高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律集体备课ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律集体备课ppt课件，共54页。PPT课件主要包含了作用力的方向，F＝kma，加速度，kg·ms2，提示0等内容，欢迎下载使用。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]任务1．掌握牛顿第二定律的内容和数学表达式。任务2．知道国际单位制中力的单位是怎样定义的。任务3．会运用牛顿第二定律分析和处理实际生活中的简单问题。
[问题初探]问题1　牛顿第二定律的内容是什么？问题2　牛顿第二定律的表达式F＝kma中，什么条件下k＝1？
[自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
[链接教材]　如图所示是教材中赛车，为什么赛车在设计时质量要小，动力要大？
知识点一　对牛顿第二定律的理解
提示：可以获取较大的加速度。
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____________相同。2．表达式：_________，式中k是比例系数，F是物体所受的____。3．意义(1)阐述了力、质量和______三者数量间的关系。(2)明确了______的方向与力的方向一致。
4．力的单位(1)力的单位：____，符号是N。(2)1 N的物理意义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2 的加速度的力，称为1 N，即1 N＝1 _________。
如图所示，小明用力拉地面上的箱子，但箱子没动。问题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？
提示：牛顿第二定律F＝kma中的力F指的是物体受的合力，尽管小明对箱子有一个拉力作用，但箱子受的合力为零，所以不能产生加速度。
问题2　若小明增大拉力，依然未拉动，则箱子的加速度仍为零。这种现象是不是说明力发生变化时，对应加速度可能不变？
提示：不是，当拉力发生变化时，拉力对应的加速度立即发生变化。只不过同时地面对箱子的静摩擦力会随之发生相应变化，使箱子受到的合力仍为零，合加速度仍为零，加速度不变。
问题3　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？
提示：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是某个分力时，加速度a是该分力产生的加速度。
2．牛顿第二定律的五个性质
【典例1】　(对牛顿第二定律的理解)(多选)关于牛顿第二定律，下列说法正确的是(　　)A．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B．某一瞬时的加速度，只能由这一瞬时的外力决定，而与这一瞬时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代数和D．物体的运动方向一定与物体所受的合外力的方向一致
[思路点拨]　解此题关键有两点：(1)理解公式F＝ma中各符号的意义、公式的意义及适用条件。(2)掌握牛顿第二定律的五个性质。
AB　[F＝ma具有瞬时性，故选项B正确；由F＝ma，若F为合力，则a为合力产生的加速度，它是各分力产生加速度的矢量和，故选项A正确，C错误；如果物体做减速运动，则v与a反向，因a的方向与物体所受合外力方向一致，则此时物体的运动方向与物体所受合外力方向相反，故选项D错误。]
【典例2】　(加速度与合外力的方向关系)如图所示，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的(　　)A．OA方向B．OB方向C．OC方向D．OD方向
D　[据题意可知，小车向右做匀加速直线运动，由于球固定在杆上，而杆固定在小车上，则三者属于同一整体，根据整体法和隔离法的关系分析可知，球和小车的加速度相同，所以球的加速度也向右，即沿OD方向，故选项D正确。]
如图所示的小球放在水平面上，小球与水平轻弹簧及与竖直方向成θ＝45°角的不可伸长的轻绳一端相连，小球与水平面的动摩擦因数μ＝0.2，质量为m＝2 kg，此时小球处于静止平衡状态，且水平面对小球的弹力恰好为零。(取g＝10 m/s2)
知识点二　牛顿第二定律的瞬时性问题
问题1　图中小球受到哪些力的作用？
提示：小球受重力、弹簧的拉力、轻绳的拉力。
问题2　当剪断轻绳的瞬间小球的加速度大小和方向？
提示：8 m/s2，方向向左。
问题3　当剪断弹簧的瞬间小球的加速度大小和方向？
(1)轻绳、轻杆模型不发生明显形变就能产生弹力，剪断(或脱离)后，形变恢复几乎不需要时间，故认为弹力可以立即改变或消失。(2)轻弹簧、橡皮条模型的形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时性问题中，它们的自由端连有物体时其弹力的大小不能突变，往往可以看成是不变的。2．两个关键(1)分析瞬时前、后的受力情况和运动状态。(2)明确绳或杆类、弹簧或橡皮条类模型的特点。
[思路点拨]　解答本题应把握以下两点：(1)在AC被突然剪断的瞬间，BC对小球的拉力发生突变。(2)在BC被突然剪断的瞬间，橡皮筋AC的弹力不能突变。
[母题变式]　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。(重力加速度为g)
[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，小球所受的合力F与水平细线AC的拉力等大反向，则小球的加速度a方向水平向右，如图所示，则mg tan θ＝ma，所以a＝g tan θ。
[答案]　g tan θ，方向水平向右
C　[在木板AB突然向下撤离的瞬间，木板对小球的弹力和轻绳对小球的拉力突然消失，小球只受重力的作用，所以小球的加速度大小为g，C正确。]
规律方法　“三步”巧解瞬时加速度问题(1)分析原来物体的受力情况。(2)分析物体在弹力发生突变时的受力情况。(3)由牛顿第二定律列方程求解。
民航客机一般都有紧急出口，发生意外情况的飞机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气囊会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面，人员可沿斜面滑行到地上。
知识点三　牛顿第二定律的简单应用
问题1　人在气囊上下滑过程中受哪些力作用？试画出受力分析图。
提示：受重力、弹力和摩擦力三个力的作用，受力分析如图所示。
问题2　如何计算人在气囊上下滑的加速度a?
