4.3 牛顿第二定律 课件 -2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦牛顿第二定律，涵盖表达式与力的单位、简单应用及瞬时加速度问题。通过“推沙发未动”等生活实例导入，衔接运动学知识，搭建从受力分析到规律应用的学习支架。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，以高铁加速度测量实例强化运动和相互作用观念，借刚性杆与弹簧模型建构培养科学推理能力。总结提升环节含解题流程图，助力学生系统掌握，教师可通过分层训练提升教学效率。

第3节　牛顿第二定律 第四章　运动和力的关系 目 录 CONTENTS 知识点 01 随堂对点自测 02 课后巩固训练 03 目录 2 知识点 1 知识点二　牛顿第二定律的简单应用 知识点一　牛顿第二定律的表达式和力的单位 知识点三　瞬时加速度问题 目录 3 知识点一　牛顿第二定律的表达式和力的单位 一、牛顿第二定律的表达式 1.内容:物体加速度的大小跟它受到的作用力成______,跟它的质量成______,加速度的方向跟作用力的方向______。 2.表达式:F=______,k是比例系数,F是物体所受的______。 3.方向关系:加速度的方向与____的方向一致。 正比 反比 相同 kma 合力 力 目录 知识点 二、力的单位 1.力的国际单位:牛顿,简称____,符号为____。 2.“牛顿”的定义:使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力叫作1 N,即1 N= _________。  3.在质量的单位取kg,加速度的单位取m/s2,力的单位取N时,F=kma中的k=____,此时牛顿第二定律可表述为F=______。 牛 N 1 kg·m/s2 1 ma 目录 知识点 【思考】 如图所示,某人在客厅内用力推沙发,但是沙发没有动。 (1)根据牛顿第二定律,有力就能产生加速度,人给沙发施加力 后,沙发为什么没动? (2)如果地板光滑,当人给沙发施加力的瞬间,沙发会有加速度 吗?是否立刻获得速度? 提示　(1)牛顿第二定律的表达式F=ma中的力F指的是物体所受的合力,尽管对沙发有一个推力作用,但沙发所受的合力为零,所以不能产生加速度。 (2)加速度与力之间是瞬时对应关系,有力就立刻获得加速度,但速度的获得需要一段时间,故不能立刻获得速度。 目录 知识点 思考判断 (1)公式F=kma中,各物理量的单位都为国际单位时,k=1。( ) (2)质量大的物体,其加速度一定小。( ) (3)物体加速度的大小由物体的质量和所受合力大小决定,与物体的速度大小无关。( ) (4)物体的加速度的方向不仅与它所受合力的方向有关,还与速度方向有关。( ) (5)一旦物体所受合力为零则物体的加速度和速度立即变为零。( ) √ × √ × × 目录 知识点 ABC 例1 (多选)关于牛顿第二定律,下列说法正确的是(　 　) A.牛顿第二定律的表达式F=ma是矢量式,a与F方向始终相同 B.某一瞬间的加速度,只能由这一瞬间的外力决定,而与这一瞬间之前或之后的外力无关 C.在公式F=ma中,若F为合力,则a等于作用在该物体上的每一个力产生的加速度的矢量和 D.物体的运动方向一定与物体所受合力的方向相同 解析　牛顿第二定律的表达式是矢量式,a与F方向始终相同,A正确;F=ma具有瞬时性,B正确;如果F=ma中F是合力,则a为合力产生的加速度,即各分力产生的加速度的矢量和,C正确;如果物体做减速运动,则v与F反向,D错误。 目录 知识点 牛顿第二定律的性质 目录 知识点 B 例2 关于加速度的公式a=和a=,下列说法中不正确的是(　　) A.由a=可知,a与F成正比,与m成反比 B.由a=可知,a与Δv成正比,与Δt成反比 C.由a=可知,a与Δv的方向总一致 D.