人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律教课内容ppt课件

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一、牛顿第二定律的表达式1．填一填(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。2．判一判(1)牛顿第二定律既明确了力、质量、加速度三者的数量关系，也明确了加速度与力的方向关系。( )(2)由F＝kma可知，物体所受的合外力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比。( )(3)加速度的方向决定了合外力的方向。( )(4)任何情况下，物体的加速度的方向始终与它所受的合外力方向一致。( )
3．选一选(多选)下列对牛顿第二定律的理解正确的是(　　)A．由F＝kma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外力的方向一致D．当合外力停止作用时，加速度随之消失答案：CD
二、力的单位1．填一填(1)力的国际单位：牛顿，简称牛，符号为 。(2)“牛顿”的定义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力就是1 N，即1 N＝1 。(3)国际单位制中牛顿第二定律的表达式：F＝ 。
2．判一判(1)使质量是1 g的物体产生1 cm/s2的加速度的力叫作1 N。( )(2)公式F＝ma中，各量的单位可以任意选取。( )(3)牛顿第二定律表达式F＝kma中的系数k总等于1。( )(4)物体的加速度a是物体上每一个力所产生的加速度的矢量和。( )3．想一想若质量的单位用克，加速度的单位用厘米每二次方秒，那么力的单位是牛顿吗？牛顿第二定律表达式F＝kma中的系数k还是1吗？提示：不是。只有当质量的单位用千克，加速度的单位用米每二次方秒时，力的单位才是牛顿，此时牛顿第二定律表达式中的系数k才是1。
主题探究(一)　　对牛顿第二定律的理解【重难释解】1．对表达式F＝ma的理解(1)F的含义：①F是合力时，加速度a指的是合加速度，即物体的加速度；②F是某个分力时，加速度a是该分力产生的加速度。(2)单位统一：表达式中F、m、a三个物理量的单位必须都用国际制单位。
2．牛顿第二定律的五个性质
【素养训练】1．下列说法正确的是(　　)A．由牛顿第二定律知，加速度大的物体，所受的合外力一定大B．物体的加速度大，说明它的质量一定小C．任何情况下，物体的加速度大，速度变化量一定大D．a与Δv及Δt无关，但可以用Δv和Δt的比值来计算加速度a的大小答案：D
2． 如图所示，弹簧一端系在墙上O点，另一端自由伸长到B点，今将一小物体m压着弹簧(与弹簧未连接)，将弹簧压缩到A点，然后释放，小物体能运动到C点静止，物体与水平地面间的动摩擦因数恒定。下列说法中正确的是 (　　)A．物体在B点受合外力为零B．物体的速度从A到B越来越大，从B到C越来越小C．物体从A到B加速度越来越小，从B到C加速度不变D．物体从A到B先加速后减速，从B到C匀减速答案：D
主题探究(二)　　牛顿第二定律的简单应用【重难释解】1．应用牛顿第二定律的一般步骤(1)确定研究对象。(2)进行受力分析和运动情况分析，作出受力和运动的示意图。(3)求合力F或加速度a。(4)根据F＝ma列方程求解。2．应用牛顿第二定律求解加速度的两种方法(1)合成法：若物体只受两个力作用时，直接应用平行四边形定则求这两个力的合力，物体所受合外力的方向与加速度的方向相同。
(2)正交分解法：当物体受多个力作用处于加速状态时，常用正交分解法求物体所受的合力，再应用牛顿第二定律求加速度。为减少矢量的分解以简化运算，建立坐标系时，可有如下两种情况：
典例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，球和车厢相对静止，球的质量为1 kg。(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；(2)求悬线对球的拉力大小。[解题指导]　解答本题可按以下思路：
