2019-2020学年高中物理 第三章 牛顿运动定律 第3节 牛顿第二定律课件 教科版必修1

第3节牛顿第二定律学习目标素养提炼1.理解牛顿第二定律的内容和表达式的含义．2.理解公式中各物理量的意义及相互关系．3.认识国际单位制在物理学中的重要意义，知道国际单位制中的力学单位．4.会用牛顿第二定律解决相关的实际问题.物理观念：牛顿第二定律、单位制科学思维：牛顿第二定律的瞬时性、牛顿第二定律表达式F＝ma01课前自主梳理02课堂合作探究学科素养提升03课后达标检测一、牛顿第二定律1．内容：物体的加速度跟所受的成正比，跟物体的质量成，加速度的方向跟相同．2．公式表示为F＝，式中的F与a都是量，且它们在任何时刻方向都.3．力的单位N：如果一个力作用在1kg的物体上，使物体产生的加速度为，则这个力的大小为1N.合力反比合力方向ma矢相同1m/s2[思考]在地面上，停着一辆卡车，你使出全部力气也不能使卡车做加速运动，这与牛顿第二定律矛盾吗？为什么？提示：不矛盾，牛顿第二定律公式中的F指的是物体受到的合外力，大卡车在水平方向上不只受到推力，还同时受到地面摩擦力的作用，它们相互平衡，即卡车受到的合外力为零，加速度为零，故卡车不做加速运动．二、力学单位制1．基本单位：物理公式在确定物理量的数量关系的同时，也确定了物理量的关系．在物理学中，先选定几个物理量的单位作为基本单位．2．导出单位：根据物理公式中其他物理量和这几个物理量的关系，导出来的单位叫．3．单位制：和一起组成了单位制．4．在力学中，选定、和这三个物理量的单位作为基本单位．在国际单位制中，它们的单位分别是、、．单位导出单位基本单位导出单位长度质量时间米千克秒[思考]赛车比赛中，两摩托车的速度分别为v1＝160km/h，v2＝50m/s，有人说“因为16050，所以v1v2”，这种说法对吗？提示：以上说法不对，先统一单位再比较，如v2＝50m/s＝180km/h160km/h，显然v2大．要点一对牛顿第二定律的理解[探究导入](1)赛车以其风驰电掣的速度给观众莫大的精神刺激和美的享受，这种赛车比一般的小汽车质量小得多，动力大得多．赛车为何设计得质量小，动力大？这对比赛有何益处？提示：为了提高赛车的灵活性，根据牛顿第二定律可知，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，从而提高其机动灵活性，这样有利于提高比赛成绩．(2)赛车在水平路面上行驶，水平方向受到哪些力？这些力会产生加速度吗？这些力产生的加速度可以合成吗？合力跟合加速度有什么关系？提示：赛车水平方向受两个力，动力和阻力，每个力产生各自的加速度，加速度是矢量，可以合成，合力产生合加速度F合＝ma合．1．对牛顿第二定律的理解(1)公式F＝ma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．(2)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．(3)F、m、a三个物理量的单位都为国际单位制时，才有公式F＝kma中k＝1，即F＝ma.2．牛顿第二定律的五个性质性质理解因果性力是产生加速度的原因，只要物体所受的合力不为0，物体就具有加速度矢量性F＝ma是一个矢量式．物体的加速度方向由它受的合力方向决定，且总与合力的方向相同瞬时性加速度与合外力是瞬时对应关系，同时产生、同时变化、同时消失同体性F＝ma中F、m、a都是对同一物体而言的独立性作用在物体上的每一个力都产生加速度，物体的实际加速度是这些加速度的矢量和[易错提醒](1)物体的加速度和合力是同时产生的，不分先后，但有因果性，力是产生加速度的原因，没有力就没有加速度．(2)不能根据m＝Fa得出m∝F、m∝1a的结论，物体的质量m与物体所受的合力和运动的加速度无关，也不能由F＝ma得出F∝m、F∝a的结论．[典例1]关于牛顿第二定律，下列说法中正确的是()A．牛顿第二定律的表达式F＝ma在任何情况下都适用B．某一瞬时的加速度，只能由这一瞬时的外力决定，而与这一瞬时之前或之后的外力无关C．在公式F＝ma中，若F为合力，则a等于作用在该物体上的每一个力产生的加速度的代数和D．