第四章3牛顿第二定律.ppt

,深层互动探究,金榜冲关必备,达标对点演练,基础知识研读,3,牛顿第二定律,1,理解牛顿第二定律，知道牛顿第二定律表达式的确切含义,2,知道国际单位制中力的单位是怎样定义的,3,掌握牛顿第二定律并能进行有关计算,1,内容,：物体加速度的大小跟作用力成,_,跟物体的质量成,_,加速度的方向跟作用力的方向,_,2,表达式,：,F,_,实际物体受到的往往不止一个力，此时式中的,F,指物体受到的,_,特别提醒,牛顿第二定律给出了加速度的大小和方向的决定因素,牛顿第二定律,正比,反比,相同,kma,合力,1,关于牛顿第二定律，以下说法中正确的是,(,),A,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,B,牛顿第二定律说明了，质量大的物体，其加速度一定,就小,C,由,F,ma,可知，物体所受到的合外力与物体的质量成,正比,D,对同一物体而言，物体的加速度与物体所受到的合,外力成正比，而且在任何情况下，加速度的方向，始,终与物体所受的合外力方向一致,解析,加速度是由合外力和质量共同决定的，故加速度大的物体，所受合外力不一定大，选项,A,、,B,错误；物体所受到的合外力与物体的质量无关，故,C,错误；由牛顿第二定律可知，物体的加速度与物体所受到的合外力成正比，并且加速度的方向与合外力方向一致，故,D,选项正确,答案,D,1,在国际单位制中，力的单位是,_,，符号为,_,，它是根据牛顿第二定律定义的：使质量为,1 kg,的物体产生,1 m/s,2,的加速度的力，叫做,1 N,，即,1 N,_,2,比例系数,k,的意义,(1),在,F,kma,中，,k,的选取有一定的,_,(2),在国际单位制中,k,1,，牛顿第二定律的数学表达式为：,_,，式中,F,、,m,、,a,的单位分别为,_,、,_,、,_,力的单位,牛顿,N,1 kgm/s,2,任意性,F,ma,N,kg,m/s,2,2.,在牛顿第二定律的表达式,F,kma,中，有关比例系数,k,的下列说法中，正确的是,(,),A,k,的数值由质量、加速度和力的数值决定,B,k,的数值由质量、加速度和力的单位决定,C,在国际单位制中，,k,等于,1,D,在任何情况下,k,都等于,1,解析,物理公式在确定物理量数量关系的同时，也确定了物理量的单位，在,F,kma,中，只有,“,m,”,的单位取,kg,，“,a,”的单位取,m/s,2,，“,F,”的单位取,N,时，才有,k,1.B,、,C,正确,答案,BC,因果性,力是产生加速度的原因，没有力也就没有加速度,矢量性,公式,F,ma,是矢量式，任一瞬时，,a,的方向均与,F,合,方向相同，当,F,合,方向变化时，,a,的方向同时变化,瞬时性,物体的加速度与物体所受合外力有瞬时对应关系，,a,为某一时刻的加速度，,F,为该时刻物体所受合外力,同一性,有两层意思：一是指加速度,a,相对同一惯性系,(,一般指地球,),，二是指,F,ma,中,F,、,m,、,a,必须对应同一物体或同一个系统,独立性,作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律，而物体的实际加速度则是每个力产生的加速度的矢量和，则：,F,x,ma,x,，,F,y,ma,y,牛顿第二定律的五性,【,典例,1】,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，物体所受的合力与物体的质量成正,比，与物体的加速度成反比,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，可求第三个量但物体的质量是由物体本身决定的，与受力无关，作用在物体上的合力，是由和它相互作用的其它物体作用产生的，与物体的质量和加速度无关故,A,、,B,错，,C,、,D,对,答案,CD,力是产生加速度的原因，物体加速度的大小由其所受外力和其质量共同决定，而物体所受外力的大小，与自身的质量和的加速度大小无关,【,跟踪,1】,对静止在光滑水平面上的物体施加一水平拉力,F,，当力刚开始作用的瞬间,(,),A,物体立即获得速度,B,物体立即获得加速度,C,物体同时获得速度和加速度,D,由于物体没有来得及运动，所以速度和加速度都为零,解析,物体受重力、支持力与水平拉力,F,三个力的作用，重力和支持力的合力为零，因此物体所受的合力即水平拉力,F,.,由牛顿第二定律可知，力,F,作用的同时物体立即获得了加速度，但是速度还是零，因为合力,F,与速度无关而且速度只能渐变不能突变因此,B,正确，,A,、,C,、,D,错误,答案,B,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力，再由牛顿第二定律求出物体的加速度的大小及方向加速度的方向就是物体所受合外力的方向反之，若知道加速度的方向也可应用平行四边形定则求物体所受的合力,牛顿第二定律的简单应用,【,典例,2】,如图,4,3,1,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/s,2,，,sin 