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1、3 牛顿第二定律,第四章 牛顿运动定律,学科素养与目标要求,1.知道牛顿第二定律的内容、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.,物理观念：,会应用牛顿第二定律解决简单的动力学问题.,科学思维：,自主预习,01,1.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_，加速度的方向跟作用力的方向_. 2.表达式F_，其中力F为物体受到的_，F的单位为 .,牛顿第二定律,一,正比,反比,相同,ma,合外力,牛顿(N),1.力的国际单位：牛顿，简称 ，符号为_. 2.“牛顿”的定义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力叫做1 N，即1 N_. 3.
2、比例系数k的意义 (1)在Fkma中，k值的大小随F、m、a单位选取的不同而不同. (2)在国际单位制中k1，牛顿第二定律的表达式为Fma，式中F、m、a的单位分别为_、_、_.,力的单位,二,N,1 kgm/s2,牛顿,千克,米每二次方秒,牛,1.判断下列说法的正误. (1)由Fma可知，物体所受的合外力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比. ( ) (2)公式Fma中，各量的单位可以任意选取.( ) (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)物体的运动方向一定与它所受合外力的方向一致.( ) (5)使质量是1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力
3、叫做1 N.( ),即学即用,2.光滑水平桌面上有A、B两个物体，已知mA2mB.当用F10 N的水平力作用在A上时，能使A产生5 m/s2的加速度，当用2F的水平力作用在B上时，能使B产生的加速度为 m/s2.,20,重点探究,02,对牛顿第二定律的理解,一,(1)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很重的箱子，却提不动，这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？,导学探究,(2)从匀速上升的气球上掉下一个物体(不计空气阻力)，离开气球的瞬间，物体的加速度和速度情况如何？,答案 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很
4、重的箱子，没有提动，箱子受到的合力F0，故箱子的加速度为零，箱子仍保持不动，所以上述现象与牛顿第二定律并没有矛盾.,答案 离开气球瞬间物体只受重力，加速度大小为g，方向竖直向下；速度方向向上，大小与气球速度相同.,(2)a 是加速度的决定式，它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素.,1.对牛顿第二定律的理解 (1)公式Fma中，若F是合力，加速度a为物体的实际加速度；若F是某一个力，加速度a为该力产生的加速度.,知识深化,(3)F、m、a三个物理量的单位都为国际单位制时，才有公式Fkma中k1，即Fma.,2.牛顿第二定律的四个性质,例1 (多选)下列对牛顿第二定律的理解正确的是
5、A.由Fma可知，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.当合外力停止作用时，加速度随之消失,解析 虽然Fma，但m与a无关，因a是由m和F共同决定的，即a ，且a与F同时产生、同时消失、同时存在、同时改变；a与F的方向永远相同.综上所述，A、B错误，C、D正确.,总结提升,合外力、加速度、速度的关系 1.力与加速度为因果关系：力是因，加速度是果.只要物体所受的合外力不为零，就会产生加速度.加速度与合外力方向是相同的，大小与合外力成正比(物体质量一定时). 2.力与速度无因果关系：合外力方向与速度方向可以相同，可以相反
6、，还可以有夹角.合外力方向与速度方向相同时，物体做加速运动，相反时物体做减速运动. 3.两个加速度公式的区别 a 是加速度的定义式，是比值定义法定义的物理量，a与v、v、t均无关；a 是加速度的决定式，加速度由物体受到的合外力及其质量决定.,例2 在粗糙的水平面上，物体在水平推力的作用下，由静止开始做匀加速直线运动，经过一段时间后，将水平推力逐渐减小到零(物体不停止)，在水平推力减小到零的过程中 A.物体的速度逐渐减小，加速度(大小)逐渐减小 B.物体的速度逐渐增大，加速度(大小)逐渐减小 C.物体的速度先增大后减小，加速度(大小)先增大后减小 D.物体的速度先增大后减小，加速度(大小)先减小
7、后增大,解析 物体受力如图所示， 因为原来做匀加速直线运动，所以FFf，由于运动一段时间，所以物体已有一定的速度，当力F减小时包含以下三个过程： 开始一段时间：FFf，由牛顿第二定律得a ， F减小，a减小，但a、v同向，故v增大； 随着F减小：FFf时，即F合0，a0，速度达到最大； 力F继续减小：FFf，F合的方向变了，a的方向也相应变化，与速度方向相反，故v减小，由牛顿第二定律得a ，故a(大小)增大. 综上所述，a(大小)先减小后增大，v先增大后减小，选D.,1.应用牛顿第二定律解题的一般步骤 (1)确定研究对象. (2)进行受力分析和运动状态分析，画出受力分析图，明确运动性质和运动过
