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

3. 牛顿第二定律 人教版（2019）物理（必修第一册） 第四章 运动和力的关系 目录 素养目标 01 课程导入 02 新课讲解 03 总结归纳 04 课堂练习 05 正确教育 素养目标 1.通过分析探究实验的数据，能够得出牛顿第二定律的数学表达式F=kma，并准确表述了牛顿第二定律的内容，培养学生分析数据、从数据获取规律的能力 2.能根据1N的定义，理解牛顿第二定律的数学表达式是从F=kma变成F=ma的，体会单位的产生过程 3.能够从合力与加速度的同时性、矢量性等方面理解牛顿第二定律，理解牛顿第二定律是连接运动与力之间关系的桥梁 4.会运用牛顿第二定律分析和处理实际生活的简单问题 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 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？ 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 视频演示：大黄蜂战斗机与 F1- 赛车的角逐 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 牛顿第二定律的表达式 ①当保持物体质量不变时，物体的加速度与它所受到的力成正比。 加速度与力的关系 a F O 温故知新 加速度与质量的关系 a O ②当保持物体的受力不变时，物体的加速度与它质量的倒数成正比。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 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 这就是牛顿第二运动定律 牛顿第二运动定律 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 找到规律： 归纳法 k 为比例系数 牛顿第二运动定律不仅阐述了力、质量和加速度三者的数量关系，还明确了加速度和力的方向关系。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 两个加速度公式——a 到底由什么决定？ 是加速度的决定式，它揭示了产生加速度的原因及决定因素： 加速度由其受到的合外力和质量决定。 是加速度的定义式，是比值法定义的物理量， a与v、Δv、Δt均无关。 思考 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 力的单位 力的单位 怎样使k = 1呢？ 1 N = 1 kg·m/s2 当k=1时，质量为1 kg的物体在某力的作用下获得1 m/s2 的加速度，该力F ＝ ma ＝ 1 kg·m/s2，人们规定该力为“一个单位”力。 力的单位就为“kg·m/s2”，后人称作“牛顿”（国际单位） 牛顿第二定律内容: 物体的加速度跟它受到的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力方向相同。 F合=ma F、m、a均取国际单位 思考 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 蚂蚁的困惑： 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，可是蚂蚁无论怎样用力都推不动一块放在水平地面上的砖头，牛顿第二定律是否错了？ 咦， F＝ma， 加速度去哪了？ 这里的F 指的是合力 静摩擦力f 推力F 牛顿第二定律的认识和理解 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 牛顿第二定律的意义 物体运动情况 运动学公式 牛顿第二定律 物体受力情况 加速度a 桥梁 合外力决定加速度的大小和方向 物体质量一定时，物体受到的合外力越大，物体的加速度就越大，但是物体速度不一定越大 合外力、加速度、速度之间的关系 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 1.矢量性 2.瞬时性 a与F合是瞬时对应关系： a与F合 同时产生，同时消失，同时变化 加速度a的方向与合外力F合方向相同 合力方向 加速度方向 F A 光滑水平面 G FN 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? 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 a a 铅球抛出后瞬间，加速度的方向如何？ 思考 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 3.同体性 公式中F、m、a必须是同一研究对象 总结：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。 合力的加速度即这些加速度的矢量和。 4.独立性 G与FN分别产生加速度吗? F A 光滑水平面 G FN 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 例1.在平直路面上，质量为1100 kg的汽车在进行研发的测试，当速度达到100 km/h时取消动力，经过70 s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2000 N，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。 解析：求汽车受到的阻力，已知信息是汽车的运动情况，由牛顿第二定律，运动量a和F关联，故求阻力先求a，再分析合力和阻力的关系进而求阻力；重新起步，已知力的信息求a，同样由牛顿第二定律，受力分析求合力，再求a。 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 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 解：沿汽车运动方向建立坐标轴 G FN F阻 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 由牛顿第二定律得： F合=F－F阻 =2 000 N-437 N=1 563N 第二阶段，汽车重新起步加速 F阻 FN G F 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 例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确定列车的加速度(如图)。 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。 解析：审题找思路：细线偏角θ与加速度有何关联？偏角决定绳上拉力的方向，有小球受力的信息，可由牛顿第二定律求加速度，球的加速度与车的加速度相同，车的信息未知，不能以车为研究对象。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 a mg T θ F合 解：方法1：矢量合成法 以小球为研究对象，其受力如图. 