4.3 牛顿第二定律 课件 -2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第3节 牛顿第二定律 第四章 运动和力的关系 高中物理人教版（2019）必修第一册 新知探究 赛车质量小、动力大，容易在短时间内获得较大的速度，也就是说，赛车的加速度大。物体的加速度 a 与它所受的作用F 以及自身的质量 m 之间存在什么样的定量关系呢？通过上节的探究实验，你找到了吗？ 2 回顾与复习 数据处理得： a ∝F 实验结论： 当m一定时，a和F成正比 即 1、质量m 一定，加速度a与力F的关系 回忆上节课所探究的内容 3 2、力F 一定，加速度a与质量m的关系 数据处理得： m 1/m 实验结论： 当F一定时，a和m成反比 1 — m a∝ 回顾与复习 4 理论推导 F ＝Kma k 为比例系数 物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。 大量实验和事实都能得出同样的结论: 5 牛顿第二定律 一、牛顿第二定律 【内容】物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与作用力的方向相同。 【比例式】 【等式】F=kma，其中k是比例系数 或 k是多少呢？ 6 1牛=1千克 · 米/秒2 由前面已知牛顿第二定律的公式F=kma。式子的k是比例常数。如果公式中的物理量选择合适的单位，可以使k=1，从而使公式简化。 我们知道，在国际单位制中，力的单位是牛顿。牛顿这个单位是根据牛顿第二定律来这样定义的：使质量是1千克的物体产生1米/秒2加速度的力，叫做1牛顿。即： 牛顿第二定律 7 可见，如果都用国际单位制的单位，在上式中就可以使k=1，上式简化成： F = ma 这就是牛顿 第二定律的数学公式。 牛顿第二定律 8 牛顿第二定律 思考： 1、在牛顿第二定律的表达式 F = ma 中，哪些是矢量，哪些是标量？ m 是标量，F 和 a 是矢量。 2、这两个矢量的方向关系是怎么样？ “力是产生加速度的原因”，故加速度 a 的方向和合力 F 的方向是一致的。 即物体的加速度方向由物体所受合力的方向决定。 9 对牛顿第二定律的理解 [探究]如图所示，小强自己拉车子时，无论怎么用力也难以拉动，最后在小红的帮助下，他们才将车子拉着前进。根据牛顿第二定律，有力作用就产生加速度，为什么小强用力拉车时车子不动呢？小强的拉力不产生加速度吗？ 提示：小强的拉力能产生加速度，但牛顿第二定律公式中的F指的是物体受到的合外力，汽车在水平方向上不只受到小强的拉力，还同时受到地面摩擦力的作用，它们相互平衡，所以小车不动。 10 二、牛顿第二定律的理解 (1)因果性:力是产生加速度的原因 (2)同体性:a 、F、m对应于同一物体或同一个整体 对牛顿第二定律的理解 11 F=ma F a A 光滑水平面 F和a都是矢量, 牛顿第二定律F=ma是一个矢量式, 它反映了加速度方向始终跟合力方向相同, 而速度方向与合力方向无必然联系 (3)矢量性:a与F 的方向总是相同 牛顿第二定律的理解 牛顿第二定律的理解 12 F A 光滑水平面 物体受到拉力F之前静止 a=? 物体受到拉力F之后，a有了吗? 撤去拉力F后，a还存在吗? F增大、减小时，a怎样? a与F总是同时产生，同时消失，同时变化 (4)同时性: a与F是瞬时对应关系 牛顿第二定律的理解 13 F A 光滑水平面 物体还受哪几个力? G N G与N分别产生加速度吗? 作用在物体上的每个力都将独立产生各自的加速度，与物体是否受其他力无关。 合力的加速度即是这些加速度的矢量和。 (5)独立性:每个力各自独立地使物体产生一个加速度 牛顿第二定律的理解 14 (5)独立性:每个力各自独立地使物体 产生一个加速度 (3)矢量性:a与F 的方向总是相同 (4)同时性:a与F总是同生同灭同变化 (1)因果性:力F是产生加速度a的原因 (6)相对性:惯性参照系 (地面系) (7)统一性:统一用国际制的单位 (2)同体性:F、m、a对应于同一物体 牛顿第二定律的理解 15 牛顿第二定律的理解 适用范围： 1、牛顿第二只定律只适用于惯性参考系，惯性参考系是指相对于地面静止或匀速的参考系； 2、牛顿第二定律只适用于宏观（相对于分子、原子）、低速（远小于光速）运动的物体。 16 实例 【例1】质量为m的木块，以一定的初速度沿倾角为θ的斜面向上滑动，斜面静止不动，木块与斜面间的动摩因数为μ，如图4－3－1所示，求： (1)木块向上滑动的加速度； (2)若此木块滑到最大高度后，能沿斜面下滑，下滑时的加速度多大？ 