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人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系3 牛顿第二定律优质ppt课件
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这是一份人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系3 牛顿第二定律优质ppt课件，共28页。PPT课件主要包含了必备知识，自我检测，问题一，问题二，随堂检测等内容，欢迎下载使用。
一、牛顿第二定律1.内容:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度方向跟作用力的方向相同。2.表达式:F=kma,式中F为物体所受的合力,k是比例系数。3.当力的单位取N、质量的单位取kg、加速度的单位取m/s2时,k=1,表达式变为F=ma。
二、力的单位1.国际单位制中,力的单位是牛顿,符号N。2.力的单位“牛顿”的含义:使质量为1 kg的物体在某力的作用下获得1 m/s2的加速度,这个力称为1 N,即1 N=1 kg·m/s2。
1.正误辨析(1)由牛顿第二定律知,质量大的物体的加速度一定小。( )(2)任何情况下,物体的合力方向一定与它的加速度方向相同。 ( )
答案:× 解析:由牛顿第二定律知,合外力一定时,质量大的物体的加速度一定小。
答案:√ 解析:由牛顿第二定律知,物体的加速度方向总是与它的合力方向相同。
(3)任何情况下,比例式F=kma中的k一定为1。( )(4)物体由于做加速运动,所以才受合外力的作用。( )(5)只要物体受到合力不为零,物体一定有加速度。( )
答案:× 解析:只有在F、m、a三个量都取国际单位的情况下,比例式F=kma中的k才等于1。
答案:× 解析:物体受到力的作用才产生加速度。
答案:√ 解析:由牛顿第二定律知,只要合力不为0,物体的加速度就不为0。
2.质量不同的甲、乙两辆实验小车,在相同的合外力作用下,甲车产生的加速度为2 m/s2,乙车产生的加速度为6 m/s2,则甲车质量是乙车质量的( )
答案:B 解析:根据F=ma可知,当两物体的合外力相同时,质量与加速度成反比,加速度之比为1∶3,故质量之比为3∶1。
对牛顿第二定律的理解情景探究如图所示,小明用力拉地面上的箱子,但箱子没动,请思考:(1)根据牛顿第二定律,有力就能产生加速度,但为什么箱子一直没动呢?(2)如果箱底光滑,当拉力作用在箱子上的瞬间,箱子是否立刻获得加速度?是否立刻获得速度?
要点提示(1)牛顿第二定律F=ma中的力F指的是物体受的合力,尽管小明对箱子有一个拉力作用,但箱子受的合力为零,所以不能产生加速度。(2)加速度与力之间是瞬时对应关系,有力就立刻获得加速度,但速度的获得,需要一段时间,故不能立刻获得速度。
知识点拨1.对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律揭示了加速度与力、质量的关系,指明了加速度大小和方向的决定因素,对于牛顿第二定律应该从以下六个方面进行深刻理解:
画龙点睛 表达式F=ma中,F是合力时,加速度a指的是合加速度,即物体的加速度;F是某个力时,加速度a是该力产生的加速度。2.两个加速度公式的区别画龙点睛 合外力决定物体的加速度,加速度决定速度如何变化。