由a=可知,a与F的方向总一致 解析　由a=可知,a与F成正比,与m成反比,A正确;a=为比值定义法,a与Δv和Δt无关,B错误;由a=可知,a与Δv的方向总一致,C正确;由a=可知,a与F的方向总一致,D正确。 目录 知识点 两个加速度公式的区别 a=是加速度的定义式,a与v、Δv、Δt均无关;a=是加速度的决定式,加速度由物体受到的合力和质量决定。 目录 知识点 知识点二　牛顿第二定律的简单应用 应用牛顿第二定律解题的方法 (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,再根据牛顿第二定律列方程求解。 (2)正交分解法:当物体受多个力作用时,常用正交分解法,选取加速度a的方向建立坐标轴如x轴,则有;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。 目录 知识点 例3 (人教版教材P97例题2改编)高铁已成为中国的名片,某人为了测量高铁启动过程的加速度,将一支笔(可视为质点)用细线系于高铁车厢内的顶壁上,高铁启动过程中,发现系笔的细线偏离竖直线的夹角为θ=37°,此时笔和车厢相对静止,如图所示,设笔的质量为0.1 kg(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2)。求: (1)车厢运动的加速度大小; (2)细线对笔的拉力大小。 目录 知识点 解析　法一　合成法 (1)由于车厢沿水平方向运动,笔与车厢的加速度相同,所以笔有沿水平方向的加速度,所受合力F沿水平方向,以笔为研究对象,受力分析如图所示。 由几何关系可得F=mgtan θ 由牛顿第二定律得 笔的加速度大小a==gtan θ=7.5 m/s2,即车厢运动的加速度大小为7.5 m/s2。 (2)细线对笔的拉力大小为FT==1.25 N。 目录 知识点 法二　正交分解法 以水平向右为x轴正方向,竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系,并将细线对笔的拉力FT正交分解,如图所示, 则沿水平方向有 FTsin θ=ma 竖直方向有FTcos θ=mg 联立解得a=7.5 m/s2,FT=1.25 N。 答案　(1)7.5 m/s2　(2)1.25 N 目录 知识点 总结提升　应用牛顿第二定律解题的一般步骤 目录 知识点 训练1 如图所示,质量为4 kg的物体静止于水平面上。现用大小为40 N、与水平方向夹角为37°斜向上的力F拉物体,使物体沿水平面做匀加速直线运动(g取10 m/s2, sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。 (1)若水平面光滑,求物体加速度的大小; (2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,求物体加速度的大小。 答案　(1)8 m/s2　(2)6 m/s2 目录 知识点 解析　(1)水平面光滑时,物体的受力情况如图甲所示,由牛顿第二定律有Fcos 37° =ma1 解得a1=8 m/s2。 (2)水平面不光滑时,物体的受力情况如图乙所示, 水平方向有Fcos 37°-Ff=ma2 竖直方向有FN'+Fsin 37°=mg 又Ff=μFN' 联立解得a2=6 m/s2。 目录 知识点 知识点三　瞬时加速度问题 1.瞬时加速度问题 牛顿第二定律是力的瞬时作用规律,加速度和力同时产生、同时变化、同时消失。分析物体在某一时刻的瞬时加速度,关键是分析该时刻前后物体的受力情况及其变化。 目录 知识点 2.两种基本模型 (1)刚性模型(细钢丝、细线、轻杆等):此类形变属于微小形变,其发生过程时间极短,在物体的受力情况改变(如某个力消失)的瞬间,其形变可随之突变,弹力可以突变。 (2)弹性模型(轻质弹簧、橡皮条、弹性绳等):此类形变属于明显形变,其发生需要一段时间,其弹力不能突变,瞬间可看成是不变的。 