高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系3 牛顿第二定律优秀教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系3 牛顿第二定律优秀教学ppt课件，共34页。PPT课件主要包含了课堂引入，m一定a∝F，F＝ma，竖直方向，斜面向上下，课堂总结，课堂练习等内容，欢迎下载使用。
上一节课，通过实验探究，我们总结了物体的加速度a与它所受的作用力F以及自身的质量m之间定量关系，大家还记得这个实验最精彩的部分是什么吗？ 是测量加速度的构想，还是“平衡摩擦术”，又或者是精彩绝伦的“移魂大法”
如果我们多做几次实验，每次实验的点都可以拟合成直线，而这些直线与坐标轴的交点又都十分接近原点，如图甲。
实际规律很可能就是这样的。
更加精细的实验表明，小车的加速度a跟它所受的作用力F成正比，与它的质量m成反比。
学习任务一 牛顿第二定律的表达式
大量的实验和观察到的事实都可以得出与上节课实验同样的结论，由此可以总结出一般性的规律：
物体加速度的大小跟所受合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。这就是牛顿第二定律（Newtn’s secnd law）。
牛顿第二定律不仅阐述了力、质量和加速度三者的数量关系，还明确了加速度和力的方向关系。
F＝kma中k的数值取决于F 、m、a的单位的选取。
当k =1时，质量 m = 1 kg 的物体，在某力作用下获得 a = 1 m/s2 的加速度所需要的力：
F=ma=1 kg×1m/s2= 1 kg·m/s2
把 1 kg·m/s2 叫做“一个单位”的力
力F的单位就是千克米每二次方秒
后人为了纪念牛顿，把它称作“牛顿”，用符号N表示.
使质量是1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N。
1N＝1kg·m/s2
在质量的单位取千克（kg），加速度的单位取米每二次方秒（m/s2），力的单位取牛顿（N） 时，牛顿第二定律可以表述为：
该表达式在具体的使用中有哪些要注意的呢？
从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，可是蚂蚁无论怎样用力都推不动一块放在水平地面上的砖头，牛顿第二定律是否错了？
咦， F＝ma，你的加速度去哪了？
亲，这里的F指的是合力
学习任务二 对牛顿第二定律的理解
3. 矢量性：F=ma是一个矢量式，a与F 的方向总是相同;
4. 瞬时性： a与F是瞬时对应关系（含大小和方向），即a与F同时产生，同时变化，同时消失。 加速度可以突变（牛顿第二定律），而速度无法突变（牛顿第一定律）;
5. 独立性：每个力各自独立地能使物体产生一个加速度，与物体是否受其他力无关。
2. 同体性： a 、F、m对应于同一物体;
1.因果性：力是产生加速度的原因，合外力不为零时一定有加速度；
(1)牛顿第一定律指出了力是产生加速度的原因，从而完善了力的内涵，同时指出一切物体都有惯性。给人们研究a、F、m的定量关系指明了方向。 (2)有了牛顿第二定律，就能更进一步理解：描述物体惯性的物理量是质量的含义，即在确定的作用力下，决定物体运动状态变化难易程度的因素是物体的质量。（3）牛顿第二定律是一个实验定律，定量给出了a、F、m的定量关系。
证明：自由落体竖直上抛、斜抛等加速度都为g。
竖直向上抛出质量为0.15kg、初速度为20m/s的苹果，经1.5s苹果到达最高点，则平均阻力大小是多少？
该苹果到达最高点，经过多久速度达到20m/s，假设平均阻力大小保持不变。
【例题1】在平直路面上，质量为1 100kg的汽车在进行研发的测试，当速度达到100km/h时取消动力，经过70s停了下来，汽车受到的阻力是多少？重新起步加速时牵引力为2 000N，产生的加速度是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变.
汽车重新加速时的受力情况
第一阶段，汽车受到的阻力做匀变速运动v0=100 km/h=27.8 m/s ，t=70 s ， v=0
F合=F－F阻 =2 000N-437N=1 563N
第二阶段，汽车重新起步加速
北方冬季有很多冰雪体育项目，其中滑雪运动被很多人青睐。若运动员从倾角为θ的斜坡自由下滑且雪杖不与雪道接触，如图所示。设滑板与雪面间的动摩擦因数恒为μ，重力加速度大小为g，忽略空气阻力。则该运动员下滑的加速度大小为（　　）
物体以某速度沿斜面上滑
游乐场的滑梯，可以简化为一斜面，质量为20kg的儿童从顶端由静止下滑做匀加速直线运动，滑到底端的速度是5m/s，斜面倾角30°， 斜面长5m，则儿童受到的摩擦力大小为（　　）
【例题2】某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球，在列车以某一加速度渐渐启动的过程中，细线就会偏过一定角度并相对车厢保持静止，通过测定偏角的大小就能测定列车的加速度。在某次测定中，悬线与竖直方向的夹角为，求列车的加速度。
【解析】方法1：矢量合成法以小球为研究对象，其受力如图.