实例引导例1(多选)(2019陕西西安高一期末)下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解,正确的是 ( )A.由F=ma可知,物体所受的合外力与物体的质量和加速度成正比
答案:CD 解析:牛顿第二定律的表达式F=ma表明了各物理量之间的数量关系,即已知两个量,可求第三个量,作用在物体上的合外力,可由物体的质量和加速度计算,并不由它们决定,A错误;质量是物体本身的属性,由物体本身决定,与物体是否受力无关,B错误;由牛顿第二定律知加速度与合外力成正比,与质量成反比,m可由其他两量求得,故C、D正确。
规律方法 由F=ma可得 ,可通过测量物体受力及物体的加速度得到物体的质量,但物体的质量不能说跟F成正比,跟a成反比,这是因为物体的质量是由物体本身决定的,与物体受不受力、有没有加速度无关。
变式训练1关于牛顿第二定律的下列说法中,不正确的是( )A.物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合外力的大小决定,与物体的速度无关B.物体加速度的方向只由它所受合外力的方向决定,与速度方向无关C.物体所受合外力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的D.一旦物体所受合外力为零,则物体的加速度立即为零,其运动速度将不再变化
答案:C 解析:对于某个物体,合外力的大小决定了加速度的大小,合外力的方向决定了加速度的方向,而速度的方向与加速度方向无关。根据牛顿第二定律的瞬时性,合外力一旦为零,加速度立即为零,则速度不再发生变化,以后以此时的速度做匀速直线运动,综上所述,A、B、D正确,C错误。
例2(2019江苏南通高一上检测)如图所示,静止在光滑水平面上的物体A,一端靠着处于自然状态的弹簧。现对物体作用一水平恒力,在弹簧被压缩到最短的这一过程中,物体的速度和加速度变化的情况是( )A.速度增大,加速度增大B.速度增大,加速度减小C.速度先增大后减小,加速度先减小后增大D.速度先增大后减小,加速度先增大后减小
答案:C 解析:力F作用在A上的开始阶段,弹簧弹力kx较小,合力与速度方向同向,物体速度增大,而合力(F-kx)随x增大而减小,加速度也减小,当F=kx以后,随物体A向左运动,弹力kx大于F,合力方向与速度反向,速度减小,而加速度a随x的增大而增大。综上所述,只有C正确。
规律方法 (1)物体的加速度变化情况,由物体的合外力变化来确定,只要分析物体受力情况,确定了合外力的变化规律,即可由牛顿第二定律确定加速度的变化规律。(2)物体速度的变化由物体的加速度决定,速度与加速度同向,速度增加;速度与加速度反向,速度减小。
变式训练2如图所示,物体在水平拉力F的作用下沿水平地面做匀速直线运动,速度为v。现让拉力F逐渐减小,则物体的加速度和速度的变化情况应是( )A.加速度逐渐变小,速度逐渐变大B.加速度和速度都在逐渐变小C.加速度和速度都在逐渐变大D.加速度逐渐变大,速度逐渐变小
答案:D 解析:物体向右做匀速直线运动,滑动摩擦力Ff=F=μFN=μmg,当F逐渐减小时,Ff=μmg不变,所以产生与v方向相反即向左的加速度,加速度的数值a= 随F逐渐减小而逐渐增大。因为a与v方向相反,所以v减小,故D正确。
牛顿第二定律的应用情景探究行车时驾驶员及乘客必须系好安全带,以防止紧急刹车时造成意外伤害。请思考:(1)汽车突然刹车,要在很短时间内停下来,会产生很大的加速度,这时如何知道安全带对人的作用力大小呢?(2)汽车启动时,安全带对驾驶员产生作用力吗?