37,0.6,，,cos 37,0.8),求：,图,4,3,1,(1),车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况；,(2),悬线对球的拉力,解析法一,合成法,(1),由于车厢沿水平方向运动，所以小球加速度,(,或合力,),的方向水平向右,选小球为研究对象，受力分析如右图所示,由牛顿第二定律得,mg,tan,ma,，,法二,正交分解法,建立坐标系，并将悬线对小球的拉力正交分解；如右图所示,则沿水平方向有,F,sin,ma,，,竖直方向有,F,cos,mg,.,联立以上两式可解得车厢的加速度,a,和悬线对球的拉力,F,.,答案,见解析,应用牛顿第二定律解决问题的一般步骤,【,跟踪,2】,如图,4,3,2,所示，物体,A,的质量为,10 kg,，放在水平地面上，物体,A,与地面间的动摩擦因数,0.2,，如果用与水平面成,30,的力拉它，为了产生,1 m/s,2,的加速度，,F,需要多大？,(,g,取,10 m/s,2,),图,4,3,2,解析,建立坐标系，物体,A,受力情况如图所示，,根据牛顿第二定律列方程,F,cos 30,F,N,ma,F,N,F,sin 30,mg,0,联立以上两式解得,答案,31 N,瞬时加速度由合力决定，这类问题有轻绳、轻杆、轻弹簧、橡皮条等模型,它们的共同点是：质量忽略不计，都因发生弹性形变产生弹力,它们的不同点是：,利用牛顿第二定律求瞬时加速度,弹力表现形式,弹力方向,弹力能否突变,轻绳,拉力,沿绳收缩方向,能,轻杆,拉力、支持力,不确定,能,轻弹簧,拉力、支持力,沿弹簧轴线,不能,橡皮条,拉力,沿橡皮条收缩方向,不能,【,典例,3】(1),如图,4,3,3,甲所示，,A,、,B,间用细绳联结并将,A,球用轻绳悬挂在天花板上，剪断悬挂,A,球的细线的瞬间，,A,、,B,的加速度分别为多大？,(2),若悬挂,A,球的细绳改为轻弹簧，如图,4,3,3,乙所示，如果把,A,、,B,之间的细绳剪断则,A,、,B,两球的瞬时加速度各是多少？,(,设,A,、,B,两球质量相等,),图,4,3,3,答案,(1),a,A,a,B,g,，方向竖直向下,(2),a,A,g,，方向竖直向上；,a,B,g,，方向竖直向下,求解瞬时加速度问题时，首先应确定所给问题是绳杆类，还是弹簧类，然后根据其弹力能否发生突变的特点，利用牛顿第二定律求解,【,跟踪,3】,质量皆为,m,的,A,、,B,两球之间系着一个不计质量的轻弹簧，放在光滑水平台面上，,A,球紧靠墙壁，如图,4,3,4,所示，今用力,F,将,B,球向左推压弹簧，平衡后，突然将力,F,撤去的瞬间,(,),图,4,3,4,答案,BD,【,错误案例,】,对力是否发生突变分析不准导致错误,易错易混,图,4,3,5,【,典例,4】,如图,4,3,5,所示，天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的质量相同的小球，两小球均保持静止当突然剪断细绳的瞬间，上面小球,A,与下面小球,B,的加速度分别为,(,以向上为正方向,)(,),A,a,1,g,a,2,g,B,a,1,2,g,a,2,0,C,a,1,2,g,a,2,0 