2019-2020学年高中物理 第6章 力与运动 第2节 牛顿第二定律课件 鲁科版必修1

第2节牛顿第二定律1.理解牛顿第二定律的内容，知道牛顿第二定律表达式的确切含义．2．能应用牛顿第二定律解决相关问题．3．知道基本单位和导出单位的含义及力学中三个基本单位，掌握用国际单位制的单位解题.1.牛顿第二定律的理解是本书的重点．2．力学单位制是本节的另一重点．3．牛顿第二定律的初步应用是本节的难点.抓主干新知预习探究破疑难核心要点突破练技巧综合拓展提升提素能随堂巩固演练练能力高效知能检测一、牛顿第二定律1．内容：物体加速度的大小与所受的大小成正比，与物体的成反比，加速度方向与方向相同．2．数学表达式：F＝.3．1N的物理意义：把使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力规定为1N，即1N＝.合外力质量合外力ma1kg·m/s2根据牛顿第二定律的数学表达式m＝F/a，可以说物体的质量m与外力F成正比，与物体的加速度a成反比吗？提示：牛顿第二定律反映了加速度a与质量m、合外力F的关系．质量是物体的属性，它不随合外力F、加速度a的变化而变化．对m＝Fa可以理解为：物体的质量m在数值上总等于作用在物体上的外力F与物体所产生的加速度a之比．二、力学单位制国际单位基本单位：在力学中有长度单位、质量单位、时间单位.导出单位：在力学中利用由三个基本单位导出的其他单位.米m千克kg秒s物理公式赛车比赛中两辆摩托车的速度分别为v1＝160km/h，v2＝50m/s，请问哪辆车速度大？提示：先统一单位再比较，v2＝50m/s＝180km/h，显然v2大．对牛顿第二定律的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，物体就产生加速度．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．相对性物体的加速度是相对于静止的或匀速直线运动的参考系而言的.[特别提醒]1.牛顿第二定律给出了力和加速度的对应关系，但合外力与速度无直接关系．2．物体的加速度必须是相对于地球静止或匀速直线运动的参考系而言的．3．合外力和质量决定了加速度，加速度不能决定力和质量；4．应用F＝ma进行计算时，各量必须使用国际单位制中的单位．[典例1]如图所示，轻弹簧下端固定在水平面上，一小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后将弹簧压缩到一定程度后停止下降．在小球接触弹簧到最低点这一过程中，下列说法中正确的是()A．小球刚接触弹簧瞬间速度最大B．从小球接触弹簧起加速度就变为竖直向上C．小球的速度先增大，后减小D．小球的加速度先减小，后增大[思路点拨]对物体进行受力分析和运动分析，加速度与速度同向时物体速度增加，反向时速度减小．[尝试解答]小球和弹簧刚接触时速度竖直向下，刚开始阶段，弹簧弹力较小，mg－kx＝ma，a仍向下，随弹簧压缩量x的增大而减小，因a、v同向，速度增大；当mg＝kx以后，随x的增大，弹力大于重力，合外力向上，加速度向上，小球的加速度与速度方向相反，小球做减速运动，直到弹簧的压缩量最大，且加速度随着x的增大而增大，故A、B错，C、D对．[答案]CD1．(2012年厦门高一检测)雨滴在下降过程中，由于水汽的凝聚，雨滴质量将逐渐增大，同时由于速度逐渐增大，空气阻力也将越来越大，最后雨滴将以某一收尾速度匀速下降，在此过程中()A．雨滴所受到的重力逐渐增大，重力产生的加速度也逐渐增大B．由于雨滴质量逐渐增大，下落的加速度逐渐减小C．由于空气阻力增大，雨滴下落的加速度逐渐减小D．雨滴所受到的重力逐渐增大，但重力产生的加速度不变解析：雨滴在下落过程中，质量逐渐增大，雨滴所受的重力逐渐增大，但重力产生的加速度始终为g，故A错误、D正确；由mg－f＝ma得：a＝g－fm，可见雨滴下落的加速度逐渐减小的原因不是m增大，而是f增大，故B错误、C正确．