要点提示(1)汽车刹车时的加速度可由刹车前的速度及刹车时间求得,由牛顿第二定律F=ma可得安全带产生的作用力。(2)汽车启动时,有向前的加速度,此时座椅的后背对驾驶员产生向前的作用力,安全带不会对驾驶员产生作用力。
知识点拨1.应用牛顿第二定律解题的步骤
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外力,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(如x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
实例引导例3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的夹角θ=37°,小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2)。求:(1)车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况;(2)悬线对小球的拉力大小。点拨(1)小球运动的加速度方向是水平向右的,合力与加速度方向相同,也是水平向右的。(2)小球受绳的拉力和重力两个力的作用,合力的方向与加速度方向相同。
解析:方法一 合成法(1)由于车厢沿水平方向运动,所以小球有水平方向的加速度,所受合力F沿水平方向,选小球为研究对象,受力分析如图所示。由几何关系可得F合=mgtan θ小球的加速度a= =gtan θ=7.5 m/s2,方向向右。则车厢做向右匀加速直线运动或向左匀减速直线运动。(2)悬线对球的拉力大小为
方法二 正交分解法以水平向右为x轴正方向建立坐标系,并将悬线对小球的拉力FT正交分解,如图所示。则沿水平方向有FTsin θ=ma竖直方向有FTcs θ-mg=0联立解得a=7.5 m/s2,FT=12.5 N且加速度方向向右,故车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动。答案:(1)7.5 m/s2 方向向右 车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 (2)12.5 N
规律方法 坐标系的建立方法在牛顿第二定律的应用中,采用正交分解法时,在受力分析后,建立直角坐标系是关键。在建立直角坐标系时,不管选取哪个方向为x轴正方向,最后得到的结果都应该是一样的,但在选取坐标轴时,应以解题方便为原则,应使尽可能多的力在坐标轴上。
变式训练3如图所示,质量为1 kg 的物体静止在水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,物体受到大小为20 N、与水平方向成37°斜向下的推力F作用时,沿水平方向做匀加速直线运动,求物体加速度的大小。(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)
解析:取物体为研究对象,受力分析如图所示,建立直角坐标系。在水平方向上:Fcs 37°-Ff=ma①在竖直方向上:FN=mg+Fsin 37°②又因为Ff=μFN③联立①②③得a=5 m/s2。答案:5 m/s2
1.一辆正在喷水的洒水车,假设洒水车的牵引力不变且所受阻力与车重成正比,未洒水时,车匀速行驶,洒水时它的运动将是( )A.做变加速运动B.做初速度不为零的匀加速直线运动C.做匀减速运动D.继续保持匀速直线运动
答案:A 解析: ,洒水时质量m减小,则a变大,所以洒水车做加速度变大的加速运动,故A正确。
2.从匀速上升的气球上释放一物体,在释放的瞬间,物体相对地面将具有( )A.向上的速度B.向下的速度C.向上的加速度D.加速度为零
答案:A 解析:由牛顿第二定律 可知,a与F同向,在释放的瞬间,物体只受重力,方向竖直向下,C、D错误;在释放的瞬间,物体和气球具有相同的速度,A正确,B错误。
一、牛顿第二定律1.内容:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度方向跟作用力的方向相同。2.表达式:F=kma,式中F为物体所受的合力,k是比例系数。3.当力的单位取N、质量的单位取kg、加速度的单位取m/s2时,k=1,表达式变为F=ma。
二、力的单位1.国际单位制中,力的单位是牛顿,符号N。2.力的单位“牛顿”的含义:使质量为1 kg的物体在某力的作用下获得1 m/s2的加速度,这个力称为1 N,即1 N=1 kg·m/s2。
1.正误辨析(1)由牛顿第二定律知,质量大的物体的加速度一定小。( )(2)任何情况下,物体的合力方向一定与它的加速度方向相同。 ( )
答案:× 解析:由牛顿第二定律知,合外力一定时,质量大的物体的加速度一定小。
答案:√ 解析:由牛顿第二定律知,物体的加速度方向总是与它的合力方向相同。
(3)任何情况下,比例式F=kma中的k一定为1。( )(4)物体由于做加速运动,所以才受合外力的作用。( )(5)只要物体受到合力不为零,物体一定有加速度。( )
答案:× 解析:只有在F、m、a三个量都取国际单位的情况下,比例式F=kma中的k才等于1。
答案:× 解析:物体受到力的作用才产生加速度。
答案:√ 解析:由牛顿第二定律知,只要合力不为0,物体的加速度就不为0。
2.质量不同的甲、乙两辆实验小车,在相同的合外力作用下,甲车产生的加速度为2 m/s2,乙车产生的加速度为6 m/s2,则甲车质量是乙车质量的( )
答案:B 解析:根据F=ma可知,当两物体的合外力相同时,质量与加速度成反比,加速度之比为1∶3,故质量之比为3∶1。
对牛顿第二定律的理解情景探究如图所示,小明用力拉地面上的箱子,但箱子没动,请思考:(1)根据牛顿第二定律,有力就能产生加速度,但为什么箱子一直没动呢?(2)如果箱底光滑,当拉力作用在箱子上的瞬间,箱子是否立刻获得加速度?是否立刻获得速度?
