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

必修第一册 第四章 第三节 牛顿第二定律 学习目标 任务1：掌握牛顿第二定律表达式 任务2：了解力的单位的定义方法 任务3：对牛顿第二定律的理解 任务4：应用牛顿第二定律的一般步骤 任务5：求解加速度的两种方法 任务1：掌握牛顿第二定律表达式 情境引入：赛车质量小、动力大，容易在短时间内获得较大的速度，换言之，即赛车的加速度大。那么通过上节的探究实验，你知道物体的加速度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吗？ 老师，通过上节课的探究实验，我们清楚了小车的加速度a与它所受的作用力F成正比，与它的质量m成反比，但是定量关系我们就不太清楚了。 既然成正比，我们可以设一个比例系数K，然后写成等式 温馨提示：实际物体所受的力往往不止一个，式中F指的是物体所受的合力。 老师，我们知道牛顿第二定律的表达式了，但是有两个问题，第一，这里的K具体是取什么数值呢？第二，我们应该怎样确定力的单位呢？ 物体加速度的大小跟它受到的的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同，这就是牛顿第二定律。 同学们说的太好了，这两个问题就是接下来老师要和大家来共同学习的问题。 F=kma中k的数值取决于F、m、a的单位的选取。即当k=1时，质量为1kg的物体在某力的作用下获得1 的加速度，则这个力F=ma=1kg· 。 如果我们把这个力叫做“一个单位”的力的话 ，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。 任务2：了解力的单位的定义方法 知识点讲解 我们在初中已经学习过，在国际单位制中力的单位是牛顿（N）。学过牛顿第二定律之后，这个问题就清楚了。 说的太棒了，在质量的单位取千克（kg）,加速度的单位取米每二次方秒（ ），力的单位取牛顿（N）时，牛顿第二定律可以表述为 F = m a 任务3：对牛顿第二定律的理解 我们知道，要想产生加速度，必须得有力，即有力才有加速度，没力就没有加速度，所以力是产生加速度的原因。 质量是物体惯性大小的唯一量度，那么物体的加速度是力这一外因和质量这一内因共同作用的结果，同学开动脑筋，能不能根据上述分析，概括下加速度与力的关系呢？ 因果性 任务3：对牛顿第二定律的理解 除了因果性，另外还有： 2.矢量性。加速度和合力都是矢量，它们的方向始终相同，加速度的方向由合力的方向唯一决定。 3.瞬时性。物体的加速度跟它所受的合力之间存在着瞬时对应关系，加速度与合力同时产生、变化和消失。 4.同体性。加速度a、合力F、质量m必须对应同一个物体。 任务3：对牛顿第二定律的理解 5.独立性。物体受到多个力的作用时，每个力都独立地产生一个加速度，且力和加速度之间仍遵循牛顿第二定律，就好像其他力不存在一样。 6.局限性。牛顿第二定律只能解决物体的低速运动问题，不能解决物体的高速运动问题，只适用于宏观物体，不适用于微观粒子。 关于运动状态与所受外力的关系，下面说法中正确的是（　　） A.物体受到恒定的力作用时，它的运动状态不发生改变 B.物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态要发生改变 C.物体受到的合力为零时，它一定处于静止状态 D.物体的加速度方向与它所受的合力的方向可能不同 解析：A错，B对：力是改变物体运动状态的原因，只要物体受力（合力不为零），它的运动状态就一定会改变。C错：物体不受力或合力为零，其运动状态一定不变，处于静止状态或匀速直线运动状态。D错：根据牛顿第二定律可知，加速度的方向一定与合力方向相同。 牛刀小试 任务4：应用牛顿第二定律的一般步骤 (1)灵活选取研究对象（整体法或者隔离法） (2)两种分析：受力分析和运动分析 (3)求合力F 或者加速度a (4)根据F＝ma 列方程求解。 任务5：求解加速度的两种方法 两种方法 1.合成法：若物体只受两个力作用时，应用平行四边形定则求这两个力的合力，再应用牛顿第二定律求加速度。 (2)正交分解法：当物体受多个力作用处于加速状态时，应用正交分解法求物体所受的合力，再应用牛顿第二定律求加速度。 例1. 在平直路面上，质量为1 100 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 2 000 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。 分析：如图4.3-2，取消动力后，汽车在平直路面上只受阻力的作用。由于阻力不变，根据牛顿第二定律，汽车在平直路面上运动的加速度将保持不变。由加速度可以求出汽车受到的阻力。 例1. 在平直路面上，质量为1 100 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 2 000 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。 分析：如图4.3-3，重新起步后，汽车在平直路面上受到牵引力和阻力。由于二者大小都不变，所以汽车的加速度恒定不变。根据牛顿第二定律可以求出汽车运动的加速度。 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（图4.3-4）。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。 小结 牛顿第二定律 牛顿第二定律内容和表达式 力的单位的定义方法 应用牛顿第二定律的一般步骤 求解加速度的两种方法 对牛顿第二定律的理解 伟大的牛顿 $$