17 实例 解析　(1)以木块为研究对象，在上滑时受力如图右所示．根据题意，加速度方向沿斜面向下．将各力沿斜面和垂直斜面方向正交分解． 由牛顿第二定律有 mgsin θ+=ma， -mgcos θ=0 且=μ. 解得a=g(sin θ+μcos θ)，方向沿斜面向下． 18 实例 解析　(2)当木块沿斜面下滑时，木块受力如右图所示，由题意知，木块加速度方向沿斜面向下． 由牛顿第二定律有 mgsinθ-=ma′， -mgcosθ=0， 且=μ. 解得a′=g(sinθ-μcosθ)，方向沿斜面向下． 19 力与运动的关系 三、力与运动的关系 20 力与运动的关系 21 力与运动的关系 【例2】下列关于力和运动关系的几种说法，正确的是(　　) A．物体所受合力的方向，就是物体运动的方向 B．物体所受合力不为零时，其速度不可能为零 C．物体所受合力不为零，则其加速度一定不为零 D．物体所受合力变小时，物体一定作减速运动 22 力与运动的关系 解析　由牛顿第二定律F＝ma可知，物体所受合力的方向与加速度的方向是一致的，但不能说就是物体的运动方向，可以与物体的运动方向相同(匀加速直线运动)，也可以与物体的运动方向相反(匀减速直线运动)，还可以和物体的运动方向不在一条直线上(曲线运动)，故A错． 23 牛顿第二定律解题的步骤 四、运用牛顿第二定律解题的一般步骤 （1）确定研究对象，构建模型： （2）对这个物体进行受力分析： （3）正交分解：建立直角坐标系转化为四力的模式 顺序： y x mg FN T T1 T2 )a mg FN F牵 Ff 24 牛顿第二定律解题的步骤 水平或竖直方向：F合=运动方向的力-反向的力 建立坐标系：x、y轴：F合=运动方向的力-反向的力 （5）根据牛顿第二定律列方程F合=ma 速度公式 ：vt = vo+at 导出公式：vt 2－ v02 =2ax （6）画运动草图，应用运动学公式 求未知 （4）运动分析：判断物体的运动方向，求合力F合 位移公式： 25 牛顿第二定律解题的步骤 例题3：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确定列车的加速度。在某次测定中，悬线与竖直方向的夹角为θ，求列车的加速度。 分析 ：列车在加速行驶的过程中，小球始终与列车保持相对静止状态，所以，小球的加速度与列车的加速度相同。 26 牛顿第二定律解题的步骤 （1）确定研究对象，构建模型：（小球） （2）对这个物体进行受力分析： ①放在水平面上竖直向下的重力mg； mg ②斜向上的拉力FT。 FT （3）正交分解：建立直角坐标系转化为四力的模式 y x Fx Fy （4）运动分析：判断物体的运动方向，求合力F合 )θ 物体向右加速运动； 所以在竖直方向没有发生位移，没有加速度，所以重力mg和Fy大小相等、方向相反，彼此平衡。 mg=Fy =FTcosθ 27 牛顿第二定律解题的步骤 F合=T1 =Tsinθ （5）根据牛顿第二定律列方程F合=ma Tsinθ=ma 物体在水平方向加速运动，所以有： F合=运动方向的力-反向的力=0－T1 联立求得小球的加速度a a=gtanθ 28 板书设计 1、内容:物体加速度与合外力F合成正比.与质量m成反比.加速度方向与合外力方向相同. 一、牛顿第二定律 F合=ma 2、公式： 二、对牛顿第二定律的理解： 同体性 矢量性 瞬时性 独立性 29 板书设计 四、运用牛顿第二定律解题的一般步骤 1、确定研究对象； 2、对研究对象进行受力分析及运动状态分析； 3、求出合力； 4、根据牛顿第二定律F=ma建立方程并求解。 三、力与运动的关系 30 谢 谢 (3)力与运动的关系 eq \x(\a\al(物体受,力作用))→eq \x(\a\al(运动状,态变化))—eq \x(\a\al(物体速,度变化)) eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(力与速度同向→v增加,力与速度反向→v减小)) (4)加速度的定义式与决定式 ①a＝eq \f(Δv,Δt)是加速度的定义式，它给出了测量物体的加速度的方法，这是物理上用比值定义物理量的方法。 ②a＝eq \f(F,m)是加速度的决定式，它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素。 $$