3. 牛顿第二定律（教学课件）物理人教版2019必修第一册

第四章 运动和力的关系 人教版（2019）必修 第一册 3. 牛顿第二定律 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 掌握牛顿第二定律的内容及数学表达式。 科学思维 通过牛顿第二定律的学习，明确影响物体加速度的本质原因，类比第一章加速的概念。 科学探究 以问题的形式引入，强调可以从上一节的探究实验数据来寻找加速度与力、质量的关系，然后引导学生通过分析基于数据的图线来获取规律，进一步提出牛顿第二定律。 科学态度与责任 引导学生学会利用牛顿第二定律分析和解决问题，以此让学生体会物理的实用性。 学习目标 牛顿第二定律的表达式 01 力的单位 02 瞬时加速度问题 03 教学内容 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 掌握牛顿第二定律的内容及数学表达式，理解公式中各物理量的意义。 会用牛顿第二定律公式进行有关计算。 瞬时加速度问题。 重点难点 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与它所受的作用力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？ 课堂导入——思考与讨论 (1)探究物体质量一定时，物体加速度与力的关系三种可能图像 F/N a/(m/s2) o 0.5 1.0 1.5 2.0 1.0 2.0 3.0 4.0 课堂导入——复习与回顾 (1)在a-F图像中，过原点的那条直线是否符合你在做探究实验前对加速度和力的关系猜想呢？ (2)在a-F图像中，那两条不过原点的两条直线否符合你在做探究实验前对加速度和力的关系猜想呢？出现这两种情况的原因，你认为有哪些？如果消除这些影响因素，你认为物体的加速度和力的关系是什么样子的？ 课堂导入——思考与讨论 (2)作用在物体上的外力一定时，物体加速度与质量的关系图像 a/(m/s2) o 1.0 2.0 3.0 0.5 1.0 1.5 课堂导入——复习与回顾 01 PART 01 第一部分 牛顿第二定律的表达式 探究新知 10 1.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，加速度的方向跟作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律。 2.公式： m一定：a ∝ F F一定：a ∝ F ∝ ma F=kma 3.意义：牛顿第二定律不仅阐述了力、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。 探究新知——牛顿第二定律内容及表达式 取质量的单位是千克（kg），加速度的单位是米每二次方秒（m/s2），根据上述牛顿第二定律中加速度与力、质量的关系，我们应该怎样确定力的单位？ 探究新知——思考与讨论 02 PART 02 第二部分 力的单位 探究新知 13 (1)F＝kma中k的数值取决于F 、m、a的单位的选取。 (2)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 (3)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。 探究新知——力的单位 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： 思考： 对上述表达式我们在应用时还需要注意哪些方面呢？ F＝ma 探究新知——牛顿第二定律表达式的变化 (1)我们讲力是改变物体运动状态的原因，你在学习了牛顿第二定律后，能否说一说对这种说法的重新认识？ (2)我们在探究加速度与力、质量关系的实验中为什么要平衡摩擦力，平衡摩擦力后，我们研究的力实际上可以看做是小车所受的什么力？ (3)在探究加速度与力、质量关系的实验中除小车所受绳拉力要产生加速度以外，它所受的其他力要不要也产生加速度呢？这些其他力产生的加速度矢量合等于多少呢？ 探究新知——思考与讨论 1.对表达式F＝ma的理解： (1)单位统一：表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。 (2)F的含义：指的是物体所受的合力。 (3)“＝”的含义：不仅表示左右两边数值相等，也表示方向相同，即物体加速度的方向与它所受合力的方向相同。 探究新知——对牛顿第二定律的进一步理解 2.