高中物理教科版 (2019)必修 第一册3 牛顿第二定律教案配套课件ppt

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1.知道牛顿第二定律的内容和表达式的确切含义。2.知道国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。3.能应用牛顿第二定律解决简单的动力学问题。
1.通过力的单位牛顿的来由,形成物理观念。2.通过处理简单的力与运动的问题,掌握合成法、正交分解法等科学思维方法。3.通过应用牛顿第二定律解决实际问题,培养科学态度与责任。
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=ma。3.力的单位(1)在国际单位制中力的单位是牛顿,符号为N。(2)1 N大小的定义:作用在1 kg的物体上、使物体产生1 m/s2的加速度的力规定为1 N,即1 N=1 kg·m/s2。
二、牛顿第二定律的初步应用1.当物体同时受到几个力的作用时,牛顿第二定律中的“作用力”指的是合力,可以把牛顿第二定律的公式进一步表述为F合=ma。2.如果作用在物体上的各个分力在一平面内,在此平面内建立直角坐标系,分别求得各分力在x、y方向的合力Fx合、Fy合,则牛顿第二定律可写成:Fx合= max ,Fy合= may 。3.在求物体在几个力作用下的加速度时,我们是否可以先求出各个力分别产生的加速度,然后根据平行四边形定则求出合加速度?提示:可以,力和加速度均为矢量,可以进行合成和分解。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)由牛顿第二定律可知,加速度大的物体所受的合外力一定大。(　　)(2)牛顿第二定律说明了质量大的物体其加速度一定小。(　　)(3)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。(　　)(4)关于牛顿第二定律表达式F=kma中的比例系数k,①力F的单位用N时等于1。(　　)②在国际单位制中才等于1。(　　)③加速度单位用m/s2时等于1。(　　)
2.根据牛顿第二定律可知,无论多么小的力都可以使物体产生加速度,可是,我们用力提一个放在地面上的很重的箱子,却提不动,这跟牛顿第二定律有无矛盾?为什么?提示:不矛盾。因为牛顿第二定律中的力是指合外力。我们用力提一个放在地面上的很重的箱子,没有提动,箱子受到的合力F=0,箱子的加速度为零,所以箱子仍保持不动,故上述现象与牛顿第二定律没有矛盾。
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?
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。
1.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是某个力时,加速度a是该力产生的加速度。
2.牛顿第二定律的六个性质
3.两个加速度公式的区别
【例题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
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,但并不由它们决定,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可由其他两个量求得,故C、D正确。
【变式训练1】 在牛顿第二定律的数学表达式F=kma中,有关比例系数k的说法正确的是(　　)A.在任何情况下k都等于1B.因为k=1,所以k可有可无C.k的数值由质量、加速度和力的大小决定D.k的数值由质量、加速度和力的单位决定答案:D解析:在牛顿第二定律的表达式F=kma中,k的数值由质量、加速度和力的单位决定,与质量、加速度和力的大小无关,只有质量m、加速度a和力F的单位是国际单位时,即当质量用kg、加速度用m/s2、力用N作单位时,比例系数k才为1,故A、B、C错误,D正确。
为什么赛车的质量比一般小汽车的质量小得多,而且还安装一个功率很大的发动机?提示:为了提高赛车的灵活性。由牛顿第二定律可知,要使物体有较大的加速度,需减小其质量或增大其受到的作用力,赛车就是通过增加发动机动力,减小车身质量来增大其加速度,从而提高赛车的机动灵活性的,这样有益于提高比赛成绩。