提示：将重力分解，沿斜面方向，由牛顿第二定律得mg sin θ－f＝ma，可以求得加速度a。
1．应用牛顿第二定律解题的方法(1)合成法：首先确定研究对象，画出受力示意图，当物体只受两个力作用时，利用平行四边形定则在加速度方向上直接求出合力，再根据牛顿第二定律列方程求解。(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，可有如下两个角度：
2．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。
【典例6】　(选自教科版·加速度与速度的计算)雪橇是我国东北地区冬天的运输工具，如图所示是一匹马拉着总质量为100 kg的雪橇在水平方向运动。假设阻力不计，马的拉力沿水平方向，大小为120 N，那么雪橇获得的加速度有多大？从静止开始运动到5.0 s末，雪橇的速度是多少？
[答案]　1.2 m/s2　6.0 m/s
【典例7】　(选自鲁科版·力的计算)如图所示，一载有小孩的雪橇总质量为 30 kg, 在拉力F作用下，沿水平地面向右做直线运动，该拉力与水平面夹角为30°，经过50 cm，速度由0.6 m/s均匀减至 0.4 m/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(g取9.8 m/s2，cs 30°取 0.866, 结果保留三位有效数字)。
[思路点拨]　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。
[答案]　54.7 N
【典例8】　(合成法与正交分解法的应用)如图所示，车厢顶部固定一定滑轮，在跨过滑轮的绳子的两端分别系一个小球和一个物块，小球的质量为m1，物块的质量为m2，且m2＞m1，物块静止在车厢底板上，当车厢向右运动时，系小球的那段绳子与竖直方向的夹角为θ。若滑轮、绳子的质量和摩擦忽略不计，重力加速度为g，求：(1)车厢的加速度大小；(2)车厢底板对物块的支持力和摩擦力。
[解析]　(1)解法一：力的合成法设车厢的加速度为a，小球的加速度与车厢的加速度相同，对小球进行受力分析，如图甲所示，由牛顿第二定律得F合＝m1g tan θ＝m1a解得a＝g tan θ。解法二：正交分解法以小球为研究对象，进行受力分析，如图乙所示在水平方向上：T sin θ＝m1a在竖直方向上：T cs θ＝m1g解得a＝g tan θ。
方法技巧　应用牛顿第二定律解题的三点技巧(1)应用牛顿第二定律时，要注意分析物体的受力情况和运动情况。(2)受力较多时常用正交分解法解题，建立坐标系时常以加速度的方向为某一坐标轴的正方向。(3)对于多个物体组成的系统，若各个物体加速度相同，则可以看作一个整体来应用牛顿第二定律。
[解析]　对人进行受力分析，人受重力mg、支持力N和摩擦力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方向水平向右)。建立直角坐标系，如图甲所示，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＝a cs 30°，ay＝a sin 30°(如图乙所示)。
应用迁移·随堂评估自测
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．加速度的方向总跟合外力的方向一致D．当外力停止作用时，加速度随之消失
CD　[物体所受外力和物体的质量与加速度无关，故选项A错误；B项违反了因果关系，故选项B错误；选项C、D符合牛顿第二定律的矢量性和瞬时性关系，故选项C、D正确。]
2．如图所示x、y、z为三个物块，K为轻质弹簧，L为轻线，系统处于平衡状态。现若将L突然剪断，用ax、ay分别表示刚剪断时x、y的加速度，则有(　　)A．ax＝0、ay＝0 B．ax＝0、ay≠0C．ax≠0、ay≠0 D．ax≠0、ay＝0
B　[将L突然剪断后，线的拉力立即就没有了，所以y原来受到的线的拉力没有了，而上面受到的弹簧的拉力不变，所以y的合力不为零，产生了加速度，所以ay≠0，对于物块x，由于上下的弹簧的拉力都没发生变化，x的受力不变，加速度为0，故B选项正确。]
3．为检测某公路湿沥青混凝土路面与汽车轮胎的动摩擦因数μ，测试人员让汽车在该公路水平直道行驶，当汽车速度表显示40 km/h时紧急刹车(车轮抱死)，车上人员用手机测得汽车滑行3.70 s后停下来，g取10 m/s2，则测得μ约为(　　)A．0.2B．0.3C．0.4D．0.5
回归本节知识，完成以下问题：1．牛顿第二定律的内容是怎样表述的？
提示：牛顿第二定律的内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
2．牛顿第二定律的比例式如何表示？