D,a,1,0,a,2,g,解析,分别以,A,、,B,为研究对象，分析剪断前和剪断时的受力剪断前,A,、,B,静止，,A,球受三个力：绳子的拉力,F,T,、重力,mg,和弹簧弹力,F,，,B,球受两个力：重力,mg,和弹簧弹力,F,，,A,球：,F,T,mg,F,0,B,球：,F,mg,0,F,F,解得,F,T,2,mg,，,F,mg,剪断瞬间，,A,球受两个力，因为绳无弹性，剪断瞬间拉力突变为零，而弹簧瞬间形状不可改变，弹力不变如图，,A,球受重力,mg,、弹簧的弹力,F,.,同理,B,球受重力,mg,和弹力,F,.,A,球：,mg,F,ma,1,，,B,球：,F,mg,ma,2,解得,a,1,2,g,，,a,2,0,答案,C,易错分析,本题易错选项及错误原因具体分析如下：,易错选项,错误原因,A,项,认为,A,球和,B,球为一个整体,，,都只受重力作用,，,具有相同的加速度,，,没有注意到弹簧对两个小球仍然有作用力实际上弹簧对两个小球的作用力在细绳剪断的瞬间并没有发生变化,B,项,只注意到了弹簧对两个小球的作用力的大小,，,以及每个小球所受合力的大小,，,没有注意到加速度是矢量及正方向的规定,图,4,3,6,中小球,M,处于静止状态，弹簧与竖直方向的夹角为,，烧断,BO,绳的瞬间，试求小球,M,的加速度的大小和方向,【,我来冲关,】,图,4,3,6,解析,烧断,BO,绳前，小球受力平衡，由此求得,BO,绳的拉力,F,mg,tan,；烧断瞬间，,BO,绳的拉力消失，而弹簧还是保持原来的长度，弹力与烧断前相同此时，小球受到的作用力是弹力和重力，如图所示，,答案,g,tan,方向水平向右,牛顿第一定律和牛顿第二定律的关系,1,牛顿第一定律并不是牛顿第二定律,F,合,0,时的特殊情形，因为牛顿第一定律所描述的是物体不受外力时的运动状态，是一种理想情况,2,牛顿第一定律是第二定律的基础，第一定律指出了力和运动的关系：力是改变物体运动状态的原因，从而完善了力的内涵；而第二定律则进一步定量地给出了决定物体加速度的因素,3,研究物体做什么运动必须知道物体在不受力时的运动状态，所以牛顿第一定律是研究力学的出发点，是不能用牛顿第二定律来替代的,【,状元微博,】,1,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,对牛顿第二定律的理解,解析,F,与,a,或,m,无关，,A,错力是产生加速度的原因，物体受外力作用才有加速度，,B,错加速度的方向由合力的方向决定，两者方向一致，,C,对牛顿第二定律的瞬时性表明，外力为零，加速度也为零，,D,对,答案,CD,2,关于速度、加速度和合力之间的关系，下述说法正确的是,(,),A,做匀变速直线运动的物体，它所受合力是恒定不变的,B,做匀变速直线运动的物体，它的速度、加速度、合力,三者总是在同一方向上,C,物体受到的合力增大时，物体的运动速度一定加快,D,物体所受合力为零时，一定处于静止状态,解析,匀变速直线运动就是加速度恒定不变的直线运动，所以做匀变速直线运动的物体的合力是恒定不变的，选项,A,正确；做匀变速直线运动的物体，它的加速度与合力的方向一定相同，但加速度与速度的方向就不一定相同了加速度与速度的方向相同时做匀加速运动，加速度与速度的方向相反时做匀减速运动，,B,选项错误；物体所受的合力增大时，它的加速度一定增大，但速度不一定增大，选项,C,错误；物体所受合力为零时，加速度为零，但物体不一定处于静止状态，也可以处于匀速运动状态，选项,D,错误,答案,A,3,车厢底部有一质量为,m,5 kg,的物体，如图,4,3,7,所示，当小车以,7.5 m/s,2,的加速度向右加速运动时，,m,与小车始终保持相对静止，试分析物体受力情况，并求出各力的大小,牛顿第二定律的应用,图,4,3,7,解析,物体共受三个力的作用：重力、支持力和小车给它的摩擦力,其中：重力,G,m,g,50 N,，方向竖直向下,支持力,F,N,G,50 N,，方向竖直向上,摩擦力,F,f,m,a,57.5 N,37.5 N,，方向水平向右,答案,见解析,4,如图,4,3,8,所示，质量为,2 kg,的物体在,40 N,水平推力作用下，从静止开始,1 s,内沿竖直墙壁下滑,3 m,求：,(,取,g,10 m/s,2,),图,4,3,8,(1),物体运动的加速度大小；,(2),物体受到的摩擦力大小；,(3),物体与墙间的动摩擦因数,(2),分析物体受力情况如右图所示：,水平方向：物体所受合外力为零，,F,N,F,40 N,竖直方向：取向下为正方向，,由牛顿第二定律得：,mg,F,f,ma,，可得：,F,f,mg,ma,8 N,(3),物体与墙间的滑动摩擦力,F,f,F,N,答案,(1)6 m/s,2,(2)8 N,(3)0.2,5,如图,4,3,9,所示，在光滑的水平面上，质量分别为,m,1,和,m,2,的木块,A,和,B,之间用轻弹簧相连，在拉力,F,作用下，以加速度,a,做匀加速直线运动，某时刻突然撤去拉力,F,，此瞬时,A,和,B,的加速度为,a,1,和,a,2,，则,(,),利用牛顿第二定律求瞬时加速度,图,4,3,9,A,a,1,a,2,0,B,a,1,a,，,a,2,0,答案,D,