牛顿第二定律及应用-ppt

牛顿第二定律及应用一、控制变量法探究加速度与力、质量的关系1．加速度与物体受力关系：m不变，a与F的关系是F1a1＝F2a2＝F3a3＝……或a____F.2．加速度与物体质量的关系：F不变，a与m的关系是m1a1＝m2a2＝m3a3＝……或a____1m.∝∝二、牛顿第二定律1．内容：物体加速度的大小与所受合外力的大小成_____，与物体的质量成_____，加速度方向与合外力方向_____．2．公式表示：F＝kma在国际上，质量的单位用kg，加速度单位用_____，且规定质量为1kg的物体获得1m/s2的加速度所需的力为_____，这样表达式中的k就等于1，牛顿第二定律表达式可简化为：F＝____.正比反比相同m/s21Nma3．意义(1)确定了加速度、力、质量间的_____关系．(2)确定了加速度与合外力这两个矢量间的_____关系，即加速度方向与引起这个加速度的合外力的方向_____．三、力学单位制1．国际单位制：由__________和__________组成．2．力学中的基本单位：长度单位___，质量单位____，时间单位__.3．导出单位：力学中利用__________从三个基本单位推导出来的其他单位．数量方向相同基本单位导出单位mkgs物理公式一、对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律揭示了加速度与力和质量的关系，着重解决了加速度的大小、方向和决定因素等问题．对于牛顿第二定律，应从以下几方面加深理解：1．因果性：只要物体所受合力不为0(无论合力多么小)，物体就获得加速度，即力是产生加速度的原因．力决定加速度，力与速度、速度的变化没有直接的关系．2．矢量性：F＝ma是一个矢量式，加速度与合外力都是矢量．物体的加速度的方向由它所受的合外力的方向决定，且总与合外力的方向相同(同向性)，而物体的速度方向与合外力的方向之间则并无这种关系．应用时应规定正方向，凡是与正方向相同的力和加速度取正值，反之取负值，在一般情况下取加速度的方向为正方向．3．瞬时性：牛顿第二定律反映的是力的瞬时效应，所以牛顿第二定律表示的是力的瞬时作用规律．物体在某一时刻加速度的大小和方向是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向决定的．当物体所受到的合外力发生变化时，它的加速度随即也要发生变化，F＝ma对运动过程的每一瞬时成立．加速度与力是同一时刻的对应量，即同时产生(虽有因果关系，但却不分先后)、同时变化、同时消失．4．同体性：a＝Fm中各物理量都是属于同一物体的，即研究对象的统一性．5．独立性：F产生的a是物体的合加速度，x方向的合力产生x方向的加速度，y方向的合力产生y方向的加速度．牛顿第二定律的分量式为Fx＝max，Fy＝may.6．相对性：公式中的a是相对地面的(或惯性系的)而不是相对运动状态发生变化的参考系的(或非惯性系的)．1.质量为m的物体静止在光滑的水平面上，受到水平力F的作用，如右图所示，试讨论：(1)物体此时受哪些力作用？(2)每一个力是否都产生加速度？(3)物体的实际运动情况如何？(4)物体为什么会呈现这种运动状态？【答案】(1)物体此时受三个力作用，分别是重力、支持力、水平力F.(2)由力是产生加速度的原因知，每一个力都应产生加速度．(3)物体的实际运动是沿力F的方向，以a＝Fm做匀加速直线运动．(4)因为重力和支持力是一对平衡力，其作用效果相互抵消，此时作用于物体的合外力相当于F.二、合外力、加速度、速度的关系1．物体所受合外力的方向决定了其加速度的方向，合外力与加速度的大小关系是F＝ma，只要有合外力，不管速度是大还是小，或是零，都有加速度，只要合外力为零，则加速度为零，与速度的大小无关．只有速度的变化率才与合外力有必然的联系．2．合力与速度同向时，物体做加速运动，反之减速．3．力与运动关系：力是改变物体运动状态的原因，即力→加速度→速度变化(运动状态变化)，物体所受到的合外力决定了物体加速度的大小，而加速度的大小决定了单位时间内速度变化量的大小，加速度的大小与速度大小无必然的联系．4．加速度的定义式与决定式：a＝ΔvΔt是加速度的定义式，它给出了测量物体的加速度的方法，这是物理上用比值定义物理量的方法；a＝Fm是加速度的定义式，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．物体的加速度的方向与物体所受的合外力是瞬时对应关系，即a与合力F方向总是相同，但速度v的方向不一定与合外力的方向相同．2.关于速度、加速度和合外力之间的关系，下述说法正确的是()A．做匀变速直线运动的物体，它所受合外力是恒定不变的B．做匀变速直线运动的物体，它的速度、加速度、合外力三者总是在同一方向上C．物体受到的合外力增大时，物体的运动速度一定加快D．物体所受合外力为零时，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外力是恒定不变的，选项A正确；做匀变速直线运动的物体，它的加速度与合外力的方向一定相同，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，选项B错误；物体所受的合外力增大时，它的加速度一定增大，但速度不一定增大，选项C错误；物体所受合外力为零时，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三、由物体的受力情况确定物体的运动情况1．基本思路已知物体的受力情况，由牛顿第二定律求出物体的加速度，再通过运动学公式就可以确定物体的运动情况．2．对物体进行受力分析的依据(1)每分析一个力，都应能找出该力的施力物体，以防止多分析出没有施力物体的并不存在的力．不要把物体惯性的表现误认为物体在运动方向上受到一种力的作用．(2)不要把某个力和它的分力同时作为物体所受的力，也不要把某几个力与它们的合力同时作为物体受到的力，应只保留物体实际受到的力．(3)要养成先画非接触力(如重力)再画接触力(如弹力、摩擦力)的顺序分析物体受力的习惯．(4)画受力示意图时，只画物体受的力，不要画研究对象对其他物体施加的力．