人教版物理高一物理必修一第四章牛顿运动定律4.3 牛顿第二定律 (共42张PPT)

•物体的运动状态发生变化，即产生加速度。•加速度的大小可能与哪些因素有关呢？•“力”是促使物体运动状态改变的原因，力似乎“促使”加速度的产生；•质量是物体惯性的量度，而惯性是保持运动状态不变的性质，所以质量似乎“阻碍”加速度的产生。知识回顾a可能与F、m有关系。（1）研究方法：控制变量法“a”与“F”、“m”二个物理量均有关系，应该从何处入手呢？所以本次的探究思路自然而然地确定为两个方面：一是探究质量一定时，加速度与受力的关系；二是探究受力一定时，加速度与质量的关系。最后综合得出三者的关系。控制变量法在初中阶段我们研究“欧姆定律”、“导体电阻的影响因素”时都接触到一种方法－－a、F、m三者的关系！？复习：力和运动的关系是怎样的？力是改变物体运动状态的原因力是物体速度改变的原因力是产生加速度的原因问题：加速度与哪些因素有关？小实验：加速度与力、质量有关数据处理得：a∝F实验结论：当m一定时，a和F成正比即aF1、质量m一定，加速度a与力F的关系◆回忆课本所探究的内容2、力F一定，加速度a与质量m的关系数据处理得：am控制变量法m一定a—FF一定a—m（一）实验探究：1、实验方法：2、实验数据分析方法：画出a-F和a-1/m的图像小车纸带打点计时器方案一：利用打点计时器来探究加速度与力、质量的关系（1）保持小车质量不变，改变拉力，测出不同拉力F作用下小车的加速度a，然后作出a——F图象（2）保持拉力不变，改变小车质量，测出不同质量时小车的加速度a，然后作出a——m图象，再转化为a——1/m困难：如何求加速度？3、实验方案：4、注意事项：1、小桶和砝码的质量要远远小于小车的质量，这样小车受到的拉力才等于砝码的质量。2、要将长木板的一端适当垫高，用小车的重力的分力将摩擦力平衡掉。3、控制变量法：m不变，F变时：小车的质量不变，改变小桶内钩码的个数。F不变，m变时：保持小桶和小桶内钩码个数不变，在小车上放上钩码。光电门1光电门2挡光板△xX/t方案二：利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系小车小车夹子ＦＦ方案三：课本上参考案例中的实验方案212xat1122axax由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同牛顿第二定律的内容——物体的加速度a跟作用在物体上的合外力力F成正比，跟物体的质量m成反比。当适当选取单位使k=1,则:F合=ma使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力，规定为1N.牛顿第二定律数学式：ma1a∝F合mFa合mFka合说明：1.因果关系——力是产生加速度的原因。知识形成当取k=1，此时关系式可简化为：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。F=ma此即为牛顿第二定律的数学表达式。a=F/mF—ma∝或者F∝ma其中k为比例常数F=kma进一步可以将表达式改为：.由F合=ma计算出的a是相对地面而言的。.利用F合=ma时必须统一单位（国际单位制）牛顿第二定律牛顿第二定律的理解:其实物体往往不止受到一个力的作用，物体受几个力作用时，牛顿第二定律公式F=ma中的F表示合力，这样我们可以把牛顿第二定律内容表述为：物体的加速度跟物体所受的合力成正比，跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合力的方向相同。即F合=ma关于牛顿第二定律的说明:1.同体性:(a与F合,m都属于同一物体，即研究对象统一性）矢量性：a、F合都是矢量注意：a的方向与F合方向一定相同v的方向与F合方向不一定相同若v、F合的方向相同，物体做加速运动若v、F合的方向相反，物体做减速运动前面第一章我们已学过：a、v同向，加速；a、v反向，减速a的方向与F合方向一定相同所以，我们可得出这样的结论：2.矢量性:(a与F合方向相同)三、牛顿第二定律及其公式1、牛顿第二定律：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。2、牛顿第二定律数学表达式：可写成等式为：kmaFFa∝m∵maF∴k为比例常数。