牛顿第二定律的五个性质 (1)因果性：力是使物体产生加速度的原因 (2)矢量性：F＝ma是一个矢量式，应用时应先规定正方向。 (3)瞬时性：合力与加速度具有瞬时对应关系。 (4)同一性：合力与加速度对应同一研究对象。 (5)独立性：作用于物体上的每一个力各自产生加速度，F1＝ma1， F2＝ma2…而物体的实际加速度则是每个加速度的矢量和，合力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律，如Fx＝max，Fy＝may。 探究新知——对牛顿第二定律的进一步理解 3.加速度两种表达式的比较 大小 方向 与v、∆v大小无关 由∆v/∆t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 探究新知——对牛顿第二定律的进一步理解 4.牛顿第一定理和牛顿第二定律的比较 (1)牛顿第一定律指出了力是产生加速度的原因，指出一切物体都有惯性，牛顿第一定理不是一个实验定律。 (2)牛顿第二定律指出了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。牛顿第二定律是一个实验定律。 (3)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的一种特例。 探究新知——对牛顿第二定律的进一步理解 【例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2 000N，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】以汽车为研究对象。设汽车运动方向为x轴正方向，建立坐标系。 O x 探究新知——典例解析 根据匀变速直线运动速度与时间的关系式，加速度为： 汽车受到的阻力是437 N，方向与运动方向相反。 G FN F阻 O x 探究新知——典例解析 重新起步后，汽车所受的合力为： F合=F－F阻 =2 000N-437N=1 563N 由牛顿第二定律得： F阻 F FN G O x 重新起步产生的加速度是1.42 m/s2，方向与运动方向相同。 探究新知——典例解析 【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测定列车的加速度。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。 探究新知——典例解析 mg F a 【解析】方法1：合成法 以小球为研究对象，如图做受力分析 F=mgtanθ 根据牛顿第二定律，小球具有的加速度为： a＝g tan θ 方向水平向右 探究新知——典例解析 方法2：正交分解法 在竖直方向有 FT cos θ ＝ mg （1） 在水平方向有 FT sin θ ＝ ma （2） 小球在水平方向上做匀加速直线运动，在竖直方向上处于平衡状态。 建立直角坐标系。将小球所受的拉力FT分解为水平方向的Fx和竖直方向的Fy。 两式联立，可以求得小球的加速度为： a＝g tan θ 方向水平向右 mg FT Fx a Fy 探究新知——典例解析 1.应用牛顿第二定律解题的步骤 探究新知——典例小结 2.“求合力列方程”的两种方法 (1)合成法：首先确定研究对象，画出受力示意图，当物体只受两个力作用时，利用平行四边形定则在加速度方向上直接求出合力，再列牛顿第二定律方程求解。 (2)正交分解法：当物体受多个力作用时，常用正交分解法沿加速度a的方向建立坐标轴如x轴，则有Fx=ma，Fy=0；有些题目可以通过分解加速度从而减少分解力甚至不分解力，即Fx=max，Fy=may。 探究新知——典例小结 03 PART 03 第三部分 瞬时加速度问题 探究新知 29 类别 弹力表现形式 弹力方向 能否突变 轻绳 拉力 沿绳收缩方向 能 橡皮条 拉力 沿橡皮条收缩方向 不能 轻弹簧 拉力、支持力 沿弹簧轴线方向 不能 轻杆 拉力、支持力 不确定 能 探究新知——常见的瞬时性问题模型 (1)轻绳、轻杆模型不发生明显形变就能产生弹力，剪断(或脱离)后，形变恢复几乎不需要时间，故认为弹力可以立即改变或消失。 (2)轻弹簧、橡皮条模型的形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时性问题中，它们的自由端连接有物体时其弹力的大小不能突变，往往可以看成是不变的。 探究新知——常见的瞬时性问题模型 1.分析瞬时变化前各物体的受力； 2.判断瞬时变化时哪些力发生突变，哪些力不变： 3.分析变化后各物体的受力； 4.根据牛顿第二定律求解各物体的加速度。 