答案：CD牛顿第二定律的应用[典例2]如图所示，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)求：(1)车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况；(2)悬线对球的拉力大小．[思路点拨]可用合成法或正交分解法解题．[规范解答]解法一合成法(1)由于车厢沿水平方向运动，所以小球加速度(或合外力)的方向水平向右．选小球为研究对象，受力分析如图所示．由牛顿第二定律得F合＝mgtanθ＝ma，小球的加速度a＝F合m＝gtan37°＝34g＝7.5m/s2加速度方向向右，车厢向右匀加速运动或向左匀减速运动(2)线对球的拉力大小为T＝mgcos37°＝1×100.8N＝12.5N.解法二正交分解法建立坐标系，并将悬线对小球的拉力正交分解，如图所示．则沿水平方向有Tsinθ＝ma，竖直方向有Tcosθ＝mg联立以上两式可解得车厢的加速度a＝7.5m/s2和悬线对球的拉力大小T＝12.5N.[答案](1)7.5m/s2车厢向右匀加速运动或向左匀减速运动(2)12.5N1．正交分解法：当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时，通常用正交分解法解答，一般把力正交分解为加速度方向和垂直于加速度方向的两个分量．即沿加速度方向：Fx＝ma，垂直于加速度方向：Fy＝0.2．合成法：物体只受两个力的作用产生加速度时，合力的方向就是加速度的方向，解题时要求准确作出力的平行四边形，然后运用直角三角形求合力F合．反之，若知道加速度方向就知道合力方向．2.如图所示，电梯与水平面的夹角为30°，当电梯加速向上运动时，人对梯面的压力是其重力的65，求人对梯面的摩擦力大小是其重力的多少倍．解析：人在水平方向受摩擦力f作用，竖直方向受支持力N和重力G作用．如右图所示建立直角坐标系，并将加速度a沿坐标轴方向分解，由牛顿第二定律分量式可得f＝max＝macos30°，N－mg＝may＝masin30°又N＝N′＝65mg由以上三式可得f′＝f＝mg5tan30°＝35mg即人对梯面的摩擦力大小是其重力的35倍．答案：35力学单位制的应用1．可对计算结果的正、误进行检验．如用国际单位制单位计算时，只有所求物理量的计算结果的单位和该物理量在国际单位制中的单位完全一致时，该运算过程才可能是正确的；若不一致，则结果一定错误．2．用同一单位制进行计算时，可以不必一一写出各个已知量的单位(但是各已知量的数据必须是用同一单位制中的单位换算出来的数据，如题给条件是v＝54km/h，用国际单位制计算时一定要换算成v＝15m/s)，只在计算结果的数据后面写出所求物理量在该单位制下的单位即可．[特别提醒]1.对物理量的定量描述只一个数是没有意义的，同一物理量选不同的单位，其值不同．2．若计算时统一了单位制可只计算数据，从而使物理运算简化．[典例3]下列物理量的单位中，哪些属于国际单位制的基本单位？哪些不属于国际单位制中的单位？A．毫米(mm)B．米(m)C．克(g)D．千克(kg)E．牛(N)F．焦耳(J)[思路点拨]毫米和克虽然分别是长度单位和质量单位，但它们都不是国际单位制中的单位．所以不能认为长度、质量和时间单位就是国际单位制单位，正确的认识是：质量的单位kg、长度的单位m、时间的单位s一起构成了国际单位制中的力学基本单位．[尝试解答]在力学单位制中，长度、质量、时间三个物理量的单位都是基本单位，但在国际单位制中，质量的单位是kg、长度的单位是m、时间的单位是s，以kg、m、s为基本单位的导出单位和这几个基本单位一起构成了国际单位制中的力学单位制．上述单位中属于国际单位制的基本单位的有B、D.