由牛顿第二定律得：a＝g tan θ 方向水平向右
【解析】方法2：正交分解法
在竖直方向有 FT cs θ ＝ mg （1） 在水平方向有 FT sin θ ＝ ma （2）
小球在水平方向上做匀加速直线运动，在竖直方向上处于平衡状态。
建立直角坐标系。将小球所受的拉力FT分解为水平方向的Fx和竖直方向的Fy。
两式联立，可以求得小球的加速度为： a＝g tan θ 方向水平向右
正交分解法在牛顿第二定律中的应用：
当物体受多个力作用时，常用正交分解法求物体的合外力．1、沿加速度方向、垂直加速度方向建立xy坐标系 (不分解加速度)2、将物体所受的其他力正交分解3、有加速度则列方程Fx＝ma 没有加速度则列方程Fy＝0.
2.分析受力情况
选择合适的运动学表达式
4.根据牛顿第二定律 F合 ＝ma 列方程求解
在宇宙空间，所有物体处于完全失重的情况。天平、台秤无法使用。通过本节课的学习你知道怎样测宇航员的质量吗？
F=ma，已知力F，并测出加速度a，就可以算出物体的质量m —动力学方法测质量
物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律（Newtn’s secnd law）。
因果性同体性矢量性瞬时性独立性
【练习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，F与a成正比，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．加速度的方向与合外力的方向一致D．当外力停止作用时，加速度随之消失
【练习2】奥运会蹦床比赛项目是我国的优势项目。如图所示，在蹦床比赛过程中，运动员从空中下落到弹簧床面后，直到向下速度减为零，忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　）A．运动员运动至弹簧床最低点时加速度为零B．运动员刚接触弹簧床面时速度最大C．运动员从接触弹簧床面到运动至最低点过程中先加速后减速D．运动员从接触弹簧床面到运动至最低点过程中一直做减速运动
【练习3】如图所示，汽车里有一水平放置的硅胶魔力贴，魔力贴上放置一质量为m的小花瓶。若汽车在水平公路向前做匀加速直线运动，则以下说法正确的是（　　）A．小花瓶所受合力为零B．若汽车突然刹车，小花瓶会受到水平向前的摩擦力C．若汽车突然加速，小花瓶会受到水平向前的摩擦力D．魔力贴对小花瓶的作用力为mg
【练习4】（多选）如图所示，一辆小车沿倾角为θ的固定斜面下滑，质量为m的小球通过细线悬挂在小车上，与小车一起沿斜面向下运动。图中虚线“1”垂直于斜面，虚线“2”平行于斜面，虚线“3”沿竖直方向，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）A．如果细线与虚线“3”重合，则小球的加速度为0B．如果细线与虚线“1”重合，则小球的加速度大小为gsinθC．如果细线与虚线“1”重合，则细线的拉力大小为mgsinθD．如果小车与斜面间的动摩擦因数足够大，细线可能与虚线“2”重合
【练习5】如图所示，A、B两物体用两根轻质细线分别悬挂在天花板上，两细线与水平方向夹角分别为60°和45°，A、B间拴接的轻弹簧恰好水平，A、B两物体处于静止状态，则（　　）A．A、B所受弹簧弹力大小之比为 B．A、B的质量之比为C．悬挂A、B的细线上拉力大小之比为D．同时剪断两细线的瞬间，A、B的瞬时加速度大小之比为
【解析】由牛顿第二定律有
【练习6】一个物体受到F1=4N的力，产生a1=2m/s2的加速度，要使它产生a2=6m/s2的加速度，需要施加多大的力？
另解：由牛顿第二定律有
【练习7】如图，一辆装满石块的货车在平直道路上以加速度a向前加速运动。货箱中石块B的质量为m，求石块B周围与它接触的物体对石块B作用力的合力F。
【练习8】一个物体质量为m，放在一个倾角为θ的斜面上，物体从斜面顶端由静止开始加速下滑，（1）若斜面光滑，求物体的加速度；（2）若斜面粗糙，已知动摩擦因数为μ，求物体的加速度。
【解析】（1）若斜面光滑，对物体受力分析如图：
根据牛顿第二定律：mgsinθ=ma，得：a=gsinθ
（2）若斜面粗糙，物体受力如图
根据牛顿第二定律：mgsinθ-Ff=ma Ff=μFN，FN=mgcsθ 联立得：a=gsinθ-μgcsθ
【练习9】 地面上放一木箱，质量为10kg，用100N的力与水平成37°角推木箱，如图所示，恰好使木箱匀速前进．若用此力与水平成37°角向斜上方拉木箱，木箱的加速度多大？（取g=10m/s2，sin37=0.6，cs37=0.8）
【解析】（1）当F为推力时，受力分析如图