2018高中物理 專題4.3 牛頓第二定律同步課件 新人教版必修1.ppt

第四章牛頓運動定律 學習目標 1 掌握牛頓第二定律的文字內容和數(shù)學公式 理解公式中各物理量的意義及相互關系 3 知道在國際單位制中力的單位 牛頓 是怎樣定義的 4 會用牛頓第二定律的公式進行有關的計算 a F F ma 正比于 F kma k為比例系數(shù) 復習回顧 假如你是科學家 你能否想個辦法把k消掉 把能夠使質量是1kg的物體產(chǎn)生1m s2的加速度的這么大的力定義為1N 即1牛頓 1千克 米 秒2 F kma 一 力的單位 如果都用國際單位制的單位 在上式中就可以使k 1 上式簡化成 F ma 二 牛頓第二定律 1 內容物體加速度的大小跟它所受到的作用力成正比 跟它的質量成反比 加速度的方向跟作用力的方向相同 F ma 合力 質量 加速度 2 表達式 問題與練習1 從牛頓第二定律知道 無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度 可是我們用力提一個很重的物體時卻提不動它 這跟牛頓第二定律有無矛盾 應該怎樣解釋這個現(xiàn)象 沒有矛盾 由公式F ma看 F應為合外力 無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度 這個力應是合外力 現(xiàn)用力提一很重的物體時 物體仍靜止 說明合外力為零 討論1 力是物體產(chǎn)生加速度的原因 而加速度是用 v t 來定義和度量的 那么物體運動的加速度到底取決于什么 是決定式 是定義式 度量式 討論2 力是產(chǎn)生加速度的原因 質量是物體慣性大小的量度 物體的加速度是由力這一外因和質量這一內因共同確定 因果關系 1 同體性 F m a是對于同一個物體而言的 3 理解之 思考 牛頓第二定律內容中前半句話的 物體 是指同一個物體嗎 討論3 如圖所示 靜止在光滑水平面上的物體受一大小不變 方向向右的力F1的作用 那么物體的加速度a1方向如何 一段時間后 只改變力F1的方向為F2 即改為左 那么 這時物體的速度v方向如何 加速度a2方向如何 F和a都是矢量 牛頓第二定律F ma是一個矢量式 它反映了加速度方向始終跟合力方向相同 而速度方向與合力方向無必然聯(lián)系 2 矢量性 a的方向與F合的方向一定相同 如圖所示 籃球離開手后的瞬間 這樣畫籃球的受力和加速度對嗎 不計阻力 練習 物體受到拉力F之前靜止 物體受到拉力F之后做什么運動 撤去拉力F后 物體做什么運動 F增大 減小時 a怎樣 3 瞬時性 a與F是瞬時對應關系 a與F總是同生 同滅 同變化 4 獨立性 每個力各自獨立地使物體產(chǎn)生一個加速度 與其它力無關 矢量相加求a合 物體還受哪幾個力 G與N分別產(chǎn)生加速度嗎 作用在物體上的每個力都將獨立產(chǎn)生各自的加速度 與物體是否受其他力無關 合力的加速度即是這些加速度的矢量和 1 下列說法中正確的是 A 物體合外力減小時 加速度一定減小B 物體速度為零 合外力一定為零C 物體合外力為零時 速度一定為零D 物體合外力減小時 速度一定減小E 物體的運動方向一定跟合外力的方向相同F(xiàn) 根據(jù)m F a 物體的質量跟力成正比 跟加速度成反比 A 當堂練習 2 靜止在光滑的水平面上的物體 受到一個水平拉力 則在力剛開始作用的瞬間 下列說法正確的是 A 物體立即獲得加速度和速度B 物體立即獲得加速度 但速度仍為零C 物體立即獲得速度 但加速度仍為零D 物體的速度和加速度均為零 B 汽車重新加速時的受力情況 例1 某質量為1100kg的汽車在平直路面試車 當達到100km h的速度時關閉發(fā)動機 經(jīng)過70s停下來 汽車受到的阻力是多大 重新起步加速時牽引力為2000N 產(chǎn)生的加速度應為多大 假定試車過程中汽車受到的阻力不變 