(3)正交分解思路:若物体受到的力在两个互相垂直的方向上,也可以沿力的方向建立坐标轴,分解加速度。
【例题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,sin37°=0.6,cs37°=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。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
应用牛顿第二定律的解题步骤
【变式训练2】 雪橇是我国东北地区冬天常见的运输工具。如图所示,一个有钢制滑板的雪橇,连同上面的木料的总质量为100 kg,钢与冰之间的动摩擦因数为0.02,重力加速度g取10 m/s2。在水平的冰道上,马通过绳子拉着雪橇前进,绳子与水平地面的夹角为30°,当绳子拉力F为120 N时,马拉着雪橇做匀加速直线运动。求:
(1)雪橇受到的摩擦力大小;(2)雪橇的加速度大小。答案:(1)18.8 N　(2)0.85 m/s2
解析:(1)对雪橇和木料整体受力分析,如图所示。雪橇所受的滑动摩擦力f=μN在竖直方向有N=mg-Fsin30°
如图所示,在光滑的水平面上一质量为1 kg的滑块在弹簧的弹力F和水平拉力F1的作用下处于静止状态,当弹簧的弹力为2 N时(弹簧处于弹性限度内): (1)滑块受到的水平拉力F1多大?(2)若突然将F1去掉,则去掉F1的瞬间弹簧的弹力是否改变?(3)去掉F1的瞬间小滑块的加速度多大?提示:(1)2 N　(2)不变　(3)2 m/s2,方向水平向右
1.刚性绳(或接触面):一种发生微小形变产生弹力的物体,若剪断(或脱离)后,其弹力立即发生变化,不需要形变恢复时间,一般题目中所给细线或接触面在不加特殊说明时,均可按此模型处理。2.弹簧(或橡皮绳):此类物体形变量大,形变恢复需要较长时间,在解决瞬时问题时,可将其弹力的大小看成不变来处理。
【变式训练3】 (多选)如图所示,A、B两球质量相等,光滑斜面的倾角为θ,图(a)中,A、B两球用轻弹簧相连,图(b)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.两图中两球加速度均为gsinθB.图(a)中A球的加速度为零C.图(b)中轻杆的作用力一定不为零D.图(a)中B球的加速度是图(b)中B球的加速度的2倍
1.(牛顿第二定律的理解)(多选)物体从某一高处自由落下,落到竖直立于地面的轻弹簧上,如图所示。物体运动到A点时开始与弹簧接触,运动到B点时物体的速度为0,然后被弹簧弹回。下列说法正确的是(　　)A.物体从A下落到B的过程中,物体的加速度不断增大B.物体从A下落到B的过程中,物体的速度先增大后减小C.物体从B上升到A的过程中,物体的加速度不断减小D.物体从B上升到A的过程中,物体的速度先增大后减小答案:BD
解析:从A点接触弹簧开始到将弹簧压缩到最短B点的过程中,在物体刚接触弹簧的时候,弹簧的弹力小于物体的重力,合力向下,小球还是向下加速,速度增大,当弹簧的弹力和物体的重力相等时,小球的速度达到最大,之后弹力大于重力,小球开始减速,直至减为零。弹簧从压缩到最短B点到弹簧弹回原长A点的过程中,弹簧压缩到最短时弹力最大,大于重力,合力方向向上,物体加速上升,速度增大,当弹簧的弹力和物体的重力相等时,小球的速度达到最大,之后弹力小于重力,小球开始减速。物体从A下落到B的过程中,物体的加速度先减小到零,后反向增大,物体的速度先增大后减小,故A错误,B正确;物体从B上升到A的过程中,物体的加速度先减小到零,后反向增大,物体的速度先增大后减小,故C错误,D正确。
2.(瞬时加速度问题)如图所示,质量相等的A、B两小球分别连在轻质弹簧两端,B端用细线固定在倾角为30°的光滑斜面上,则在细线被剪断瞬间,A、B两球的加速度分别为(　　)
3.(牛顿第二定律的应用) 如图所示,水平地面上有一辆小车,小车上固定着竖直的立柱,“L形”的轻质细杆ABC固定在立柱上。质量为m的小球P固定在杆的A端,小球Q用细绳系在杆的C端。某段时间内小车向右运动,细绳偏离竖直线的角度保持不变。求:(1)小车做什么运动;(2)小车的加速度大小;(3)杆对小球P的作用力大小。