8、程. (3)求出合力或加速度. (4)根据牛顿第二定律列方程求解.,牛顿第二定律的简单应用,二,2.应用牛顿第二定律解题的方法 (1)矢量合成法：若物体只受两个力作用，应用平行四边形定则求这两个力的合力，加速度的方向即物体所受合力的方向. (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所受的合外力. 建立坐标系时，通常选取加速度的方向作为某一坐标轴的正方向(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Fxma，Fy0. 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.,例3 如图1所示，
9、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，小球和车厢相对静止，小球的质量为1 kg，不计空气阻力.(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8) (1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况；,图1,答案 7.5 m/s2，方向水平向右 车厢可能水平向右做匀加速直线运动或水平向左做匀减速直线运动,解析 解法一(矢量合成法) 小球和车厢相对静止，它们的加速度相同.以小球为研究对象，对小球进行受力分析如图甲所示，小球所受合力为F合mgtan 37. 由牛顿第二定律得小球的加速度为,a gtan 377.5 m/s2，加速度方向水平向右. 车厢的加速度与小
10、球的加速度相同，车厢做水平向右的匀加速直线运动或水平向左的匀减速直线运动.,解法二(正交分解法) 对小球受力分析，建立直角坐标系如图乙所示，正交分解各力，根据牛顿第二定律列方程得 x方向：FTxma y方向：FTymg0 即FTsin 37ma FTcos 37mg0,加速度方向水平向右. 车厢的加速度与小球的加速度相同，车厢做水平向右的匀加速直线运动或水平向左的匀减速直线运动.,(2)求悬线对小球的拉力大小.,答案 12.5 N,解析 解法一(矢量合成法),解法二(正交分解法) 由(1)中所列方程解得悬线对小球的拉力大小为,例4 一个质量为20 kg的物体，从固定斜面的顶端由静止匀加速滑下，
11、物体与斜面间的动摩擦因数为0.2，斜面与水平面间的夹角为37(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8). (1)求物体沿斜面下滑过程中的加速度.,答案 4.4 m/s2，方向沿斜面向下,解析 沿斜面下滑时，物体受力如图甲： 由牛顿第二定律得： mgsin 37Ffma1 FNmgcos 37 又FfFN 所以a1gsin 37gcos 374.4 m/s2，方向沿斜面向下.,解析 物体沿斜面上滑时，摩擦力沿斜面向下，物体受力如图 由牛顿第二定律得： mgsin 37Ffma2 FfFN FNmgcos 37 联立得 a2gsin 37gcos 377.6 m/s2，方向沿斜
12、面向下.,(2)给物体一个初速度，使之沿斜面上滑，求上滑的加速度.,答案 7.6 m/s2，方向沿斜面向下,针对训练 如图2所示，质量为4 kg的物体静止于水平面上.现用大小为40 N、与水平方向夹角为37的斜向上的力拉物体，使物体沿水平面做匀加速直线运动(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8). (1)若水平面光滑，物体的加速度是多大？,图2,答案 8 m/s2,解析 水平面光滑时，物体的受力情况如图甲所示 由牛顿第二定律：Fcos 37ma1 解得a18 m/s2,(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，物体的加速度是多大？,答案 6 m/s2,解析 水平面不光滑
13、时，物体的受力情况如图乙所示 Fcos 37Ffma2 FNFsin 37mg FfFN 联立解得a26 m/s2.,达标检测,03,1,2,3,1.(对牛顿第二定律的理解)(2019陵川一中高一上学期期末)2018年11月10日，在国际泳联游泳世界杯东京站的决赛中，我国选手李朱濠在7名日本选手的“围剿”下，一路领先，以1分50秒92的成绩夺得200米蝶泳决赛冠军.该成绩也打破了由他自己保持的全国纪录.当李朱濠加速冲刺时，关于池水对他的作用力F的方向，下图中大致正确的是,4,1,2,3,2.(牛顿第二定律的应用)(2019南昌二中高一上学期期末)如图3所示，水平轻弹簧的左端固定在墙上，右端固定
14、在放于粗糙水平面的物块M上，当物块处在O处时弹簧处于自然状态，现将物块拉至P点后释放，则在物块从P点返回O处的过程中 A.物块的速度不断增大，而加速度不断减小 B.物块的速度先增后减，而加速度先减后增 C.物块的速度不断减小，而加速度不断增大 D.物块的速度先增后减，而加速度不断减小,4,图3,3.(牛顿第二定律的应用)如图4所示，在与水平方向成角、大小为F的力作用下，质量为m的物块沿竖直墙壁加速下滑，已知物块与墙壁间的动摩擦因数为.则下滑过程中物块的加速度大小为(重力加速度为g),1,2,3,4,图4,解析 将F分解可得，物块在垂直于墙壁方向上受到的压力为FNFcos ，则墙壁对物块的支持力
15、为FNFNFcos ；物块受到的滑动摩擦力为FfFNFcos ； 由牛顿第二定律，得mgFsin Ffma，得ag .,1,2,3,4,4.(牛顿第二定律的应用)如图5所示，一个物体从固定斜面的顶端由静止开始下滑，斜面倾角30，斜面始终静止不动，重力加速度g10 m/s2. (1)若斜面光滑，则物体下滑过程的加速度是多大？,1,2,3,4,图5,答案 5 m/s2,解析 根据牛顿第二定律得：mgsin ma1,1,2,3,4,答案 2.5 m/s2,解析 物体受重力、支持力和摩擦力，根据牛顿第二定律得mgsin Ffma2 FNmgcos FfFN 联立解得：a2gsin gcos 2.5 m/s2.,(2)若斜面不光滑，物体与斜面间的动摩擦因数 ，物体下滑过程的加速度又是多大？,
