2.2.7 牛顿第二定律-【走好高中第1步】2020初高中物理教材衔接

第7节　牛顿第二定律 (衔接要求 1．明确物体的加速度与力和质量的关系。 2．知道力的单位牛顿的定义。 3．会应用牛顿第二定律解答一些简单问题。 4．知道单位制和国际单位制，知道力学中的几个基本量及它们的基本单位。 (回顾初中 我们在初中已经学过，物体的运动不需要力来维持，物体在外力作用下，如果这些外力的合力不为零，该物体的运动状态就会发生变化，因此说“力是改变物体运动状态的原因”。 (展望高中 在高中，我们将深入研究当物体受到外力的合力不为零时，物体的加速度与受到的外力以及质量之间的定量关系。 【例1】　(多选)关于牛顿第二定律，下列说法正确的是(　　) A．公式F＝ma中，各量的单位可以任意选取 B．某一瞬时的加速度只取决于这一瞬时物体所受的合外力，而与该时刻之前或之后的受力无关 C．公式F＝ma中，a实际上是作用于物体上的每个力所产生的加速度的矢量和 D．物体的运动方向一定与它所受合外力的方向一致 【解析】　F、m、a必须选取国际单位制中的单位，牛顿第二定律才可以写成F＝ma的形式，否则F＝kma中比例系数k≠1，选项A错误；牛顿第二定律描述的是某一时刻合外力与加速度的对应关系，它既表明F、m、a三者在数值上的对应关系，同时也表明合外力的方向与加速度的方向是一致的，即矢量对应关系，而与速度方向不一定相同，选项B正确，D错误；由力的独立作用原理可知作用在物体上的每个力都将各自产生一个加速度，与其他力的作用无关，物体的加速度是每个力所产生的加速度的矢量和，选项C正确。 【答案】　BC 短跑运动员往往在起点的跑道上安放起跑器，目的是在起跑时达到最佳效果。起跑得好，对于取得好成绩十分关键，因此，发令枪响，运动员的脚必须奋力蹬地，发挥自己的最大体能，以获得最大的加速度，在最短的时间内达到最大的运动速度。 为什么运动员在起跑瞬时用力蹬地，就能取得好成绩呢？ 接点一　牛顿第二定律 我们可以用控制变量法，通过实验研究物体的加速度a、合力F、物体的质量m之间的定量关系。实验表明，物体的加速度与合力成正比，与质量成反比，即a∝。 牛顿指出，物体的加速度与合力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合力的方向一致。这就是著名的牛顿第二定律。 写成公式为F＝kma 式中是为比例常数。在国际单位制中，力的单位是牛顿。牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律来定义的：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力为1 N，即1 N＝1 kg·m/s2。 若式中各物理量均采用国际单位，上式可以写成：F＝ma。 理解牛顿第二定律，应注意以下几点： (1)因果性：力是产生加速度的原因，有力就有加速度。 (2)同体性：a与F、m都必须对应同一物体。 (3)矢量性：物体加速度的方向与物体所受合力的方向一致。 (4)瞬时性：加速度与合力之间存在瞬时对应关系，即同时产生，同时变化，同时消失。 (5)独立性：有多个力作用在同一物体上，每个力产生的加速度都遵循牛顿第二定律，而物体实际的加速度则是每个力产生加速度的矢量和。 (6)局限性：牛顿第二定律仅适用于惯性参考系中宏观、低速运动的物体，不能用来处理微观粒子和高速物体的运动。 【思考与讨论1】 如图所示，一个小孩沿水平方向用力推静止在水平地面上的小汽车，但无论怎样用力都无法使它做加速运动，这与牛顿第二定律矛盾吗？为什么？ 接点二　单位制 在初中阶段，我们学习物理量，接触了很多物理量的单位。事实上，物理学单位中，只要用很少几个基本物理量的单位，就可以确定其他物理量的单位，这些基本物理量的单位就是基本单位，其他的单位称为导出单位。 在物理学中所选定的基本量的单位，总共有七个基本单位，在力学中有三个基本单位，它们是长度、质量、时间的单位：米、千克、秒。 由基本量根据物理关系式推导出来的其他物理量的单位，叫作导出单位，例如在力学中力、速度、加速度等一些物理量的单位都是导出单位。 基本单位和导出单位一起组成了单位制。 【思考与讨论2】 在学习了力学单位制后，甲同学由公式G＝mg得g的单位是N/kg，而乙同学由自由落体公式v＝gt得g的单位为m/s2，于是二人发生争执，都认为自己导出的单位正确，到底谁是谁非呢？ 1．牛顿第二定律的应用 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。 矢量合成法：若物体只受两个力作用，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，也可对加速度进行分解，求出所需要的分加速度，再求分力大小。 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受到的合力。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＝max , Fy ＝