第四章 第三节 牛顿第二定律-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（粤教版）

第三节　牛顿第二定律 核心素养要求 核心素养呈现 1.掌握牛顿第二定律的内容及数学表达式. 2.理解公式中各物理量的意义及相互因果关系. 3.会用牛顿第二定律公式进行有关计算. 　数字化实验的过程及结果分析 1．数据采集器：通过各种不同的传感器，将各种物理量转换成电信号记录在计算机中． 2．位移传感器记录的实验结果 (1)保持滑块的质量m不变、改变拉力F，可得到滑块的速度—时间图像，经分析可得，物体的加速度与合外力之间的关系：a∝F． (2)保持拉力F不变，改变滑块的质量m，可得到滑块的速度—时间图像，经分析可得，物体的加速度和质量的关系：a∝． 　牛顿第二定律的表述 1．内容：物体的加速度与物体所受到的作用力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与作用力的方向相同． 2．表达式：F＝kma，k是比例常数，F是物体所受的合外力． 3．比例系数k的意义：F＝kma中k的数值由F、m、a三个物理量的单位共同决定，若三量都取国际单位，则k＝1，所以牛顿第二定律的表达式可写成F＝ma． 4．力的单位：牛顿，符号是N. 5．1 N的物理意义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度所用的力为1 kg·m/s2，称为1 N，即1 N＝1_kg·m/s2． (1)由F＝ma可知，物体所受的合外力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比．(×) (2)公式F＝ma中，各量的单位可以任意选取．(×) (3)由牛顿第二运动定律知，合外力大的物体的加速度一定大．(×) (4)牛顿第二运动定律说明了质量大的物体其加速度一定小．(×) (5)任何情况下，物体的加速度的方向始终与它所受的合外力方向一致．(√) 　对牛顿第二定律的理解 [思考探究] 你了解赛车吗？如图所示是一辆方程式赛车，车身结构一般采用碳纤维等材料进行轻量化设计，比一般小汽车的质量小得多，而且还安装了功率很大的发动机，可以在4～5 s的时间内从静止加速到100 km/h.你知道为什么要使赛车具备质量小、功率大两个特点吗？ 提示：赛车的质量小，赛车的运动状态容易改变；功率大，可以为赛车提供较大的动力．因此，这两大特点可以使赛车提速非常快(加速度大)． [思维深化] 1．对牛顿第二定律的理解 (1)a＝是加速度的决定式，该式揭示了加速度的大小取决于物体所受的合力大小及物体的质量，加速度的方向取决于物体所受的合力的方向． (2)a＝是加速度的定义式，但加速度的大小与速度变化量及所用的时间无关． (3)公式F＝ma，单位要统一：表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位． (4)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是某一个分力，加速度a为该分力产生的分加速度． 2．牛顿第二定律的四个性质 (1)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． (2)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． (3)瞬时性：加速度与合力是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失． (4)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． 　(多选)对牛顿第二运动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．牛顿第二运动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，加速度随之消失 解析：CD　F＝ma是牛顿第二运动定律的表达式，F是物体受到的合外力，与a、m无关，m是物体的固有属性，与a无关；当物体受到外力作用时，不一定产生加速度；a与F同时产生、同时消失、同时存在、同时改变；a与F的方向相同．综上所述，可知选项A、B错误，C、D正确． [针对训练] 1．(多选)关于牛顿第二运动定律，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：AD　根据牛顿第二运动定律的瞬时性，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，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，C错误；根据牛顿第二运动定律的独立性知D正确． 　牛顿第二定律的简单应用 [思考探究] 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． (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，这时安全带对人的作用力大还是小呢？ (2)汽车启动时，安全带