探究新知——求解瞬时性问题的步骤 【例3】如图所示，质量相同的、两个小球用轻弹簧相连，的另一端用轻绳悬挂在天花板上，某一时刻突然剪断轻绳，则轻绳被剪断瞬间（　　）（已知重力加速度为g） A．B的加速度为0 B．A的加速度为0 C．、的加速度都为 D．、的加速度都为 探究新知——典例解析 A 探究新知——典例解析 【答案】A 【详解】设小球质量均为，轻绳剪断前，弹簧的弹力轻绳被剪断瞬间，弹簧弹力不变，对A根据牛顿第二定律解得对B根据牛顿第二定律解得 故选A。 在宇宙空间，所有物体处于完全失重的情况。天平、台秤无法使用。通过本节课的学习你知道怎样测宇航员的质量吗？ 探究新知——科学漫步 探究新知——科学漫步 牛顿第二定律 内容 力的单位 瞬时加速度 轻绳模型、弹簧模型、轻杆模型 公式 意义 F＝ma 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。 1N= 1 kg·m/s2 课堂小结 1．关于牛顿第二定律，下列说法中正确的是（　 　） A．物体所受合外力发生改变时，其加速度可能不变 B．物体的运动方向一定与物体所受合力的方向一致 C．加速度方向与合力的方向总是一致的，但与速度的方向可能相同，也可能不同 D．牛顿第二定律的表达式可以写成，说明对某个物体来说，它的质量跟合外力成正比，跟它的加速度成反比 课堂练习 C 课堂练习 【答案】C 【详解】A．根据牛顿第二定律可知，当物体所受合外力发生变化时，其加速度一定变化，A错误； BC．根据牛顿第二定律 可知物体的加速度方向一定与物体所受合力方向一致，但运动方向不一定与所受合力方向一致，B错误C正确； D．物体质量是物体的本质属性，与所受的合外力无关，与物体的加速度无关，D错误。 故选C。 2．如图所示，小车上固定一个弯折硬杆ABC，C端固定一个质量为m的小球，已知角恒定，当小车水平向左匀加速运动时，BC杆对小球的作用力方向为（　　） A．一定沿杆向上 B．一定竖直向上 C．可能水平向左 D．随加速度数值而定 课堂练习 D 课堂练习 【答案】D 【详解】小球受重力和杆子的作用力两个力作用，BC杆对小球的作用力有两个效果，竖直方向与重力平衡，竖直方向分力不变，水平方向提供产生加速度的合外力，大小随加速度变化而变化，所以BC杆对小球的作用力随加速度a的数值的改变而改变。 故选D。 3．一辆装满石块的货车在倾斜道路上以加速度沿斜面向下加速运动，倾斜道路与水平面夹角为。货箱中石块的质量为，（）则石块周围与它接触的物体对石块B作用力的合力大小为（　　） A． B． C． D． 课堂练习 D 课堂练习 【答案】D 【详解】以B为对象，垂直斜面方向有沿斜面方向根据牛顿第二定律可得解得则石块周围与它接触的物体对石块B作用力的合力大小为 故选D。 4．如图所示，A、B两木块间连接一轻质弹簧，A的质量为2m、B的质量为m，一起静止放置在一块木板上。若突然将此木板抽去，在抽离瞬间，忽略接触面摩擦力的影响，重力加速度为g，A、B两木块的加速度分别是（　　） A．， B．， C．， D．， 课堂练习 C 课堂练习 【答案】C 【详解】A、B整体受力分析可知，未抽去木板时，木板对B的作用力的大小为突然抽去木板后，由于弹簧来不及恢复形变，故A的受力情况不变，依然处于平衡状态，故此时B受到的合外力恰好大小等于，方向与相反，根据牛顿第二定律，可得B的加速度大小为 故选C。 5．质量相同的A、B、C、D四个小球用轻质弹簧和轻绳按如图所示的方式连接在一起处于静止状态。已知重力加速度为g，现用火烧细绳b，则在细绳b烧断的瞬间，下列说法中正确的是（　　） A．A球加速度大小为2g、方向竖直向上 B．B球加速度大小为2g、方向竖直向上 C．C球加速度大小为g、方向竖直向下 D．D球加速度大小为g、方向竖直向下 课堂练习 B 课堂练习 【答案】B 【详解】烧断细线之前细线b的拉力T=2mg在烧断细绳b的瞬间，弹簧弹力不发生突变，易得aA=0竖直向上；竖直向下；aD=0。 故选B。 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 谢谢聆听 Chart2 Chart2 0 0 0 0 0 0 0 Sheet1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 Sheet1 Sheet2 Sheet3 Chart2 Chart2 0 0 0 0 0 0 0 Sheet1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 Sheet1 Sheet2 Sheet3 Lavf51.12.1 $$