上述单位中不属于国际单位制中单位的有A、C.[答案]属于国际单位制基本单位的有B、D，不属于国际单位制中单位的有A、C.3．质量为400g的物体，测得它的加速度为a＝40cm/s2，则关于它所受的合力的大小计算，下面有几种不同的求法，其中单位运用正确、简洁而又规范的是()A．F＝ma＝400×40＝16000NB．F＝ma＝0.4×0.4N＝0.16NC．F＝ma＝0.4kg×0.4＝0.16ND．F＝ma＝04kg×0.4m/s2＝0.16N解析：物体质量m＝400g＝0.4kg，加速度a＝40cm/s2＝0.4m/s2，所以F＝ma＝0.4×0.4N＝0.16N，B正确．答案：B如图所示，天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的质量相同的小球．两小球均保持静止．则当突然剪断细绳时，上面小球A与下面小球B的加速度大小分别为()A．aA＝gaB＝gB．aA＝2gaB＝gC．aA＝2gaB＝0D．aA＝0aB＝g[思路点拨]注意弹簧和细绳的力的变化特点．[规范解答]分别以A、B为研究对象，作剪断前和剪断时的受力分析．剪断前A、B静止．如图甲，A球受三个力，拉力T、重力mg和弹力F.B球受两个力，重力mg和弹簧拉力F′A球：T－mg－F＝0①B球：F′－mg＝0②F＝F′③由①、②、③式解得T＝2mg，F＝mg剪断时，A球受两个力，因为绳无弹性，剪断瞬间拉力不存在，而弹簧有形变，瞬间形状不能改变，弹力还存在．如图乙，A球受重力mg、弹簧的弹力F.同理B球受重力mg和弹力F′.A球：－mg－F＝maA④B球：F′－mg＝maB⑤由式④解得aA＝－2g(方向向下)，由式⑤解得aB＝0故C选项正确．[答案]C1．下列对牛顿第二定律的理解正确的是()A．由F＝ma可知，F与a成正比，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．当外力停止作用时，加速度立即消失解析：虽然F＝ma表示牛顿第二定律，但a是由m和F共同决定的，即a∝Fm，且a与F同时产生、同时消失、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．答案：CD2．物理量或物理量的单位，下列说法中正确的是()A．在力学范围内，长度、质量、时间为三个基本物理量B．后人为了纪念牛顿，把“牛顿”作为力学中的基本单位C．1N/kg＝1m/s2D．“米”、“千克”、“牛顿”都属于国际单位制的单位解析：牛顿为导出单位，1N＝1kg·m/s2，故B错、C对；长度、质量、时间为基本物理量，“米”、“千克”、“牛顿”都是国际单位制的单位，故A、D对．答案：ACD3．质量为4kg的物体受到两个大小分别为1N和2N的共点力作用，则物体的加速度大小可能是()A．0.5m/s2B．1m/s2C．1.5m/s2D．2m/s2解析：两力的合力范围是：1N≤F≤3N，根据牛顿第二定律有a＝FM，加速度大小的范围是：0.25m/s2≤a≤0.75m/s2，故A对，B、C、D错．答案：A4.随着居民生活水平的提高，家庭轿车越来越多，行车安全就越发显得重要．在行车过程中规定必须要使用安全带．假设某次急刹车时，由于安全带的作用，使质量为70kg的乘员具有的加速度大小约为6m/s2，此时安全带对乘员的作用力最接近()A．100NB．400NC．800ND．1000N解析：根据牛顿第二定律有：F＝ma＝70×6N＝420N，故A、C、D错，B对．答案：B5．某物体静止于光滑的水平面上，当对它施加4N的水平拉力时，物体的加速度大小为2m/s2，当水平拉力变为10N时，物体的加速度多大？物体的质量多大？解析：由牛顿第二定律得a1a2＝F1F2，即a2＝F2F1·a1＝104×2m/s2＝5m/s2.物体的质量m＝F1a1＝42kg＝2kg.答案：5m/s22kg