人教版-高中物理-必修-第四章牛顿运动定律第三节牛顿第二定律课件

必修一—第四章牛顿运动定律第三节牛顿运动定律知识与技能1.让学生明确物体的加速度只与力和质量有关，并通过实验探究它们之间的定量关系．2.培养学生获取知识和设计实验的能力过程与方法在探究过程中，渗透科学研究方法(控制变量法、实验归纳法、图象法等)．情感态度与价值观1.通过学生之间的讨论、交流与协作探究，培养团队合作精神．2.让学生在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，增进学习物理的情感.课标解读重点难点1.深刻理解牛顿第二定律，把握a＝Fm的含义．2.知道力的单位牛顿是怎样定义的．3.会用牛顿第二定律的公式进行计算和处理有关问题.1.牛顿第二定律的理解．(重点)2.初步应用牛顿第二定律解决一些简单问题．(重点)3.牛顿第二定律的理解及实际应用．(难点)4.力的单位“牛顿”的物理意义的理解．(难点)一、牛顿第二定律1.基本知识(1)内容物体加速度的大小跟它受到的成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟的方向相同．(2)表达式F＝，F为物体所受的，k是比例系数．作用力作用力kma合外力2．思考判断(1)牛顿第一定律是牛顿第二定律在合外力为零时的特例．(×)(2)我们用较小的力推一个很重的箱子，箱子不动，可见牛顿第二定律不适用于较小的力．(×)(3)加速度的方向跟作用力的方向没必然联系．(×)探究交流：如图所示的赛车，为什么它的质量比一般的小汽车质量小的多，而且还安装一个功率很大的发动机？【提示】为了提高赛车的灵活性，由牛顿第二定律可知，要使物体有较大的加速度，需减小其质量或增大其所受到的作用力，赛车就是通过增加发动机动力，减小车身质量来增大启动、刹车时的加速度，从而提高赛车的机动灵活性的，这样有益于提高比赛成绩.二、力的单位1.基本知识(1)国际单位，简称，符号.(2)1N的定义使质量为1kg的物体产生的加速度的力叫1N，即1N＝1牛顿牛N1m/s2kg·m/s2.(3)比例系数的意义①在F＝kma中，k的选取有一定的任意性．②在国际单位制中k＝1，牛顿第二定律的表达式为，式中F、m、a的单位分别为、、．F＝ma牛顿千克米每二次方秒2．思考判断关于牛顿第二定律表达式F＝kma中的比例系数k(1)只要力F的单位取N就等于1.(×)(2)在国际单位制中才等于1.(√)(3)只要加速度单位用m/s2就等于1.(×)探究交流在一次讨论课上，甲说：“由a＝ΔvΔt可知物体的加速度a与Δv成正比，与Δt成反比”，乙说：“由a＝Fm知物体的加速度a与F成正比，与m成反比”．你认为哪一种说法是正确的？【提示】乙的说法正确．物体的加速度的大小是由物体所受合力的大小和物体的质量共同决定的，与速度的变化量及所用时间无关．其中a＝ΔvΔt定义了加速度的大小为速度变化量与所用时间的比值，而a＝Fm则揭示了加速度取决于物体所受合力与物体的质量.三、牛顿第二定律的几个性质【问题导思】1．加速度的方向与合力的方向有什么关系？2．作用在物体上的力发生变化时，加速度是否变化？3．作用在物体上的各个分力也能产生加速度吗？牛顿第二定律揭示了加速度与力和质量的定量关系，指明了加速度大小和方向的决定因素，对牛顿第二定律，还应从以下几个方面深刻理解.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矢量性物体加速度的方向与物体所受合力的方向总是相同瞬时性物体的加速度与物体所受的合力总是同时存在，同时变化，同时消失同一性F合、m、a三者应对应同一物体独立性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，合力的加速度为这些加速度的矢量和相对性物体的加速度必须是对静止的或匀速直线运动的参考系而言的．对加速度运动的参考系不适用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．例：如图所示，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【审题指导】解答该题注意应用以下程序合力方向→加速度方向→速度方向→运动情况【答案】AD力和运动关系的定性分析根据牛顿第二定律先由受力情况分析加速度，再由加速度与速度的关系分析运动性质，即同向加速运动，反向减速运动．