要点提示(1)牛顿第二定律F=ma中的力F指的是物体受的合力,尽管小明对箱子有一个拉力作用,但箱子受的合力为零,所以不能产生加速度。(2)加速度与力之间是瞬时对应关系,有力就立刻获得加速度,但速度的获得,需要一段时间,故不能立刻获得速度。
知识点拨1.对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律揭示了加速度与力、质量的关系,指明了加速度大小和方向的决定因素,对于牛顿第二定律应该从以下六个方面进行深刻理解:
画龙点睛 表达式F=ma中,F是合力时,加速度a指的是合加速度,即物体的加速度;F是某个力时,加速度a是该力产生的加速度。2.两个加速度公式的区别画龙点睛 合外力决定物体的加速度,加速度决定速度如何变化。
实例引导例1(多选)(2019陕西西安高一期末)下列对牛顿第二定律的表达式F=ma及其变形公式的理解,正确的是 ( )A.由F=ma可知,物体所受的合外力与物体的质量和加速度成正比
答案:CD 解析:牛顿第二定律的表达式F=ma表明了各物理量之间的数量关系,即已知两个量,可求第三个量,作用在物体上的合外力,可由物体的质量和加速度计算,并不由它们决定,A错误;质量是物体本身的属性,由物体本身决定,与物体是否受力无关,B错误;由牛顿第二定律知加速度与合外力成正比,与质量成反比,m可由其他两量求得,故C、D正确。
规律方法 由F=ma可得 ,可通过测量物体受力及物体的加速度得到物体的质量,但物体的质量不能说跟F成正比,跟a成反比,这是因为物体的质量是由物体本身决定的,与物体受不受力、有没有加速度无关。
变式训练1关于牛顿第二定律的下列说法中,不正确的是( )A.物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合外力的大小决定,与物体的速度无关B.物体加速度的方向只由它所受合外力的方向决定,与速度方向无关C.物体所受合外力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的D.一旦物体所受合外力为零,则物体的加速度立即为零,其运动速度将不再变化
答案:C 解析:对于某个物体,合外力的大小决定了加速度的大小,合外力的方向决定了加速度的方向,而速度的方向与加速度方向无关。根据牛顿第二定律的瞬时性,合外力一旦为零,加速度立即为零,则速度不再发生变化,以后以此时的速度做匀速直线运动,综上所述,A、B、D正确,C错误。
例2(2019江苏南通高一上检测)如图所示,静止在光滑水平面上的物体A,一端靠着处于自然状态的弹簧。现对物体作用一水平恒力,在弹簧被压缩到最短的这一过程中,物体的速度和加速度变化的情况是( )A.速度增大,加速度增大B.速度增大,加速度减小C.速度先增大后减小,加速度先减小后增大D.速度先增大后减小,加速度先增大后减小
答案:C 解析:力F作用在A上的开始阶段,弹簧弹力kx较小,合力与速度方向同向,物体速度增大,而合力(F-kx)随x增大而减小,加速度也减小,当F=kx以后,随物体A向左运动,弹力kx大于F,合力方向与速度反向,速度减小,而加速度a随x的增大而增大。综上所述,只有C正确。
规律方法 (1)物体的加速度变化情况,由物体的合外力变化来确定,只要分析物体受力情况,确定了合外力的变化规律,即可由牛顿第二定律确定加速度的变化规律。(2)物体速度的变化由物体的加速度决定,速度与加速度同向,速度增加;速度与加速度反向,速度减小。
变式训练2如图所示,物体在水平拉力F的作用下沿水平地面做匀速直线运动,速度为v。现让拉力F逐渐减小,则物体的加速度和速度的变化情况应是( )A.加速度逐渐变小,速度逐渐变大B.加速度和速度都在逐渐变小C.加速度和速度都在逐渐变大D.加速度逐渐变大,速度逐渐变小
答案:D 解析:物体向右做匀速直线运动,滑动摩擦力Ff=F=μFN=μmg,当F逐渐减小时,Ff=μmg不变,所以产生与v方向相反即向左的加速度,加速度的数值a= 随F逐渐减小而逐渐增大。因为a与v方向相反,所以v减小,故D正确。
牛顿第二定律的应用情景探究行车时驾驶员及乘客必须系好安全带,以防止紧急刹车时造成意外伤害。请思考:(1)汽车突然刹车,要在很短时间内停下来,会产生很大的加速度,这时如何知道安全带对人的作用力大小呢?(2)汽车启动时,安全带对驾驶员产生作用力吗?
