高中物理人教版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律说课ppt课件

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1.理解牛顿第二定律的内容、表达式的确切含义。(物理观念)2.知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。(物理观念)3.能应用牛顿第二定律解决动力学问题。(科学思维)
[必备知识]一、牛顿第二定律1.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.表达式:F=kma,式中F为物体所受的合力。3.当力的单位取N、质量的单位取kg、加速度的单位取m/s2时,k=1,表达式变为F=ma。二、力的单位1.国际单位制中,力的单位是牛顿,符号N。2.力的单位“牛顿”的含义:使质量为1 kg的物体在某力的作用下获得1 m/s2的加速度,这个力称为1 N,即1 N=1 kg·m/s2。 
[自我检测]1.正误辨析(1)由牛顿第二定律知,质量大的物体的加速度一定小。(　　)解析 由牛顿第二定律知,合外力一定时,质量大的物体的加速度一定小。答案 ×(2)任何情况下,物体的合力方向一定与它的加速度方向相同。(　　)解析 由牛顿第二定律知,物体的加速度方向总是与它的合力方向相同。答案 √
(3)任何情况下,比例式F=kma中的k一定为1。(　　)解析 只有在F、m、a三个量都取国际单位的情况下,比例式F=kma中的k才等于1。答案 ×(4)物体由于做加速运动,所以才受合外力的作用。(　　)解析 物体受到力的作用才产生加速度。答案 ×(5)只要物体受到合力不为零,物体一定有加速度。(　　)解析 由牛顿第二定律知,只要合力不为0,物体的加速度就不为0。答案 √
2.(多选)(2020广东广州高一期末)金属球用细绳挂在车厢内,并相对于车静止,位置如图所示。下列选项中能使球突然从左图位置变成右图位置的是(　　)A.车向西启动或加速B.车向西直线运动时减速C.车向东直线运动时减速D.车向东直线运动时加速
解析 对小球受力分析,可知小球受重力及向左偏的细绳的拉力,由题意可知小球所受合外力一定在水平方向,则可知细绳的拉力与重力的合力一定水平向左,根据牛顿第二定律可知小球的加速度方向一定水平向左,即向西;若车向西运动,一定是向西启动或加速,若车向东运动,则向东减速,故A、C正确,B、D错误。答案 AC
[情境探究]如图所示,小明用力拉地面上的箱子,但箱子没动,请思考:(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?(2)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?要点提示 (1)牛顿第二定律F=ma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。(2)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。
[知识点拨]1.对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律揭示了加速度与力、质量的关系,指明了加速度大小和方向的决定因素,对于牛顿第二定律应该从以下六个方面进行深刻理解:
要点笔记 表达式F=ma中,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。2.两个加速度公式的区别(1)a= 是加速度的定义式,是比值定义法定义的物理量,a与v、Δv、Δt均无关;(2) 是加速度的决定式,加速度由其受到的合外力和质量决定。要点笔记 合外力决定物体的加速度,加速度决定速度如何变化。
[实例引导]例1(多选)下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解,正确的是(　　)A.由F=ma可知,物体所受的合外力与物体的质量和加速度成正比B.由 可知,物体的质量与其所受的合外力成正比,与其运动的加速度成反比C.由 可知,物体的加速度与其所受的合外力成正比,与其质量成反比D.由 可知,物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合外力而求得
