4.3 牛顿第二定律 课件 -2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

岳阳县第一中学——闵佳智 新课导入 牛顿第二定律 知识回顾 上节课的实验表明,小车的加速度a跟它所受的作用力成正比,与它的质量m成反比。 这一结论是否具有普适性? 科研人员做实验时都要对偏差进行定量分析, 以确认偏差和实验之间的关系 多次实验,大胆猜想 如果我们多做几次实验,每次实验的点都可以拟合成直线,而这些直线与坐标轴的交点又都十分接近原点,如图甲。 图甲(实际) 猜想 图乙(猜想) 似乎有其一致性 多次实验得到的结论似乎指明实际规律确实如此 反复验证,探索真理 到此为止,我们的结论仍然带有猜想和推断的性质。只有根据这些结论推导出的很多新结果都与事实一致时,这样的结论才能成为“定律”。 物体的加速度a与它所受的作用力F以及自身的质量m之间存在什么样的定量关系呢 01 牛顿第二定律 大量的实验和观察到的事实都可以得出与上节课实验同样的结论,由此可以总结出一般性的规律: 物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律(Newton’s second law)。 02 牛顿第二定律的表达式 m一定:a ∝ F F ∝ ma F一定:a ∝ m 1 a∝ m F F =kma k 为比例系数 牛顿第二定律还明确了加速度和力的方向关系。 如何确定比例系数k的大小? 比例系数k应该如何取值?力的单位又该如何规定? 01 力的单位 F=kma中k的数值取决于F 、m、a的单位的选取。 当k =1时,质量 m = 1 kg 的物体,在某力作用下获得 a = 1 m/s2 的加速度所需要的力: F=ma=1 kg 1m/s2= 1 kg m/s2 把 1 kg m/s2 叫做“一个单位”的力 力F的单位就是千克米每二次方秒 后人为了纪念牛顿,把它称作“牛顿”,用符号N表示. 02 力的单位 使质量是1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N。 1N=1kg m/s2 F=ma 在质量的单位取千克(kg),加速度的单位取米每二次方秒(m/s2),力的单位取牛顿(N) 时,牛顿第二定律可以表述为: 该表达式的物理量都有什么物理意义呢? 想一想 推力 摩擦力 从牛顿第二定律知道,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度,可是无论怎样用力都推不动箱子,这和牛顿第二定律是不是矛盾? 咦, F=ma, 你的加速度去哪了? 这里的F指的是合力 01 牛顿第二定律的性质 3. 矢量性:F=ma是一个矢量式,a与F 的方向总是相同; 4. 瞬时性(同时性): a与F同时产生,同时变化,同时消失。 加速度与力一样可以突变,而速度是无法突变的; 5. 独立性:每个力各自独立地能使物体产生一个加速度,与物体是否受其他力无关。力和加速度在各个方向上的分量也遵循牛顿第二定律,即:Fx=max;Fy=may 2. 同体性: a 、F、m对应于同一物体; 1.因果性:力是产生加速度的原因,合外力不为零时一定有加速度; 独立性 a F1 F2 F合 a F1 F2 F合 a2 a1 作用在物体上的每一个力都各自产生加速度,与其他力无关;而物体实际的加速度a是每个力的加速度的矢量和,F应为物体受到的合外力。 02 牛顿第一定律和牛顿第二定律 的对比 (1)牛顿第一定律指出了力是产生加速度的原因,从而完善了力的内涵,同时指出一切物体都有惯性。给人们研究a、F、m的定量关系指明了方向。 (2)有了牛顿第二定律,就能更进一步理解:描述物体惯性的物理量是质量的含义,即在确定的作用力下,决定物体运动状态变化难易程度的因素是物体的质量。 (3)牛顿第二定律是一个实验定律,定量给出了a、F、m的定量关系。 17 03 求加速度的几种方式的区别 大小 方向 与v、∆v大小无关 由两者的比值决定 与F合成正比 与m成反比 与∆v方向一致 与F合方向一致 定义式 决定式 例题1 在平直路面上,质量为1100kg的汽车在进行研发的测试,当速度达到100km/h时取消动力,经过70s停了下来,汽车受到的阻力是多少?重新起步加速时牵引力为2000N,产生的加速度是多少?假定试车过程中汽车受到的阻力不变. 汽车重新加速时的受力情况 汽车减速时受力情况 G FN F阻 F阻 F FN G 例题1 由牛顿第二定律得: 【解析】沿汽车运动方向建立坐标轴 第一阶段,汽车受到的阻力做匀变速运动 v0=100 km/h=27.8 m/s ,t=70 s , v=0 F合=F-F阻 =2 000N-437N=1 563N G FN F阻 第二阶段,汽车重新起步加速 F阻 F FN G 例题2 某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球,在列车以某一加速度渐渐启动的过程中,细线就会偏过一定角度并相对车厢保持静止,通过测定偏角的大小就能测定列车的加速度。在某次测定中,