要点提示(1)汽车刹车时的加速度可由刹车前的速度及刹车时间求得,由牛顿第二定律F=ma可得安全带产生的作用力。(2)汽车启动时,有向前的加速度,此时座椅的后背对驾驶员产生向前的作用力,安全带不会对驾驶员产生作用力。
知识点拨1.应用牛顿第二定律解题的步骤
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外力,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(如x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
实例引导例3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的夹角θ=37°,小球和车厢相对静止,小球的质量为1 kg(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2)。求:(1)车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况;(2)悬线对小球的拉力大小。点拨(1)小球运动的加速度方向是水平向右的,合力与加速度方向相同,也是水平向右的。(2)小球受绳的拉力和重力两个力的作用,合力的方向与加速度方向相同。
解析:方法一 合成法(1)由于车厢沿水平方向运动,所以小球有水平方向的加速度,所受合力F沿水平方向,选小球为研究对象,受力分析如图所示。由几何关系可得F合=mgtan θ小球的加速度a= =gtan θ=7.5 m/s2,方向向右。则车厢做向右匀加速直线运动或向左匀减速直线运动。(2)悬线对球的拉力大小为
方法二 正交分解法以水平向右为x轴正方向建立坐标系,并将悬线对小球的拉力FT正交分解,如图所示。则沿水平方向有FTsin θ=ma竖直方向有FTcs θ-mg=0联立解得a=7.5 m/s2,FT=12.5 N且加速度方向向右,故车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动。答案:(1)7.5 m/s2 方向向右 车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 (2)12.5 N
规律方法 坐标系的建立方法在牛顿第二定律的应用中,采用正交分解法时,在受力分析后,建立直角坐标系是关键。在建立直角坐标系时,不管选取哪个方向为x轴正方向,最后得到的结果都应该是一样的,但在选取坐标轴时,应以解题方便为原则,应使尽可能多的力在坐标轴上。
变式训练3如图所示,质量为1 kg 的物体静止在水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,物体受到大小为20 N、与水平方向成37°斜向下的推力F作用时,沿水平方向做匀加速直线运动,求物体加速度的大小。(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)
解析:取物体为研究对象,受力分析如图所示,建立直角坐标系。在水平方向上:Fcs 37°-Ff=ma①在竖直方向上:FN=mg+Fsin 37°②又因为Ff=μFN③联立①②③得a=5 m/s2。答案:5 m/s2
1.一辆正在喷水的洒水车,假设洒水车的牵引力不变且所受阻力与车重成正比,未洒水时,车匀速行驶,洒水时它的运动将是( )A.做变加速运动B.做初速度不为零的匀加速直线运动C.做匀减速运动D.继续保持匀速直线运动
答案:A 解析: ,洒水时质量m减小,则a变大,所以洒水车做加速度变大的加速运动,故A正确。
2.从匀速上升的气球上释放一物体,在释放的瞬间,物体相对地面将具有( )A.向上的速度B.向下的速度C.向上的加速度D.加速度为零
答案:A 解析:由牛顿第二定律 可知,a与F同向,在释放的瞬间,物体只受重力,方向竖直向下,C、D错误;在释放的瞬间,物体和气球具有相同的速度,A正确,B错误。
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