力F的作用下，沿水平地面向右做直线运动，该拉力与水平面的夹角为 30°。经过50cm速度由0.6m/s均匀减至0.4m/s。已知雪橇与地面间的动摩擦因数为0.2,求作用力F的大小。
分析：由题意可知，物体做匀减速直线运动，已知初速度、末速度和位移，由运动学公式可求加速度，再由牛顿第二定律求出未知力。
解：以小孩和雪橇整体为研究对象，建立直角坐标系，受力分析如图5-13所示。由题意可知，v0=0.6m/s，v1=04m/s，s=50cm=0.5m,m=30kg，μ=0.2，θ=30°
由上节实验探究可知，物体运动的加速度不仅与其受到的合外力有关，还与物体的质量有关。怎样定量描述这种关系?本节将在前面实验探究的基础上，学习牛顿第二运动定律。
1.牛顿第二运动定律及其意义
大量实验证明，在我们常见的环境中，当物体的质量不变时，其加速度与所受合外力成正比，即
不同物体所受合外力不变时，其加速度与质量成反比，即综合以上两个结论，可得
用文字可表述为:物体加速度的大小与所受合外力的大小成正比，与物体的质量成反比加速度方向与合外力方向相同。这就是牛顿第二运动定律，简称牛顿第二定律。
我们可把上述结论综合写成等式F=kma，式中k是比例常数。力的单位牛顿(N)就是根据牛顿第二定律规定的:使质量为1 kg的物体产生1m/s2的加速度所用的力为1kg·m/s 2 。后人为了纪念牛顿，将 kg·m/s 2称为牛顿，简称牛，用符号N表示。1N = 1 kg·m/s 2
当公式F=k m a 中力、质量、长度及时间的单位分别为牛顿(N)、千克(kg)、米(m)和秒(s)时，k=1，公式可简化为F=ma
当物体同时受到几个外力的作用时，F代表的是合外力。牛顿第二定律表明，力与加速度总是同时出现，同时消失，力不变则加速度也不变力随时间改变，加速度也随时间改变:合外力为0，则加速度为 0，这时物体将保持静止或匀速直线运动状态。
由牛顿第二定律可知，要使物体获得较大的加速度，除了对物体施加较大的作用力外还要使物体的质量尽可能小。
例如，赛车要求能在尽可能短的时间内达到最大速度，即要有尽可能大的加速度，除了装备功率很大的发动机外，在设计时还要考虑选用轻型材料，以使赛车的质量尽可能小(图5-7)
由牛顿第二定律可知，无论多小的力皆能使物体产生加速度，改变物体的运动状态但是，当我们推静止的柜子时(图5-8)，有时即使用了很大的力也无法推动，柜子仍处于静止状态。这与牛顿第二定律矛盾吗?为什么?
某高速列车(图5-9)起动后的初始阶段可视为在恒定的牵力作用下做加速直线运动若在该阶段列车组的牵引力为3.04×105，列车所受阻力为7.9×105N，列车质量为45×105kg则列车从起动至速度达到60km/h需要多长时间?
已知牵引力F、阻力f和列车质量m，由牛顿第二定律可求出列车运动的加速度a。列车做匀加速直线运动已知起动时的初速度为0和末速度v1的大小，结合求出的加速度a，由匀变速直线运动的速度公式可求出所需要的时间。
解：以列车为研究对象，受力分析如图 5-10 所示由题意可知，m=4.5×105kg，F=3.04×105Nf=7.9×104N, v0=0,vt= 60 km/h = 16.7 m/s。
讨论一般高速列车起动时的加速度比轿车起动时的加速度小，加速到相同速度(在汽车能达到的速度范围内)需要的时间更长。查阅资料，了解高速列车的加速情况判断本题的计算结果是否在合理范围内。
上题是已知列车的受力情况确定其运动情况。若已知物体的运动情况，又如何确定其受力情况?请解答下面的题目。某高速列车总质量为4.5×105 kg，在以216km/h的速度直线行驶时紧急制动，要求从开始制动到完全停止的行驶距离不超过2000m。该高速列车在制动过程中受到的阻力至少为多大?
第2节的探究实验曾要求:垫高木板一端，用小车重力沿斜面的分力来抵消其所受摩擦力及其他阻力，使小车不挂重物时能匀速运动。同时，挂上重物的质量远小于小车质量，在此条件下对应的重物重力使可近似认为等于作用于小车的合外力学习了牛顿第二定律后，请与同学讨论这些做法的道理。
自制简易加速度计我们可用轻杆、小球和硬纸板等制作一个简易加速度计，粗略测量运动物体的加速度。如图5-11所示，在轻杆上端装上转轴，固定于竖直放置的画有角度的纸板上的O点，轻杆下端固定一小球，杆可在坚直平面内自由转动。
将此装员固定于运动物体上，当物体向右加速(减速 )运动时，杆便向左(向右)摆动。根据摆动后稳定的角度，便可知道加速度的大小和方向。你能解释这个加速度计的工作原理吗?
物理学中，有些物理量的单位是基本的，而有些则是导出的。例如，位移的单位是米(m)时间的单位是秒(s)，由速度定义式导出的速度单位是米每秒(m/s)由加速度定义式导出的加速度单位是米每二次方秒(m/s2)。
再如，在牛顿第二定律中，质量的单位是千克(kg)，由F=ma导出的力单位是千克米每二次方秒(kgm/s)，即牛顿(N)人们选定了几个物理量为基本量，其单位为基本单位，根据物理学关系式由基本量推导出的其他物理量的单位为导出单位。基本单位与导出单位一起组成单位制。
为了促进科技交流与贸易往来等，不同地域的人们逐渐将各自的单位规定进行统一。1960年，第11届国际计量大会通过了国际单位制(称 SI)，并很快被世界上大多数国家采用。在国际单位制中，与力学有关的基本单位有米(m)、千克(kg)和秒(s)，而速度、加速度、力等物理量的单位皆为导出单位。
表5-3 国际单位制(SI)基本单位
本套教科书统一采用国际单位制单位。在用公式进行计算的时候，如果已知量都采用国际单位制中的单位，计算的结果也必然是国际单位制单位。
因此，在计算时所列的等式中，就不必一一写出每个物理量的单位，只要在计算结果的数据后面正确写出所求量的单位即可。
如图5-12所示，一载有小孩的雪橇总质量为30kg，在拉力F的作用下，沿水平地面向右做直线运动，该拉力与水平面的夹角为 30°。经过50cm速度由0.6m/s均匀减至0.4m/s。已知雪橇与地面间的动摩擦因数为0.2,求作用力F的大小。
分析：由题意可知，物体做匀减速直线运动，已知初速度、末速度和位移，由运动学公式可求加速度，再由牛顿第二定律求出未知力。
解：以小孩和雪橇整体为研究对象，建立直角坐标系，受力分析如图5-13所示。由题意可知，v0=0.6m/s，v1=04m/s，s=50cm=0.5m,m=30kg，μ=0.2，θ=30°
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