目录 知识点 B 例4 如图所示,在动摩擦因数μ=0.2的水平面上有一个质量m=1 kg的小球,小球左侧连接一水平轻弹簧,弹簧左端固定在墙上,右侧连接一与竖直方向成θ=45°角的不可伸长的轻绳,轻绳另一端固定在天花板上,此时小球处于静止状态,且水平面对小球的弹力恰好为零。在剪断轻绳的瞬间(g取10 m/s2),下列说法中正确的是(　　) A.小球仍然处于静止状态 B.小球立即向左加速,且加速度的大小a=8 m/s2 C.小球立即向左加速,且加速度的大小a=10 m/s2 D.若剪断的是弹簧,则剪断瞬间小球加速度的大小a=10 m/s2 目录 知识点 解析　在剪断轻绳前,小球受重力、绳子的拉力以及弹簧的弹力处于平衡状态,根据共点力平衡的条件得,弹簧的弹力F=mgtan 45°=10 N,剪断轻绳的瞬间,弹簧的弹力仍然为10 N,小球此时受重力、支持力、弹簧弹力和摩擦力四个力作用。由最大静摩擦Ff=μmg=2 N<F,可知小球向左加速运动,根据牛顿第二定律得小球的加速度为a==m/s2=8 m/s2,合力方向向左,所以小球立即向左加速,故B正确,A、C错误;剪断弹簧的瞬间,弹簧对小球的弹力瞬间为零,导致轻绳对小球的拉力瞬间也为零,此时小球所受的合力为零,则小球的加速度为零,故D错误。 目录 知识点 1.分析瞬时性问题的两个关键 (1)分析瞬时前、后的受力情况和运动状态。 (2)明确绳或线类、弹簧或橡皮条类模型的特点。 2.分析瞬时问题的三个步骤 (1)分析原来物体的受力情况。 (2)分析物体在弹力发生突变时的受力情况。 (3)由牛顿第二定律列方程求出瞬时加速度。 目录 知识点 C 训练2 如图所示,物块1、2间用竖直刚性轻质杆连接,物块3、4间用竖直轻质弹簧相连,物块1、3的质量为m,物块2、4的质量为M,两个系统均置于水平放置的光滑木板上,并处于静止状态。现将两木板沿水平方向突然抽出,设抽出后的瞬间,物块1、2、3、4的加速度大小分别为a1、a2、a3、a4。重力加速度为g,则有(　　) A.a1=a2=a3=a4=0 B.a1=a2=a3=a4=g C.a1=a2=g,a3=0,a4=g D.a1=g,a2=g,a3=0,a4=g 目录 知识点 解析　抽出木板的瞬间,物块1、2与刚性轻杆接触处的形变立即消失,受到的合力均等于各自重力,所以由牛顿第二定律知a1=a2=g;物块3、4间的轻质弹簧的形变还来不及改变,此时弹簧对物块3向上的弹力大小和对物块4向下的弹力大小仍为mg,因此物块3满足mg=F,故a3=0;由牛顿第二定律得物块4的加速度a4==g,故C正确。 目录 知识点 随堂对点自测 2 目录 D 1.(牛顿第二定律的理解)(2025·四川凉山期末)关于牛顿第二定律,下列说法正确的是(　　) A.牛顿第二定律说明当物体有加速度时,物体才受到外力的作用 B.物体的质量与它所受到合力成正比,跟它的加速度成反比 C.物体所受合力必须达到一定值时,才能使物体产生加速度 D.物体的速度为零,但加速度可能很大,所受的合力也可能很大 解析　力是产生加速度的原因,而不是有加速度才有力,故A错误;物体的质量是物体的固有属性,与它所受到合力和加速度无关,故B错误;根据F合=ma可知只要物体所受合力不为零就会有加速度,故C错误;物体的速度为零,但加速度可能很大,所受的合力也可能很大,例如子弹发射的瞬间,加速度很大,所受的合力也很大,故D正确。 目录 随堂对点自测 01 02 03 D 2.(牛顿第二定律的简单应用)(2025·四川攀枝花期末)水平面上一质量为2 kg的物体在水平向右、大小为2 N的恒定拉力作用下向左运动,物体与水平面间的动摩擦因数为0.2。重力加速度取10 m/s2,则该物体向左运动过程中的加速度为(　　) A.1 m/s2,水平向左 B.3 m/s2,水平向左 C.1 m/s2,水平向右 D.3 m/s2,水平向右 解析　对物体进行受力分析,根据牛顿第二定律有μmg+F=ma,解得a=3 m/s2,加速度方向水平向右,故D正确。 目录 随堂对点自测 01 02 03 B 3.