4.3牛顿第二定律-2024-2025学年高一物理同步教学课件（粤教版2019必修第一册）

第三节 牛顿第二定律 粤教版（2019）高中物理必修第一册 第四章 牛顿运动定律 @HY 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 实验：探究加速度与力、质量的关系 探究方法： 控制变量法 质量一定时，加速度 a 与合外力 F 成正比 合外力一定时，加速度 a 与质量 m 成反比 牛二的应用 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 牛顿第二定律： 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， 加速度方向与作用力方向相同。 问题：表达式中的k等于多少？为什么？ 矢量 矢量 牛二的应用 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 国际上规定：使质量为1 kg的物体获得1 m/s2的加速度的力为1 N。 在国际单位制下： 在国际单位制下，通过牛顿第二定律定义了力和力的单位。 牛二的应用 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 我们在初中已知物体重力与质量间的关为 ，式中 。在高中的学习中，我们又知道重力加速度 。两者之间有什么关系？ 等价 牛二的应用 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 问题1. 牛顿第二定律中指出加速度与力成正比，能否说成力与加速度成正比，为什么？ 力是产生加速度的原因 因果性 问题2. 在牛顿第二定律的表达式 F = ma 中，哪些是矢量，哪些是标量？这两个矢量的方向关系是怎么样？ 物体受力方向决定物体的加速度方向。 故加速度 a 的方向与力 F 的方向是一致的。 矢量性 牛二的应用 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 加速度与合外力存在着瞬时对应关系： 某一时刻的加速度总是与那一时刻的合外力成正比； 有力即有加速度；合外力消失，加速度立刻消失. 即:同时产生,同时消失,同时变化. 瞬时对应性 问题3：若作用在物体上的外力随时间不断变化，则物体的加速度会如何？ 问题4. 从牛顿第二定律的内容分析, F、m、 a是对于几个物体而言的? F、m、a 都是属于同一个物体的，研究对象是统一的。 同体性 牛二的应用 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 问题5：若该物体同时受到这两个相互垂直的力共同作用呢，请问该物体的加速度大小和方向又是怎样的呢？ 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。 独立性 牛二的应用 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 特征： 因果性 矢量性 瞬时性 同体性 独立性 力是产生加速度的原因 加速度的方向由合外力的方向决定 加速度与合外力是瞬时对应关系 加速度、合外力与质量都对同一物体 每一个力都产生加速度，关注合加速度 牛二的应用 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 【例题】一辆质量为1.0×103kg 的汽车，经过10s 由静止沿直线匀加速到30m/s.求汽车所受的合力。 解：由运动学公式： 得： 根据牛顿第二定律： 得： 牛二的应用 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 从牛顿第二定律可知，无论怎样大小的力都可以使物体产生加速度。可是当我们用力提一个很重的物体时，我们却提不动它。这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？ 由公式F=ma看，F合为合外力，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，这个力应是合外力。现用力提一很重的物体时，物体仍静止，说明合外力为零。由受力分析可知F+N-mg=0 没有矛盾 牛二的应用 情景一：如图，一个同学沿水平方向推着一个质量 m=10kg木箱前进。设同学的推力F=20N，动摩擦因素μ=0.16，问木箱的加速度多大？g取10m/s2 F f FN mg 解：对木箱受力分析 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 牛二的应用 由牛顿第二定律得： F－f =ma f=μmg 解得a=0.4m/s2 方向水平向右 情景一：如图，一个同学沿水平方向推着一个质量 m=10kg木箱前进。设同学的推力F=20N，动摩擦因素μ=0.16，若一段时间后，撤去了力F，求撤去推力瞬间，木箱的加速度多大？g取10m/s2 f FN mg 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 牛二的应用 f 解：对木箱受力分析 由牛顿第二定律得： f =ma f=μmg 解得a=0.4m/s2 方向水平向左 情景二：如图，一个旅客拉着一个质量m=10kg行李箱前进。设旅客的拉力F=20N，拉杆与水平地面夹角θ=53°，动摩擦因素μ=0.1，问行李箱的加速度多大？ F f mg 解：对行李箱受力分析由牛顿第二定律得： 解得a= 0.36m/s2 Fcosθ－f = ma Fsinθ +FN = mg f = μFN Fsinθ FN θ Fcosθ 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 牛二的应用 情景三：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，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2)。求： 请判断车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况； F mg θ F合 解：对小球受力分析 F合=mgtanθ F合=ma 方向水平向右 解得a= gtanθ=7.5m/s2 复习回顾 牛二的表述 牛二的理解 牛二的应用 ①若速度像右，则车厢向右加速 ②若速度像左，则车厢向左减速 由牛顿第二定律得： 1．在牛顿第二定律公式F＝kma中，比例系数k的数值(　　) A．在任何情况下都等于1 B．是由质量m、加速度a和力F三者的大小所决定的 C．与质量m、加速度a和力F三者的单位无关 D．在国际单位制中一定等于1 D　[在牛顿第二定律的表达式F＝kma中，只有质量m、加速度a和力F的单位是国际单位制单位时，比例系数k才为1，故D正确，A、B、C错误．] 课堂练习 2．如图所示，A、B质量均为m，细线质量可以忽 略，重力加速度为g，在上方细线被烧断瞬间，A、 B的加速度大小分别是(　　) A．0、g　 B．g、g C．0、0 D．2g、0 B　[不可伸长的细线的拉力变化时间可以忽略不计，称之为“突变弹力”，当烧断上方O、A间细线时，A、B间细线拉力突变为零，故aA＝aB＝g，B正确．] 课堂练习 3．(多选)初始时静止在光滑水平面上的物体，受到一个逐渐减小的水平力的作用，则这个物体运动情况为(　　) A．速度不断增大，但增大得越来越慢 B．加速度不断增大，速度不断减小 C．加速度不断减小，速度不断增大 D．加速度不变，速度先减小后增大 [答案]　AC 课堂练习 4．(新情境题：以“电梯”为背景，考查牛顿第二定律)小杰乘坐竖直快速电梯，从底层到达第36层共用时24 s．若电梯先以加速度a由静止做匀加速运动，经过4 s达到最大速度5 m/s，然后以最大速度匀速运动，最后以大小相同的加速度a做匀减速运动恰好到达36层．用你学到的物理知识，探究下列问题： (1)电梯的加速度a及上升的总高度h. 课堂练习 [答案]　1.25 m/s2　100 m (2)若小杰同学乘电梯时，手里竖直地提着一份质量为2 kg的快递包裹，求整个过程中，快递包裹的最大拉力(g取10 m/s2). [解析]　以快递包裹为研究对象，加速上升过程中拉力最大，根据牛顿第二定律可得：F－mg＝ma 代入数据解得：F＝22.5 N． [答案]　22.5 N [解析]　由运动学公式可得：a＝ eq \f(v,t)＝ eq \f(5,4) m/s2＝1.25 m/s2； 由于加速和减速阶段加速度大小相等，则减速和加速过程运动的时间和位移都相等； 则匀速运动的时间为：t′＝24 s－4×2 s＝16 s 上升的总高度为：h＝ eq \f(v,2)t×2＋vt′＝100 m. $$