解析 牛顿第二定律的表达式F=ma表明了各物理量之间的数量关系,即已知两个量,可求第三个量,作用在物体上的合外力,可由物体的质量和加速度计算,并不由它们决定,A错误;质量是物体本身的属性,由物体本身决定,与物体是否受力无关,B错误;由牛顿第二定律知加速度与合外力成正比,与质量成反比,m可由其他两量求得,故C、D正确。答案 CD规律方法 由F=ma可得 ,可通过测量物体受力及物体的加速度得到物体的质量,但物体的质量不能说跟F成正比,跟a成反比,这是因为物体的质量是由物体本身决定的,与物体受不受力、有没有加速度无关。
变式训练1关于牛顿第二定律的下列说法中,不正确的是(　　)A.物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合外力的大小决定,与物体的速度无关B.物体加速度的方向只由它所受合外力的方向决定,与速度方向无关C.物体所受合外力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的D.一旦物体所受合外力为零,则物体的加速度立即为零,其运动速度将不再变化解析 对于某个物体,合外力的大小决定了加速度的大小,合外力的方向决定了加速度的方向,而速度的方向与加速度方向无关。根据牛顿第二定律的瞬时性,合外力一旦为零,加速度立即为零,则速度不再发生变化,以后以此时的速度做匀速直线运动,综上所述,A、B、D正确,C错误。答案 C
例2(多选)(2021四川巴中高一期末)如图所示,在光滑固定斜面上有一物块从A点由静止开始沿斜面向下运动,斜面底端有一固定轻弹簧,物块到B点时接触轻弹簧,到C点时弹簧压缩最短。从A到C过程中,下列说法正确的是(　　)A.物体在B点处速度最大B.物块先做加速运动再做减速运动C.当物块的加速度等于零时,速度最大D.当弹簧压缩量最大时,物体的加速度等于零
解析 物块接触弹簧之前,做匀加速直线运动,接触弹簧之后,当弹力小于重力沿斜面向下的分力时,物块继续加速,当弹力与重力分力平衡时,加速度为零,速度最大,之后,弹力大于重力分力,物块减速,直到速度为零,此时弹簧压缩量最大,弹力大于重力分力,物体加速度沿斜面向上,故B、C正确。答案 BC规律方法 (1)物体的加速度变化情况,由物体的合外力变化来确定,只要分析物体受力情况,确定了合外力的变化规律,即可由牛顿第二定律确定加速度的变化规律。(2)物体速度的变化由物体的加速度决定,速度与加速度同向,速度增加;速度与加速度反向,速度减小。
变式训练2(多选)(2020湖北黄冈高一月考)蹦极是一项非常刺激的体育运动。运动员身系弹性绳自高空P点自由下落,图中A点是弹性绳的原长位置,C是运动员所到达的最低点,B是运动员静止悬吊着时受力平衡的位置。运动员在从P点落下到最低点C的过程中(　　)A.从A点运动到C点的过程中运动员速度逐渐减小B.在B点,运动员的速度最大,其加速度为零C.在BC段绳的拉力大于人的重力,加速度越来越大D.在C点,运动员的速度为零,其加速度为零
解析 从A到B过程,弹性绳的拉力小于人的重力,人向下做加速度减小的变加速运动,从B到C过程,弹性绳的拉力大于人的重力,人向下做加速度增大的变减速运动,所以在B点时人的速度最大,此时运动员所受的拉力与重力大小相等、方向相反,合力为零,加速度为零,故B正确,A错误;在BC段绳的拉力大于人的重力,加速度向上,逐渐增大,故C正确;在C点,拉力大于人的重力,合力不为零,加速度不为零,只有速度为零,故D错误。答案 BC
[情境探究]行车时驾驶员及乘客必须系好安全带,以防止紧急刹车时造成意外伤害。请思考:(1)汽车突然刹车,要在很短时间内停下来,会产生很大的加速度,这时如何知道安全带对人的作用力大小呢?(2)汽车启动时,安全带对驾驶员产生作用力吗?要点提示 (1)汽车刹车时的加速度可由刹车前的速度及刹车时间求得,由牛顿第二定律F=ma可得安全带产生的作用力。(2)汽车启动时,有向前的加速度,此时座椅的后背对驾驶员产生向前的作用力,安全带不会对驾驶员产生作用力。
[知识点拨]1.应用牛顿第二定律解题的步骤
2.解题方法(1)矢量合成法:若物体只受两个力作用时,应用平行四边形定则求这两个力的合外力,加速度的方向即是物体所受合外力的方向。(2)正交分解法: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建立坐标系时,通常选取加速度的方向作为某一坐标轴(如x轴)的正方向(也就是不分解加速度),将物体所受的力正交分解后,列出方程Fx=ma,Fy=0。②特殊情况下,若物体的受力都在两个互相垂直的方向上,也可将坐标轴建立在力的方向上,正交分解加速度a。根据牛顿第二定律 列方程求解。