(瞬时加速度问题)如图所示,A、B两球用细线悬挂于天花板上且静止不动,两球质量mA=2mB,两球间是一个轻质弹簧,如果突然剪断悬线,则在剪断悬线瞬间 (　　) A.A球加速度为g,B球加速度为g B.A球加速度为g,B球加速度为0 C.A球加速度为g,B球加速度为0 D.A球加速度为g,B球加速度为g 解析　在剪断悬线的瞬间弹簧的弹力保持不变,则B球的合力为零,加速度为零;对A球有(mA+mB)g=mAaA,则aA=g,故B正确。 目录 随堂对点自测 01 02 03 课后巩固训练 3 目录 BC 题组一　牛顿第二定律的表达式和力的单位 1.(多选)关于牛顿第二定律,下列说法正确的是(　　) A.根据公式F=ma可知,物体所受合外力与其运动的加速度成正比 B.物体所受合外力不为零时,一定会产生加速度,但速度可能为零 C.在公式F=kma中,k的数值取决于F、m、a的单位的选取 D.牛顿第二定律在F=0时可以推导出牛顿第一定律 基础对点练 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 解析　合外力F与物体的质量和加速度都无关,A错误;由牛顿第二定律可知,物体所受合外力不为零时,一定会产生加速度,但速度可能为零,例如汽车启动瞬间速度为零,加速度不为零,B正确;公式F=kma中k的数值取决于F、m、a的单位的选取,C正确;牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的运动状态,物体不受外力和物体所受合外力为零是有区别的,所以不能将牛顿第一定律当成是牛顿第二定律的特殊情况,D错误。 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 B 2.静止在光滑水平面上的物体,受到一个水平拉力,当拉力开始作用的瞬间,下列说法正确的是(　　) A.物体立即获得速度 B.物体立即获得加速度 C.物体加速度仍为零 D.物体同时获得速度和加速度 解析　物体静止在光滑水平面上,受到水平拉力的瞬间,合力等于拉力,根据牛顿第二定律知物体立刻获得加速度,而物体由于具有惯性,此瞬间还保持原来的运动状态,速度为零,选项B正确。 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 B 题组二　牛顿第二定律的简单应用 3.一个物体质量为2 kg,在几个力作用下处于静止状态,现把一个大小为10 N的力撤去,其他力保持不变,则该物体将(　　) A.沿该力的方向开始做匀加速运动,加速度的大小是5 m/s2 B.沿该力的相反方向做匀加速运动,加速度的大小是5 m/s2 C.沿该力的方向做匀加速直线运动,加速度大小为10 m/s2 D.由于惯性,物体仍保持原来的静止状态不变 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 解析　物体开始处于静止状态,所受合力为0,撤去10 N的力,其他力保持不变,则物体所受合力的大小为10 N,方向与10 N的拉力方向相反,根据牛顿第二定律得a==5 m/s2,则物体沿该力相反方向做匀加速运动,加速度大小为5 m/s2,故B正确,A、C、D错误。 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 AB 4.(多选)(2025·湖南株洲月考)物体质量为3 kg,放在光滑水平面上,同时受到大小为3 N、4 N和5 N的三个水平力作用,物体的加速度可能为(　　) A.0 B.3 m/s2 C.6 m/s2 D.9 m/s2 解析　根据力的合成规律知,三个力的合力范围为0≤F合≤12 N,根据牛顿第二定律有F合=ma,解得物体的加速度范围为0≤a≤4 m/s2,故A、B正确。 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 A 题组三　瞬时加速度问题 5.