[答案]　(1)7.5 m/s2，方向水平向右　车厢可能向右做匀加速直线运动或向左做匀减速直线运动　(2)12.5 N
解析：对人进行受力分析：受重力mg、支持力FN、摩擦力F(摩擦力的方向一定与接触面平行，由加速度的方向可推知F水平向右)。建立直角坐标系：取水平向右(即F方向)为x轴正方向，此时只需分解加速度，其中ax＝acs 30°，ay＝asin 30°(如图所示)。
【素养训练】1．(2022·江苏高考)高铁车厢里的水平桌面上放置一本书，书与桌面间的动摩擦因数为0.4，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g＝10 m/s2。若书不滑动，则高铁的最大加速度不超过(　　)A．2.0 m/s2 　B．4.0 m/s2　 C．6.0 m/s2 　D．8.0 m/s2解析：书放在水平桌面上，若书相对于桌面不滑动，则最大静摩擦力提供加速度fm＝μmg＝mam，解得am＝μg＝4 m/s2，故若书不滑动，高铁的最大加速度不超过4 m/s2。故选B。答案：B　
2．第24届冬季奥林匹克运动会在我国成功举办。钢架雪车比赛的一段赛道如图甲所示，长12 m的水平直道AB与长20 m的倾斜直道BC在B点平滑连接，斜道与水平面的夹角为15°。运动员从A点由静止出发，推着雪车匀加速到B点时的速度大小为8 m/s，紧接着快速俯卧到车上沿BC匀加速下滑(图乙所示)，到C点共用时5.0 s。若雪车(包括运动员)可视为质点，始终在冰面上运动，其总质量为110 kg，sin 15°＝0.26，求雪车(包括运动员)：(g取10 m/s2)
(1)在直道AB上的加速度大小；(2)过C点的速度大小；(3)在斜道BC上运动时受到的阻力大小。
解得vc＝12 m/s。(3)在斜道BC上由牛顿第二定律有F＝mgsin 15°－f＝ma2，解得f＝66 N。
主题探究(三)　　牛顿第二定律的瞬时性问题【重难释解】1．瞬时性问题即求解瞬时加速度问题。牛顿第二定律是力的瞬时作用规律，加速度和力瞬时对应。分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻前后物体的受力情况及其变化，进而确定该时刻的受力情况。2．两种基本模型
[迁移·发散]如果将[典例3]中的BC绳换成轻弹簧，橡皮筋AC换成细线，如图所示。求剪断细线AC的瞬间小球的加速度。解析： 水平细线AC剪断瞬间，小球所受重力mg和弹簧弹力FT不变，小球的加速度a方向水平向右，如图所示，则mgtan θ＝ma，所以a＝gtan θ。答案：gtan θ，方向水平向右
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(①若物体处于平衡状态，则利用平衡条件；②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，发生在被撤去物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外力，利用牛顿第二定律，求出瞬时加速度。
【素养训练】1．(多选)如图所示，A球质量为B球质量的3倍，光滑固定斜面的倾角为θ，图甲中，A、B两球用轻弹簧相连，图乙中A、B两球用轻质杆相连，系统静止时，挡板C与斜面垂直，弹簧、轻杆均与斜面平行，则在突然撤去挡板的瞬间有 (　　)A．图甲中A球的加速度为g sin θB．图甲中B球的加速度为2g sin θC．图乙中A、B两球的加速度均为g sin θD．图乙中轻杆的作用力为零
解析：设B球质量为m，A球的质量为3m。撤去挡板前，挡板对B球的弹力大小为4mg sin θ，因弹簧弹力不能突变，而杆的弹力会突变，所以撤去挡板瞬间，题图甲中A球所受的合力为零，加速度为零，B球所受合力为4mg sin θ，加速度为4g sin θ；题图乙中，撤去挡板的瞬间，A、B两个整体的合力为4mg sin θ，A、B两球的加速度均为g sin θ，则每个球的合力等于重力沿斜面向下的分力，轻杆的作用力为零，C、D两项正确。答案：CD　