物体的运动方向一定与物体所受的合外力的方向一致[思路点拨]解此题关键有两点：(1)理解公式F＝ma中各符号的意义、公式的意义及适用条件．(2)掌握牛顿第二定律的五个性质．[解析]牛顿运动定律只适用于宏观物体在低速时的运动，故选项A不正确；F＝ma具有瞬时性，故选项B正确；F＝ma，如果F指合力，则a为合力产生的加速度，它是各分力产生加速度的矢量和，故选项C不正确；如果物体做减速运动，则v与a反向，即物体的运动方向与物体所受合外力方向相反，故选项D不正确．[答案]B[规律总结]两个加速度公式的区别(1)a＝ΔvΔt是加速度的定义式，是比值定义法定义的物理量，a与v、Δv、Δt均无关；(2)a＝Fm是加速度的决定式，加速度由物体受到的合外力和质量决定．1．(多选)关于牛顿第二定律，下列说法中正确的是()A．加速度和力是瞬时对应关系，即加速度与力是同时产生、同时变化、同时消失的B．物体只有受到力的作用时，才有加速度，才有速度C．任何情况下，加速度的方向总与合外力方向相同，也总与速度的方向相同D．当物体受到几个力的作用时，可把物体的加速度看成是各个力单独作用时产生的各个加速度的矢量和解析：根据牛顿第二定律的瞬时性，选项A正确；物体只有受到力的作用时，才有加速度，但速度有无与物体是否受力无关，选项B错误；任何情况下，加速度的方向总与合外力方向相同，但与速度的方向没关系，选项C错误；根据牛顿第二定律的独立性，选项D正确．答案：AD要点二力学单位制及其应用[探究导入]为了便于交流合作，1960年第11届国际计量大会制定了一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制，叫作国际单位制．简称SI.(1)如果我们不小心忘记了某个物理量的单位有没有办法把这个单位找回来呢？提示：有，因为物理学的关系式不仅确定物理量数量之间的关系，也确定了物理量单位之间的关系．只要选定几个物理量的单位，就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位．(2)美国NBA官方公布，姚明身高7.4147英尺，中国篮协官方公布姚明身高2.26米，关于姚明的两个身高，数据为什么不一样？提示：因为采用的单位制不一样，所以两个数据不一样．1．力学中选长度、质量、时间为基本物理量，对应的国际单位制中的单位分别为米(m)、千克(kg)、秒(s)．2．单位制的应用(1)利用单位制可以简化计算过程计算时首先将各物理量的单位统一到国际单位制中，用国际单位制中的基本单位和导出单位表示，这样就可以省去计算过程中单位的代入，只在数字后面写上相应待求量的单位即可，从而使计算更简便．(2)利用单位制可检查物理量关系式的正误根据物理量的单位，如果发现某公式在单位上有问题，或者所求结果的单位与采用的单位制中该量的单位不一致，那么该公式或计算结果肯定是错误的．(3)利用单位制可导出物理量的单位：根据物理公式中物理量之间的关系可推导出物理量的单位．[易错提醒](1)比较某个物理量不同值的大小时，必须先把它们的单位统一到同一单位制中，再根据数值来比较．(2)数值较大或较小的单位，统一成国际单位制单位后，为方便书写，可用科学计数法表示，如：1μm＝10－6m.[典例2]一物体在2N的外力作用下，产生10cm/s2的加速度，求该物体的质量．下列有几种不同的求法，其中单位运用正确、简洁而又规范的是()A．m＝Fa＝210kg＝0.2kgB．m＝Fa＝2N0.1m/s2＝20kg·m/s2m/s2＝20kgC．m＝Fa＝20.1＝20kgD．m＝Fa＝20.1kg＝20kg[解析]统一单位，F＝2N，a＝10cm/s2＝0.1m/s2，由牛顿第二定律得m＝Fa＝20.1kg＝20kg，D项运算既正确，又规范简洁．[答案]D2．关于力学单位制，下列说法正确的是()A．kg、m/s、N是基本单位B．kg、m、s是导出单位C．在国际单位制中，质量的单位可以是kg，也可以是gD．