比例常数k与式中物理量单位的选取有关，若各量的单位均用国际单位制中的单位，则k=1（1）1牛顿（N）力的规定：使质量是1千克的物体产生1米/秒加速度的力，叫做1牛顿。即：1牛顿=1千克·米/秒22加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同．当物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律公式中的F表示合力。物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同．四、牛顿第二定律的进一步表述：maF合（2）牛顿第二定律数学表达式为：maF五、对牛顿第二定律进一步理解：2、：力是产生加速度的原因，质量是物体惯性大小的度量，物体的加速度是由这一外因和质量这一内因共同结果。因果性1、：加速度与合外力都是矢量，它们的方向始终相同，加速度的方向唯一由合外力的方向决定。矢量性3、：同生、同灭、同恒、同变瞬时性例题：对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平推力，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.由于物体未来得及运动，所以加速度和速度均为零B例题：一个物体，质量是2，受到互成角的两个力和的作用，这两个力的大小都是，这个物体产生的加速度是多大？o1201F2FN10kg用牛顿第二定律解题的一般步骤：1、明确研究对象2、进行受力分析和运动状态分析，画出示意图3、求出合力合F4、由列式求解maF合先求合力根据牛顿第二定律maF合得：25210smkgNmFa合NNN1055+FFFFFooxx60cos60cos2121++合x1F2FyF1yF2合FxF1xF20120yo解：思考：1、在牛顿第二定律的表达式F=ma中，哪些是矢量，哪些是标量？m是标量，F和a是矢量。2、在这两个矢量中它们的关系是怎么样？“力是产生加速度的原因”，即物体受力方向决定物体的加速度方向。故力F的方向和加速度a的方向是一致的。3、一辆小汽车的质量m1=8.0×102kg，所载乘客的质量是m2=2.0×102kg，用同样大小的牵引力，如果不载人时小汽车产生的加速度是a1=1.5m/s2，载人时产生的加速度a2是多少（忽略阻力）解：由牛顿第二定律：F=ma可知牵引力的大小F=m1a1=8.0×102×1.5=1.2×103N由于载人和不载人时牵引力是同样大的,故：a2=F———m2+m1=1.2m/s23瞬时性：a与F合是瞬时对应关系同时产生同时消失同时变化a、F合4.独立性：每个外力对应于一个加速度，合外力对应于合加速度．合力的加速度即是这些加速度的矢量和．指作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度，与物体是否受其他力的作用无关，我们常称之为力的独立作用原理．注意事项:1.矢量性:(a与F合方向相同)2.瞬时性:(a与F合同时产生,同时消失,同时变化)3.同体性:(a与F合,m都属于同一物体，既研究对象统一性）4.独立性:(X方向的合外力产生X轴方向的加速度,Y方向的合外产生Y轴方向的加速度,Fx=maxFy=maya2=a2x+a2y此前我们所讲述的是物体只受到一个力作用的情况，物体受几个力作用时，牛顿第二定律公式F=ma中的F表示合力，这样我们可以把牛顿第二定律进一步表述为：一个物体质量是2kg，受到互成1200角的两个力F1=10N和F2=10N的共同作用，这个物体产生的加速度是多大？F合F2F1解法1：先由平行四边形法则可知，F1、F2、F合构成了一个等边三角形，故F合=10Na=F合/m=10/2=5m/s2物体的加速度跟物体所受的合力成正比，跟物体的质量成反比加速度的方向跟合力的方向相同。即F合=ma练习：解法2：先分别求出F1、F2产生的加速度a1、a2再根据平行四边形法则求a1、a2的合加速度a合a1=F1/m=10/2=5m/s2a2=F2/m=10/2=5m/s2由于加速度的方向与力的方向一至，故a1、a2也成1200角a1、a2、a合构成了一个等边三角形，故a合=5m/s2a合a2a1例题：•一个质量为2kg的物体同时受到两个力的作用，这两个力的大小分别为2N和6N，当两个力的方向发生变化时，物体的加速度大小可能为：A．