四、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．五、牛顿第二定律的简单应用【问题导思】1．如果物体受到力的作用，就一定有加速度吗？2．求物体的加速度的方法有哪些？3．应用牛顿第二定律解题的一般步骤是什么？应用牛顿第二定律解题的方法一般有两种：矢量合成法和正交分解法．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.例：质量为m的木块，以一定的初速度沿倾角为θ的斜面向上滑动，斜面静止不动，木块与斜面间的动摩擦因数为μ，如图所示．(1)求向上滑动时木块的加速度的大小和方向．(2)若此木块滑到最大高度后，能沿斜面下滑，求下滑时木块的加速度的大小和方向．【审题指导】解答本题时可按以下思路进行分析：【解析】(1)以木块为研究对象，因木块受到三个力的作用，故采用正交分解法求解，建立坐标系时，以加速度的方向为x轴的正方向．木块上滑时其受力分析如图甲所示，根据题意，加速度的方向沿斜面向下，将各个力沿斜面和垂直斜面方向正交分解．根据牛顿第二定律有mgsinθ＋f＝ma，N－mgcosθ＝0又f＝μN，联立解得a＝g(sinθ＋μcosθ)，方向沿斜面向下．(2)木块下滑时其受力分析如图乙所示，由题意知，木块的加速度方向沿斜面向下．根据牛顿第二定律有mgsinθ－f′＝ma′，N′-mgcosθ＝0又f′＝μN′，联立解得a′＝g(sinθ－μcosθ)，方向沿斜面向下．【答案】(1)g(sinθ＋μcosθ)，方向沿斜面向下(2)g(sinθ－μcosθ)，方向沿斜面向下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程．3．求出合力或加速度．4．根据牛顿第二定律列方程求解．六、常见物体受力突变问题例：如图所示，质量相等的三个物块A、B、C，A与天花板之间、B与C之间均用轻弹簧相连，A与B之间用细绳相连，当系统静止后，突然剪断A、B间的细绳，则此瞬间A、B、C的加速度分别为(取向下为正)()A．－g、2g、0B．－2g、2g、0C．0、2g、0D．－2g、g、g【解析】剪断细绳前，对B、C整体进行受力分析，受到总重力和细绳的拉力而平衡，故FT＝2mg；再对物块A受力分析，受到重力、细绳拉力和弹簧的拉力；剪断细绳后，重力和弹簧的弹力不变，细绳的拉力减为零，故物块B受到的合力等于2mg，向下，物块A受到的合力为2mg向上，物块C受到的力不变，合力为零，故物块B有向下的加速度，大小为2g，物块A具有向上的加速度，大小为2g，物块C的加速度为零，故选B.【答案】B轻绳、轻杆、轻弹簧、橡皮条辨析1．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，同时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关．2．它们的不同点是：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总结：在应用牛顿第二定律求解物体的瞬时加速度时，经常会遇到轻绳、轻杆、轻弹簧和橡皮绳这些常见的力学模型．全面准确地理解它们的特点，可帮助我们灵活正确地分析问题．1．这些模型的共同点：都是质量可忽略的理想化模型，都会发生形变而产生弹力，同一时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关．2．这些模型的不同点：(1)轻绳：只能产生拉力，且方向一定沿着绳子背离受力物体，不能承受压力；认为绳子不可伸长，即无论绳子所受拉力多大，长度不变(只要不被拉断)；绳子的弹力可以发生突变——瞬时产生，瞬时改变，瞬时消失．(2)轻杆：既能承受拉力，又可承受压力，施力或受力方向不一定沿着杆；认为杆既不可伸长，也不可缩短，杆的弹力也可以发生突变．(3)轻弹簧：既能承受拉力，也可承受压力，力的方向沿弹簧的轴线，受力后发生较大形变，弹簧的长度既可变长，又可变短，遵循胡克定律；因形变量较大，产生形变或使形变消失都有一个过程，故弹簧的弹力不能突变，在极短时间内可认为弹力不变．(4)橡皮条：只能受拉力，不能承受压力；其长度只能变长，不能变短，同样遵循胡克定律；因形变量较大，产生形变或使形变消失都有一个过程，故橡皮条的弹力同样不能突变．