汽車減速時受力情況 解 1 汽車在減速過程 v0 100km h 27 8m s v 0 t 70s根據(jù)a v vo t得 加速度為a1 0 397m s2 方向向后 根據(jù)牛頓第二定律得 受到的阻力f ma1 437N 方向向后 2 汽車重新啟動時 牽引力為F 2000N根據(jù)牛頓第二定律得 加速度為 a2 F f m 1 42m s2方向向前 例2 光滑水平面上有一質量是2 的物體 受到互成120o角的兩個水平方向的力F1和F2的作用 兩個力的大小都是10N 這個物體的加速度是多少 正交分解法 平行四邊形法 有沒有其他方法 0 600 600 600 600 1 確定研究對象 2 分析受力 運動情況 畫出受力分析圖 3 求合力 4 選正方向 根據(jù)牛頓運動定律和運動學公式建立方程并求解 總結 注意 各量統(tǒng)一用國際單位制的單位 用牛頓第二定律解題的一般步驟 質量不同的物體 所受的重力不一樣 它們自由下落時加速度卻是一樣的 你怎樣解釋 在第二章學習 重力 一節(jié)時 給出了重量和質量的關系式G mg g是以比例常數(shù)引入的 現(xiàn)在可以證明 這個比例常數(shù)就是重力加速度 9 8N kg與9 8m s2等價 想一想 如何證明 討論4 如果物體只受重力G mg的作用 則由牛頓第二定律知物體的加速度為即重力是物體產(chǎn)生重力加速度g的原因 各地的g值略有差異 通常取g 9 8m s2 牛頓第一定律 1 定性定義了力的概念2 定義了慣性的概念3 定義了慣性系的概念4 定性力和運動的關系牛頓第二定律 是在力的定義的基礎上建立的 牛頓第一定律是研究力學的出發(fā)點 是不能用牛頓第二定律代替的 也即不是牛頓第二定律的特例 牛頓第一定律是牛頓第二定律的特例嗎 討論5 1 質量為1kg的物體受到兩個大小分別為2N和4N的共點力作用 則物體的加速度大小可能是 A 5m s2B 3m s2C 2m s2D 0 5m s2 ABC 課堂練習 2 在光滑水平面上的木塊 在水平方向上受到一個方向不變 大小從零逐漸增加到某一固定值的力作用時 這一過程木塊將做 A 勻減速運動B 勻加速運動C 速度逐漸減小的變加速運動D 速度逐漸增大的變加速運動 D 3 一物體在幾個力的共同作用下處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)使其中向東的一個力F的值逐漸減小到零 又逐漸使其恢復到原值 方向不變 則 A 物體始終向西運動B 物體先向西運動后向東運動C 物體的加速度先增大后減小D 物體的速度先增大后減小 AC 內容及公式 a F m 應用 課堂小結 定義 1牛 1千克 米 秒2 牛頓第二定律 理解 同體性矢量性同時性獨立性因果性相對性統(tǒng)一性 1 在牛頓第二定律F kma中 有關比例系數(shù)k的下列說法 正確的是 A 在任何情況下k都等于1B k的數(shù)值是由質量 加速度和力的大小決定的C k的數(shù)值是由質量 加速度和力的單位決定的D 在國際單位制中 k 1 CD 課后練習 2 兩物體A B靜止于同一水平面上 與水平面間的動磨擦因數(shù)分別為 A B 質量為mA mB 用平行于水平面的力F拉物體A B 所得加速度a與拉力F的關系如圖所示 則 A B C D a A B F 反思 善于從圖像中獲取信息斜率與截距的物理意義 B 3 一物體m 1kg的物體靜置在光滑水平面上 t 0時刻開始 用一水平向右的大小為2N的力F1拉物體 則 1 物體產(chǎn)生的加速度是多大 2s后物體的速度是多少 2 若在2s末給物體加上一個大小也是2N水平向左的拉力F2 則物體的加速度是多少 4s末物體的速度是多少 3 2s內物體的加速度2m s2是由力F1產(chǎn)生的 2s后物體的加速度為0 那是說2s后F1不再產(chǎn)生加速度了 可以用平行四邊形定則進行分解合成的不僅僅是力 