2．(2021·北京等级考)某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示，弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20 cm刻度处；下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40 cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g。下列说法正确的是 (　　)A．30 cm刻度对应的加速度为－0.5gB．40 cm刻度对应的加速度为gC．50 cm刻度对应的加速度为2gD．各刻度对应加速度的值是不均匀的答案：A
主题探究(四)　　应用牛顿第二定律分析动态变化问题【重难释解】分析动态变化问题的基本思路受力分析⇒合力的变化⇒加速度的变化：(1) (2)
典例4　如图所示，静止在光滑水平面上的物体A，一端靠着处于自然状态的弹簧。现对物体作用一水平恒力，在弹簧被压缩到最短的这一过程中，物体的速度和加速度变化的情况是 (　　)A．速度增大，加速度增大B．速度增大，加速度减小C．速度先增大后减小，加速度先减小后增大D．速度先增大后减小，加速度先增大后减小
[解题指导] (1)加速度的变化要看所受合外力的变化。(2)速度的变化要看速度方向与加速度方向之间的关系。(3)先找出物体A运动过程中的平衡位置，然后再分析平衡位置左右两侧各物理量的变化情况。[解析]　力F作用在物体A上的开始阶段，弹簧弹力kx较小，合力与速度方向同向，物体速度增大，而合力(F－kx)随x增大而减小，加速度也减小，当F＝kx以后，随物体A向左运动，弹力kx大于F，合力方向与速度反向，速度减小，而加速度a随x的增大而增大。综上所述，只有C正确。[答案]　C　
【素养训练】1．如图所示， 一个小球从竖直立在地面上的轻弹簧正上方某处自由下落，在小球与弹簧开始接触到弹簧被压缩到最短的过程中，小球的速度和加速度的变化情况是 (　　)A．加速度越来越大，速度越来越小B．加速度和速度都是先增大后减小C．速度先增大后减小，加速度方向先向下后向上D．速度一直减小，加速度大小先减小后增大答案：C
2．(多选)如图甲所示，地面上有一质量为M的重物，用力F向上提它，力F变化而引起物体加速度a变化的函数关系如图乙所示，则以下说法中正确的是 (　　)A．当F小于图中A点值时，物体的重力Mg>F，物体不动B．图中A点值等于物体的重力值C．物体向上运动的加速度和力F成正比D．图线延长线和纵轴的交点B的数值的绝对值等于该地的重力加速度答案：ABD
一、培养创新意识和创新思维1．[选自鲁科版新教材“物理聊吧”]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(如图)，有时即使用了很大的力却也无法推动，柜子仍处于静止状态。这与牛顿第二定律矛盾吗？为什么？提示：牛顿第二定律F＝ma中的F为合外力，当物体所受合外力不为零时，物体就会产生加速度。而当我们用力推静止的柜子时，水平方向除了受推力外，还有地面对柜子的摩擦力，只要推力不能大于其最大静摩擦力，柜子就仍处于静止状态。故这一现象与牛顿第二定律并不矛盾。
2． [选自粤教版新教材课后练习]在水平路面上，一个大人推着一辆质量较大的车，一个小孩推着一辆质量较小的车，各自做匀加速直线运动(不考虑摩擦阻力)。甲、乙两个同学在一起议论，甲同学说：“由于大人的推力大、小孩的推力小，根据牛顿运动定律可知，加速度与推力成正比，所以大人推着质量较大的车的加速度大。”乙同学说：“根据牛顿运动定律，加速度与质量成反比，所以小孩推着质量较小的车的加速度大。”他们的说法是否正确？请简述理由。
2．(2021·浙江6月选考)机动车礼让行人是一种文明行为。如图所示，质量m＝1.0×103 kg的汽车以v1＝36 km/h的速度在水平路面上匀速行驶，在距离斑马线s＝20 m处，驾驶员发现小朋友排着长l＝6 m的队伍从斑马线一端开始通过，立即刹车，最终恰好停在斑马线前。假设汽车在刹车过程中所受阻力不变，且忽略驾驶员反应时间。(1)求开始刹车到汽车停止所用的时间和所受阻力的大小；(2)若路面宽L＝6 m，小朋友行走的速度v0＝0.5 m/s，求汽车在斑马线前等待小朋友全部通过所需的时间；(3)假设驾驶员以v2＝54 km/h超速行驶，在距离斑马线s＝20 m处立即刹车，求汽车到斑马线时的速度。