则F合=mgtanθ 由牛顿第二定律得： 则F合=ma 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 y x O T mg (1) (2) 对小球受力分析，建立如图所示坐标系，由牛顿第二定律： 故列车的加速度大小为gtanθ，方向水平向右。 解(1)(2)得小球的加速度为：a=gtanθ θ Ty Tx 建立直角坐标系原则？ 尽可能少分解矢量（解题方便） 方法二：正交分解法 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正交分解法在牛顿第二定律中的应用： 当物体受多个力作用时，常用正交分解法求物体的合外力．通常选取加速方向作为正方向(不分解加速度)，将物体所受的其他力正交分解后，列方程Fx＝ma，Fy＝0。 x y F合 G N 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 1.明确研究对象（隔离或整体） 2.进行受力分析和运动状态分析，画出示意图 3.规定正方向或建立直角坐标系，求合力F合 ①物体受两个力： 合成法 ②物体受多个力： 正交分解法 沿加速度方向 垂直于加速度方向 4.列方程求解 用牛顿第二定律解题的方法和步骤 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 （1）已知物体的受力情况，确定物体的运动情况 （2）已知物体的运动情况，确定物体的受力情况 物体的受力情况及其分析 动力学的第一类基本问题 牛顿第二定律 运动学公式 物体的运动状态及其变化 动力学的第二类基本问题 加速度 a 动力学的两类基本问题 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 下面说法正确的是（　　） A.物体（质量一定，下同）所受合外力越大，加速度越大； B.物体所受合外力越大，速度越大； C.物体在外力作用下做加速直线运动，当合外力逐渐减小时,物体的速度逐渐减小； D.物体的加速度大小不变，物体一定受恒力作用。　 经典例题 A 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 下列说法中正确的是（ ） A. 在公式F=ma中，F、m、a三个量可以取不同单位制中的单位 B. 作用力与反作用力等大、反向、共线，所以对其作用的某一物体作用效果可抵消； C. 牛顿运动定律是自然界最普遍的规律，因此可以用来精确描述高速运动电子（接近光速）的运动情况； D. 惯性和惯性定律不同，惯性是物体本身的固有属性，是无条件的，而惯性定律是在一定条件下物体运动所遵循的规律。 经典例题 D 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 一物体放在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.6，在水平拉力F = 10N作用下从静止开始运动，其速度与位移满足等式v2=8x（其中 v 的单位为m/s，x 的单位为m），g取10m/s2，则物体的质量为（　　） A.0.5kg B.0.4kg C.0.8kg D.1kg 经典例题 D 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 牛顿第二定律 1、表达式：F合=ma 2、理解 矢量性：加速度的方向总与合外力的方向相同 瞬时性：力和加速度有瞬时对应的关系 同体性：F.m.a三者是对同一物体而言的 独立性： 每一个力都可以使物体独立的产生加速度，物体的加速度是所有力产生加速度的矢量和。 2.力的单位(牛顿)的定义 1.内容 3.使用时需统一单位制 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 关于牛顿第二定律的表达式 ，下列说法正确的是( ) A.物理公式只能确定物理量之间的数量关系和方向关系 B.如果让10 kg的物体产生大小为 的加速度，所需要的力的大小就是1 N C.如果单位选取合适，牛顿第二定律的表达式可以是 D.由 可知，物体的质量与其所受的合外力成正比，与其运动的加速度成反比 C 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 答案：C 解析：物理公式不仅可以确定物理量之间的数量关系和方向关系，同时也可以确定物理量间的单位关系，A错误；如果让10 kg的物体产生大小为 的加速度，所需要的力的大小是10 N，B错误；如果力的单位取N，质量单位取g，加速度单位取 ，牛顿第二定律的表达式为 ，C正确；物体的质量是物体本身的属性，是所含物质的多少，与物体所受合外力以及物体运动的加速度无关，D错误. 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 如图所示，一轻弹簧水平放置在光滑的水平面上，其右端固定，B点为弹簧自由伸长时左端的位置，一物块静止在A处.现用水平向右的恒力F一直推该物块，弹簧被压缩到最短时左端位置为C，则下列关于物块的说法正确的是( ) A.到达B点时速度最大 B.从B到C一直减速 C.从A到C加速度先不变后一直减小 D.能返回B点，且两次在B点的速度大小相等 D 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 解析：物块速度最大时，其加速度为零，此时合外力为零，由此可知物块速度最大的位置一定在BC之间的某一位置，该位置弹簧的弹力大小等于推力的大小，而在合外力为零的位置之前，物块所受推力大于弹簧的弹力，物块做加速度先不变后减小的加速运动，在合外力为零的位置之后，弹簧的弹力大于推力，物块做加速度增大的减速运动，则从B到C的过程中物块先加速后减速，故A、B错误；物块与弹簧接触前受恒力作用，则其加速度恒定不变，与弹簧接触后随着弹簧弹力的增大，物块先做加速度减小的加速运动，后做加速度增大的减速运动，可知从A到C过程中，物块的加速度先不变，再减小，后增大，故C错误；根据运动的对称性以及受力情况的变化可知，物块能返回B点，且两次在B点的速度大小相等，故D正确. 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 如图，一不可伸长轻绳两端各连接一质量为m的小球，初始时整个系统静置于光滑水平桌面上，两球间的距离等于绳长L。一大小为F的水平恒力作用在轻绳的中点，方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距 时，它们加速度的大小均为( ) A. B. C. D. A 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 答案：A 解析：当两球运动至二者相距 时，如图所示 由几何关系可知 设绳子拉力为T，水平方向有 解得 对任意小球由牛顿第二定律可得 解得 故A正确，BCD错误。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 谢谢观看 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$