1m／s2B．2m／s2C．3m／s2D．4m／s2根据牛顿第二定律，如果一个物体同时受到几个力的作用，物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，题目所给的两个力大小分别为2N和6N，当两个力的方向相同时合力最大，最大值为2＋6＝8（N），当两个力方向相反时合力最小，最小值为6－2＝4（N），当两个力的方向既不相同，也不相反时，合力的大小大于2N而小于8N，所以两个力的方向发生变化时，合力的大小2NF8N．根据牛顿第二定律可得a=F合/m，当两个力取不同的方向时，物体的加速度大小所以，答案应选择B、C、D．22m/s4m/s2a牛顿第二定律１.在牛顿第二定律F=kma中，有关比例系数k的下列说法，正确的是：Ａ.在任何情况下k都等于１；Ｂ.k的数值是由质量、加速度和力的大小决定的；Ｃ.k的数值是由质量、加速度和力的单位决定的；Ｄ.在国际单位制中，k=1．２.从F=ma得到m=F/a，可见物体的质量：Ａ.跟合外力成正比；Ｂ.跟加速度成反比；Ｃ.跟合外力及加速度无关；Ｄ.跟合外力及加速度比值有关牛顿第二定律３.下列说法中正确的是：Ａ.物体所受合外力为零，物体的速度必为零．Ｂ.物体所受合外力越大，物体的加速度越大，速度也越大．Ｃ.物体的速度方向一定与物体受到的合外力的方向一致．Ｄ.物体的加速度方向一定与物体所受到的合外力方向相同．牛顿第二定律应用举例例1、从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。可是我们用力提一个很重的物体时却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？答：没有矛盾，由公式F合=ma看，F合为合外力，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，这个力应是合外力。现用力提一很重的物体时，物体仍静止，说明合外力为零。由受力分析可知F+N-mg=0。•(补充)一辆卡车空载时质量为3.5103kg,最大载货量为2.5103kg,用同样大小的力,空载时能使卡车产生的加速度1.5m/s2,满载时卡车的加速度是多少?0.875m/s2FMmaa′解：根据牛顿第二定律MaF又amMF+)(满载时卡车的加速度MaamM+)(2333/875.05.1105.2105.3105.3smamMMa++F合一定a一定匀变速运动例：自由落体圆周运动F合变化a变化非匀变速运动F合=0a=0静止或匀速运动平衡状态（2）力和运动的关系对牛顿运动定律的理解：下面说法正确与否：A、同一物体所受合外力越大，加速度越大。B、同一物体所受合外力越大，速度也越大。C、物体在外力作用下做加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的加速度逐渐减小，物体的速度也逐渐减小。D、物体的加速度大小不变一定受恒力作用。例2、下列说法中正确的是（）A．物体所受合外力越大，加速度越大。B．物体所受合外力越大，速度越大。C．物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。D．物体的加速度大小不变一定受恒力作用根据牛顿第二定律，物体受的合外力决定了物体的加速度。而加速度大小和速度大小无关。所以，B说法错误。1.质量为m的物体放在粗糙水平面上受水平F时产生加速度为a1,当水平力为2F时,加速度a2,关于a1与a2的关系正确的是：（）解析:关键要考虑摩擦力f。2.物体受几个力作用处于静止状态,若将其中一个力逐渐减小到0,再逐渐恢复到原值,物体加速度和速度怎样变化?答案:加速度先增大后减小,速度一直增大.A.a2＝2a1B.a2＜2a1C.a2＞2a1D.a1＝a2C由a1=(F－f)/m,a2=(2F－f)/m＞2(F－f)=2a1课后思考:一小球从竖直在地面上轻弹簧正上某处自由落下,试分析小球从刚接触弹簧到被压缩最短过程中小球的速度.加速度怎样变化?1、为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离已知某高速公路的最高限速v=144km/h。假设前方车辆突然停止，后车司机从发现这一情况，经操纵刹车，到汽车开始减速所经历的