只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是F＝ma解析：所谓导出单位，是利用物理公式和基本单位推导出来的，力学中的基本单位只有三个，即kg、m、s，其他单位都是由这三个基本单位推导出来的，如“牛顿”(N)是导出单位，即1N＝1kg·m/s2(F＝ma)，所以A、B项错误．在国际单位制中，质量的单位只能是kg，C项错误．在牛顿第二定律的表达式中，F＝ma(k＝1)只有在所有物理量都采用国际单位制时才能成立，D项正确．答案：D3．在解一道文字计算题时(由字母表达结果的计算题)，一个同学解得位移x＝F2m(t1＋t2)，用单位制的方法检查，这个结果()A．可能是正确的B．一定是错误的C．如果用国际单位制，结果可能正确D．用国际单位制，结果错误，如果用其他单位制，结果可能正确解析：可以将式子右边的力F、时间t和质量m的单位代入公式，看得到的单位是否和位移x的单位一致．在x＝F2m(t1＋t2)式中，左边单位是长度单位，而右边单位推知是速度单位，所以结果一定是错误的，单位制选的不同，不会影响结果的正确性，故A、C、D错．答案：B要点三牛顿第二定律的简单应用[探究导入]民航客机一般都有紧急出口，发生意外情况的飞机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气囊会自动充气，生成一条连接出口与地面的斜面，人员可沿斜面滑行到地上．若机舱口下沿距地面3.2m，气囊所构成的斜面长度为4.0m，一个质量60kg的人沿气囊滑下时所受的阻力是240N.(1)人在气囊上下滑过程中受哪些力作用？试画出受力分析图．提示：受重力、弹力和阻力三个力的作用，作出受力分析图如图所示．(2)如何计算人在气囊上下滑的加速度a?提示：将重力分解，沿斜面方向，由牛顿第二定律得mgsinθ－f＝ma可以求得加速度a.1．解题步骤(1)确定研究对象．(2)进行受力分析和运动情况分析，作出受力示意图和运动草图．(3)求合力F或加速度a.(4)根据F＝ma列方程求解．2．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，加速度的方向即是物体所受合外力的方向．(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的合外力．①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Fx＝ma，Fy＝0.②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Fx＝max，Fy＝may，列方程求解．[典例3]一辆小车在水平地面上沿直线行驶，在车厢上悬挂的摆球相对小车静止，其悬线与竖直方向成θ角，如图所示．问小车的加速度多大，方向怎样？[思路点拨](1)小车的加速度与小球的加速度有何关系？(2)小球受几个力的作用？方向如何？[解析]法一：利用合成法求解摆球的受力情况如图甲所示，合力方向与加速度方向相同，水平向左．由图可知，F合＝mgtanθ.所以加速度a＝F合m＝gtanθ，方向水平向左．法二：利用正交分解法求解摆球的受力情况如图乙所示，由牛顿第二定律得Fsinθ＝ma①Fcosθ－mg＝0②由①②得a＝gtanθ，方向水平向左．[答案]gtanθ方向水平向左[方法技巧]应用牛顿第二定律解题的三点技巧(1)应用牛顿第二定律时，要注意分析物体的受力情况和运动情况．(2)受力较多时常用正交分解法解题，建立坐标系时常以加速度的方向为某一坐标轴的正方向．(3)对于多个物体组成的系统，若各个物体加速度相同，则可以看作一个整体来应用牛顿第二定律．4．如图所示，质量为4kg的物体静止在水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为0.5.物体受到大小为20N与水平方向成37°角斜向上的拉力F作用时，沿水平面做匀加速直线运动，求物体加速度的大小．(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)解析：取物体为研究对象，如图所示把力F在水平方向和竖直方向上分解，由牛顿第二定律得在水平方向：Fc