(2024·湖南卷,3)如图,质量分别为4m、3m、2m、m的四个小球A、B、C、D,通过细线或轻弹簧互相连接,悬挂于O点,处于静止状态,重力加速度为g。若将B、C间的细线剪断,则剪断瞬间B和C的加速度大小分别为(　　) A.g,1.5g B.2g,1.5g C.2g,0.5g D.g,0.5g 解析　细线剪断前,对B、C、D整体受力分析,由共点力的平衡条件 有A、B间轻弹簧的弹力FAB=6mg,对D受力分析,有C、D间轻弹簧的 弹力FCD=mg;细线剪断瞬间,由牛顿第二定律对B有3mg-FAB=3maB,对 C有2mg+FCD=2maC,联立解得aB=-g,aC=1.5g,A正确。 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 D 6.如图所示,质量为m的小球用一水平轻弹簧系住,并用倾角为53°的光滑木板AB托住,小球恰好处于静止状态,在木板AB突然撤离的瞬间(重力加速度为g, cos 53°=0.6),小球的加速度为(　　) A.0 B.大小为g,方向竖直向下 C.大小为g,方向垂直木板指向右下方 D.大小为g,方向垂直木板指向右下方 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 解析　在木板AB撤离前,小球恰好处于静止状态,小球受重力、支持力和弹簧的弹力,由共点力的平衡条件,可得小球所受重力和弹簧的弹力的合力的大小等于支持力,则有FN==mg,木板AB突然撤离的瞬间,弹簧弹力不突变,所以小球受重力和弹簧的弹力的合力不变,因此小球的加速度大小为a==g,方向垂直木板指向右下方,A、B、C错误,D正确。 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 BC 7.(多选)如图所示,质量均为m的A、B两球之间系着一根不计质量的弹簧,放在光滑的水平面上,A球紧靠竖直墙壁。今用水平力F将B球向左推压弹簧,平衡后,突然将F撤去,在这瞬间(　　) 综合提升练 A.B球的速度为零,加速度为零 B.B球的速度为零,加速度大小为 C.在弹簧第一次恢复原长之后A才离开墙壁 D.在A离开墙壁后,A、B两球均向右做匀速运动 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 解析　撤去F瞬间,弹簧弹力大小仍为F,由牛顿第二定律得B的加速度为aB=,此时B球还没有运动,则B球的速度为零,故A错误,B正确;弹簧恢复原长后由于B的运动弹簧被拉长,对A球产生拉力,从而使A球离开墙壁,故C正确;A离开墙壁后,弹簧不断伸长、收缩,对A、B仍有作用力,即A、B的合力不为零,两球仍做变速直线运动,故D错误。 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 8.如图,质量为m=5 kg的小球穿在斜杆上,斜杆与水平方向的夹角为θ=37°,球恰好能在杆上匀速向下滑动。若球受一大小为F=200 N的水平推力作用,可使小球沿杆向上匀加速滑动(g取10 m/s2,sin 37°=0.6),求: (1)小球与斜杆间的动摩擦因数μ的大小; (2)小球沿杆向上匀加速滑动时的加速度大小。 答案　(1)0.75　(2)2 m/s2 解析　(1)小球匀速向下滑动时,受力分析如图甲所示, 由平衡条件得,平行于杆方向有mgsin θ=Ff1 垂直于杆方向有FN1=mgcos θ 又Ff1=μFN1,联立解得μ=0.75。 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 (2)水平推力F作用后,对小球受力分析,如图乙所示,则 平行于杆方向有Fcos θ-mgsin θ-Ff2=ma 垂直于杆方向有FN2=Fsin θ+mgcos θ 又Ff2=μFN2,联立解得a=2 m/s2。 07 01 02 03 04 05 06 08 目录 课后巩固训练 $