所有的矢量均可以用平行四邊形定則進行分解合成 當然也包括加速度 2s后F1仍然產(chǎn)生2m s2的加速度 不過F1產(chǎn)生的加速度與F2產(chǎn)生的加速度相互抵消 所以總的加速度是0 思考A 如圖所示 當小車靜止或水平向右勻速運動時 懸線應處何位置 如果小車向右加速或減速運動時 懸線會處于什么位置 為什么 思考B 如圖所示 當小車以加速度a水平向右加速運動時 質量為m的小球與小車相對靜止時 懸線與豎直方向的夾角為多少 思考C 當小車水平向右減速運動時 質量為m的小球懸線與豎直方向的夾角為 時 試求小車所具有的加速度 第四章牛頓運動定律 習題課 一 常規(guī)題型 1 明確研究對象與研究過程 2 分析物體的受力情況 確定其合外力 3 分析物體的運動情況 確定或表達物體的加速度 4 選取正交坐標系與正方向 運用牛頓第二定律列方程 5 解答并檢驗 1 一列靜止在站臺里的火車 總質量為6 0 105kg 伴隨著一聲笛響 這列火車從站臺緩緩開出 1min20s后顯示其速度達到了72km h 若火車做勻加速直線運動 求火車在加速過程中的合外力要多大才能滿足加速的要求 解 取火車前進方向為正方向 根據(jù)勻速直線運動的規(guī)律有 由牛頓第二定律得 2 一輛小汽車的質量m1 8 0 102kg 所載乘客的質量是m2 2 0 102kg 用同樣大小的牽引力 如果不載人時小汽車產(chǎn)生的加速度是a1 1 5m s2 載人時產(chǎn)生的加速度a2是多少 忽略阻力 二 正交分解法解題 1 明確研究對象與研究過程 2 分析物體的受力情況 確定其合外力 3 分析物體的運動情況 確定或表達物體的加速度 4 選取正交坐標系與正方向 運用牛頓第二定律列方程 5 解答并檢驗 1 沿水平方向做勻加速直線運動的車廂中 懸掛小球的懸繩偏離豎直方向370 小球和車廂相對靜止 球的質量為m 1kg g取10m s2 sin370 0 6 cos370 0 8 1 求車廂運動的加速度 2 求懸繩對球的拉力 1 7 5m s2方向向右 2 12 5N 1 按加速度方向建立坐標系 進行力的分解 2 一個物體質量為m 放在一個傾角為 的斜面上 物體從斜面頂端由靜止開始加速下滑 1 若斜面光滑 求物體的加速度 2 若斜面粗糙 已知動摩擦因數(shù)為 求物體的加速度 反思 解牛二問題時 常用正交分解法解題 建立坐標系時常時加速度的方向為某一坐標軸的正方向 則另一坐標軸的合力必為零 a1 gsin a2 gsin gcos 3 物體以初速度v0沿著傾角為 的光滑斜面向上滑動的加速度是多少 思考 若斜面足夠長 則用多長時間滑回出發(fā)點 2 按力的方向建立坐標系 分解加速度 例1 如圖所示 質量為m的人站在自動扶梯上 扶梯正以加速度a向上減速運動 a與水平方向的夾角為 求人受的支持力和摩擦力 N m g asin f macos 摩擦力的方向為水平向左 解 建立平面直角坐標系 分解加速度 根據(jù)牛頓第二定律的分量式有 1 豎直向上發(fā)射的子彈 設所受的阻力與速度成正比 則它的加速度在何處最大 何處最小 規(guī)律運用 2 桿端固定一質量為1kg的小球 當小車以7 5m s2的加速度向右運動時 問桿對小球的作用力多大 方向如何 三 力與加速度的瞬時對應關系 解題時遇到的理想模型 彈簧和橡皮筋 細繩 定性分析 思考 一小球從豎直在地面上輕彈簧正上方某處自由落下 試分析小球從剛接觸彈簧到被壓縮最短過程中 小球的合外力 加速度 速度的變化情況是怎樣變化 合外力與加速度先減小后增大 速度先增大后減小 1 物體在光滑的水平面上受一水平的恒力F作用向前運動 如圖所示 它的正前方固定一根勁度系數(shù)足夠大的彈簧 當物塊接觸彈簧后 A 立即做減速運動B 仍做勻加速運動C 在一段時間內仍作加速運動 速度繼續(xù)增大D 當彈簧處于最大壓縮時 物體的加速度不為零 CD 2 