[实例引导]例3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的夹角θ=37°,小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2)。求:(1)车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况;(2)悬线对小球的拉力大小。点拨(1)小球运动的加速度方向是水平向右的,合力与加速度方向相同,也是水平向右的。(2)小球受绳的拉力和重力两个力的作用,合力的方向与加速度方向相同。
解析 方法一　合成法(1)由于车厢沿水平方向运动,所以小球有水平方向的加速度,所受合力F沿水平方向,选小球为研究对象,受力分析如图所示。由几何关系可得F合=mgtan θ小球的加速度 =gtan θ=7.5 m/s2,方向向右。则车厢做向右匀加速直线运动或向左匀减速直线运动。(2)悬线对球的拉力大小为
方法二　正交分解法以水平向右为x轴正方向建立坐标系,并将悬线对小球的拉力FT正交分解,如图所示。则沿水平方向有FTsin θ=ma竖直方向有FTcs θ-mg=0联立解得a=7.5 m/s2,FT=12.5 N且加速度方向向右,故车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动。答案 (1)7.5 m/s2　方向向右　车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动　(2)12.5 N
规律方法 坐标系的建立方法在牛顿第二定律的应用中,采用正交分解法时,在受力分析后,建立直角坐标系是关键。在建立直角坐标系时,不管选取哪个方向为x轴正方向,最后得到的结果都应该是一样的,但在选取坐标轴时,应以解题方便为原则,应使尽可能多的力在坐标轴上。
变式训练3 (多选)(2021河南平顶山高一期末)如图所示,一物块在平行于斜面向上的恒力F作用下沿斜面做加速度大小为1 m/s2的匀加速直线运动。已知斜面倾角为53°,物块质量为2 kg,物块与斜面间的动摩擦因数为0.1,重力加速度g取10 m/s2,sin 53°=0.8,cs 53°=0.6,则推力F的大小可能是(　　)A.19.2 NB.16.8 NC.12.8 ND.15.2 N
解析 由题意可知,物块沿斜面做匀加速运动,有两种情况:(1)若加速度方向沿斜面向上,由牛顿第二定律有F-mgsin 53°-μmgcs 53°=ma,F=mgsin 53°+μmgcs 53°+ma=16 N+1.2 N+2 N=19.2 N,A正确;(2)若加速度方向沿斜面向下,由牛顿第二定律有mgsin 53°-F-μmgcs 53°=ma,F=mgsin 53°-μmgcs 53°-ma=16 N-1.2 N-2 N=12.8 N,C正确。答案 AC
1.一辆正在喷水的洒水车,假设洒水车的牵引力不变且所受阻力与车重成正比,未洒水时,车匀速行驶,洒水时它的运动将是(　　)A.做变加速运动B.做初速度不为零的匀加速直线运动C.做匀减速运动D.继续保持匀速直线运动解析 ,洒水时质量m减小,则a变大,所以洒水车做加速度变大的加速运动,故A正确。答案 A
2.(多选)(2020江苏苏州高一月考)如图甲所示,质量不计的弹簧竖直固定在水平面上,t=0时刻,将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放,小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点,然后又被弹起离开弹簧,上升到一定高度后再下落,如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器,测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示,则下列说法正确的是(　　)A.t1时刻小球速率最大B.t2时刻小球速率为0且加速度最大C.t2~t3这段时间内,小球的加速度逐渐减小D.t2~t3这段时间内,小球的速度先增加后减少
解析 小球先自由下落,与弹簧接触后,弹簧被压缩,在下降的过程中,弹力不断变大,当弹力小于重力时,物体加速下降,合力变小,加速度变小,故小球做加速度减小的加速运动;当加速度减为零时,速度达到最大;之后物体由于惯性继续下降,弹力变得大于重力,合力变为向上且不断变大,加速度向上且不断变大,故小球做加速度不断增大的减速运动;上升过程,先做加速度不断减小的加速运动,当加速度减为零时,速度达到最大,之后做加速度不断增大的减速运动,直到小球离开弹簧为止,故B、D正确。答案 BD