(5)有时要结合物体的运动状态，应用牛顿第二定律进行受力分析．(6)从牛顿第三定律出发，依据力的相互性，转换研究对象，分析物体受力，可以化难为易，即需研究“甲对乙的力”，可先研究“乙对甲的力”．3．如右图所示，一质量m＝2kg的木块静止于水平地面上．现对物体施加一大小为10N的水平方向拉力．(g取10N/kg)(1)若地面光滑，求物体运动的加速度大小；(2)若物体与地面间动摩擦因数μ＝0.1，求物体的加速度大小和经过2s物体的位移大小．【解析】(1)对木块受力分析如右图所示，据牛顿第二定律，有a＝Fm＝5m/s2(2)对木块受力分析如右图所示，根据牛顿第二定律，有F－f＝ma，又f＝μN＝μmg＝2N所以，a＝F－fm＝4m/s2经过2s物体的位移s＝12at2＝8m.【答案】(1)5m/s2(2)4m/s28m四、由物体的运动情况确定受力情况1．基本思路是解决第一类问题的逆过程，一般是应用运动学公式求出物体的加速度，再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力，进而可以求出物体所受的其他力．2．常用的与加速度有关的匀变速直线运动的公式v＝v0＋ats＝v0t＋12at2⇒v2－v20＝2asΔs＝aT23．无论是哪种情况，解决问题的关键是对物体正确地受力分析和运动过程分析，要善于画图分析物体的受力情况和运动过程．不论哪类问题，都要抓住加速度始终是联系运动和力的桥梁这一枢纽，通过加速度把运动情况和受力情况联系起来，解题思路可表示为：4.质量为0.2kg的物体从36m高处由静止下落，落地时速度为24m/s，则物体在下落过程中所受的平均阻力是多少？(g取10m/s2)【解析】由运动学公式v2－v20＝2as得加速度a＝v2－v202s＝242－02×36m/s2＝8m/s2物体受力分析如图所示由牛顿第二定律得F合＝ma＝0.2×8N＝1.6N而F合＝mg－f则物体在下落过程中所受的平均阻力f＝mg－F合＝0.2×10N－1.6N＝0.4N.【答案】0.4N力与运动关系的定性分析如右图所示，自由下落的小球下落一段时间后，与弹簧接触，从它接触弹簧开始，到弹簧压缩到最短的过程中，小球的合力、加速度、速度的变化情况怎样？【解析】小球接触弹簧时受两个力作用：向下的重力和向上的弹力(其中重力为恒力)．向下压缩过程可分为：两个过程和一个临界点．具体分析如下：过程一：接触的前段过程――→mgkxF合＝mg－kx――→a＝F合/ma，向下――→a与v同向v，向下临界点：F弹＝mg→F合＝0→a＝0→v最大过程二：后段过程――→F弹mgF合＝kx－mg→a，向上――→a与v反向v，至零【答案】小球向下压弹簧至压缩到最短的过程中，F合方向先向下后向上，大小先变小后变大；a方向先向下后向上，大小先变小后变大；v方向始终向下，大小先变大后变小．物体的加速度由合力决定，物体的速度大小变化则由加速度的方向与速度的方向关系决定．1－1：如右图，一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧，其左端固定在小车上，右端与一小球相连．设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态，若忽略小球与小车间的摩擦力，则在此段时间内小车可能是()A．向右做加速运动B．向右做减速运动C．向左做加速运动D．向左做减速运动【解析】对小球进行受力分析知：小球水平方向受到弹簧水平向右的弹力，由牛顿第二定律知其加速度向右，其速度方向可能向右，也可能向左．故小车可能向右做加速运动，也可能向左做减速运动，故A、D正确．【答案】AD牛顿第二定律的应用如右图所示，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1kg.(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝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．【思路点拨】解法一：选小球为研究对象→受力分析如图甲→作平行四边形→T＝mgcosθF合＝mgtanθ→a＝F合m＝gtanθ解法二：正交分解法选球为研究对象→画受力图，如图乙→建立直角坐标系分解力→x：Tsinθ＝may：Tcosθ－mg＝0→—a＝gtanθ—T＝mg/cosθ【解析】(1)车厢的加速度与小球的相同，由球的受力分析知：a＝F合m＝gtan37°＝34g＝7.5m/s2，加速度方向向右．车厢向右匀加速或向左匀减速运动．(2)线对球的拉力大小为：T＝mgcos37°＝1×100.8N＝12.5N.【答案】(1)7.5m/s2方向水平向右车厢可能水平向右做匀加速直线运动，也可能水平向左做匀减速直线运动(2)12.5N应用牛顿第二定律解题的一般步骤及常用方法(1)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，画出受力的示意图．③建立坐标系，或选取正方向，写出已知量，根据定律列方程．④统一已知量单位，代值求解．⑤检查所得结果是否符合实际，舍去不合理的解．(2)常用方法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．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的合外力．应用牛顿第二定律求加速度，在实际应用中常将受力分解，且将加速度所在的方向选为x轴或y轴，有时也可分解加速度，即Fx＝maxFy＝may.2－1：如右图所示，位于水平地面上的质量为M的木块，在大小为F，方向与水平方向成α角的拉力作用下沿地面做匀加速运动．若木块与地面之间的动摩擦因数为μ，则木块的加速度为()A．F/MB．Fcosα/MC．(Fcosα－μMg)/MD．[Fcosα－μ(Mg－Fsinα)]/M【解析】对木块作受力分析，在竖直方向上合力为零，即Fsinα＋N＝Mg，在水平方向上由牛顿第二定律有Fcosα－μN＝Ma.联立可得a＝Fcosα－μMg－Fsin