在沿平直軌道運動的車廂中 用彈簧拴著一個小球放在光滑水平桌面上 彈簧處于自然伸長狀態(tài) 如圖所示 當旅客看到彈簧長度變短時 對火車的運動狀態(tài)下列說法中正確的是 A 火車向右加速運動B 火車向右減速運動C 火車向左加速運動D 火車向左減速運動 BC 3 質量分別為mA和mB的A和B兩小球都用輕繩連接 兩小球均處于靜止狀態(tài) 如果將懸掛A球的輕繩剪斷瞬間 A和B小球的加速度各是多少 輕繩未剪斷前 受力分析如圖 輕繩未剪斷瞬間 aA gaB g 4 質量分別為mA和mB的A B兩小球用彈簧連接 A球用輕繩懸掛起來 兩球均處于靜止狀態(tài) 如果將懸掛A球的輕繩剪斷瞬間 求A和B小球的加速度各是多少 輕繩未剪斷前 受力分析如圖 F F 輕繩剪斷瞬間 T消失 但彈簧尚未收縮 仍保持原狀 所以F不變 故aB 0 aA mA mB g mA 輕繩 繩的彈力可發(fā)生突變 當其他條件發(fā)生變化的瞬間 繩的彈力可以瞬時產(chǎn)生 瞬時改變或瞬時消失 當繩被剪斷時 繩的彈力瞬間消失 輕彈簧 彈簧的彈力不能發(fā)生突變 當其他條件發(fā)生變化的瞬間 可以認為彈簧的彈力不變 當彈簧被剪斷時 彈簧的彈力瞬間消失 輕繩未剪斷后 N 0aA 0aB 3g 2 5 如圖所示 木塊A B用一輕彈簧相連 豎直放在木塊C上 三者靜置于地面 它們的質量之比是1 2 3 當沿水平方向迅速抽出木塊C的瞬間 A和B的加速度分別為多少 設所有接觸面都光滑 6 光滑的水平面上有一小車 以向右的加速度a勻加速運動 車內兩物體A B的質量均為m A和B用一輕彈簧相連 通過繩子B與車相連 求剪斷繩子瞬間 A B的加速度 桌面光滑 A B的加速度分別為a 但方向相反 A向左B右 用牛頓第二定律解題的方法和步驟 1 明確研究對象 隔離或整體 2 進行受力分析和運動狀態(tài)分析 畫出示意圖 3 規(guī)定正方向或建立直角坐標系 求合力F合 物體受兩個力 合成法 物體受多個力 正交分解法 沿加速度方向 垂直于加速度方向 4 列方程求解 一 思路與方法總結 1 認真審題 明確是平衡問題還是非平衡問題 變速運動 靜止或勻速直線運動 2 明確解法 是采用合成法還是采用正交分解法 平衡問題 3個力作用 采用合成法構造三角形較好 4個或更多個力作用 必須采用正交分解法 例 1 求小球對擋板和斜面的壓力 非平衡問題 2個力作用 合成法或正交分解法均可以 3個或更多個力作用 必須采用正交分解法 例1 一輛小車在水平地面上沿直線行駛 在車箱頂部懸掛的小球相對與小車靜止 懸線與豎直方向成 角 則小車的加速度為多大 方向如何 小車的運動情況如何 解 對小球受力分析如圖由牛頓第二定律得 小球有向右的加速度 故小車也具有相同的加速度 即小車是在向右加速運動 理解物理解題的本質 運用物理原理列出方程 或方程組 然后解方程 就運用牛頓第二定律解題而言 其所解決的問題均屬于非平衡問題 唯一的依據(jù)就是 怎樣書寫 一般情況下我們采用正交分解法 軸向合力的解法 用較大方向上的力減去較小方向上的力 當我們用正交分解法解決非平衡問題時 往往將 處理為 實際解題中 我們遇到的問題基本上都是 或 則必須按照 列方程 1 判斷題型2 受力分析3 列方程4 解方程 練習1 如圖所示質量為m的人站在自動扶梯上 扶梯正以加速度a向上做加速運動 a的方向與水平方向的夾角為 求人受到的支持力和摩擦力 練習2 置于水平面上的小車 有一彎折的細桿 彎折成 角度 如圖所示 其另一端固定了一個質量為m的小球 間 當車以加速度a向右加速前進時 細桿對小球作用力的大小是多少 1 判斷題型2 受力分析3 列方程4 解方程 練習3 如圖所示 小車在水平面上以加速度a向左做勻加速直線運動 車廂內用OA OB兩細繩系住一個質量為m的物體 OA與豎直方向間夾角為 OB是水平的 求OA繩和OB繩中的張力分別是多少 1 判斷題型2 受力分析3 列方程4 解方程