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

该高中物理课件围绕牛顿第二定律展开，通过赛车情景提问导入，结合“加速度与力、质量关系”的探究实验复习，搭建从定性认知到定量推导的学习支架，引导学生逐步理解定律内容与表达式。 其亮点在于以“蚂蚁的困惑”等问题驱动科学思维，通过实验结论推导定律培养科学探究能力，结合“手推车受力分析”等实例总结解题步骤，强化模型建构与科学推理。这有助于学生深化对定律的理解，提升解决动力学问题的能力，也为教师提供结构化教学资源，优化教学流程。

“4.3 牛顿第二定律” 开始 菜单 环节一：情景导入 1.赛车为什么能在短时间内获得比飞机大的速度？ 2.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？通过上节的探究实验，你找到这种定量关系了吗？ 赛车的质量小、动力大，加速度大 复习回顾 实验：探究加速度与力、质量的关系 a ∝ F a ∝ 加速度与力的关系 加速度与质量的关系 关于加速度与力、质量的定量关系，有没有简洁的数学表达呢？ 环节二：牛顿第二定律 1.内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的质量成反比， 加速度的方向跟作用力的方向相同。 F∝ma F=kma 写成等式 k为比例系数，F 为物体所受的合力 a ∝ F a ∝ a ∝ k的值是？ 2.表达式 环节二：牛顿第二定律 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. 使质量是1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N。 1N＝1kg·m/s2 F＝ma 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： 该表达式在具体的使用中有哪些要注意的呢？ 环节二：牛顿第二定律 环节三：牛顿第二定律的理解 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， 你的加速度去哪儿了？ 这里的F是 合力 推力F 静摩擦力f 环节三：牛顿第二定律的理解——性质 3. 矢量性：F=ma是一个矢量式，a与F 的方向总是相同的; 2. 同体性： a 、F、m对应于同一物体; 1.因果性：力是产生加速度的原因，合外力不为零时一定有加速度； 环节三：牛顿第二定律的理解——性质 4. 瞬时性： a与F是瞬时对应关系（含大小和方向），即a与F同时产生， 同时变化，同时消失。加速度与力一样可以突变，而速度是无法突变的; 5.独立性：每个力独立地能使物体产生一个加速度，与物体是否受其他力无关。 环节三：牛顿第二定律的理解——牛顿第一定律和牛顿第二定律的对比(了解） (1)牛顿第一定律指出了力是产生加速度的原因，同时指出一切物体都有惯性。为研究a、F、m的定量关系指明了方向。 (2)有了牛顿第二定律，就能更进一步理解：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。 （3）牛顿第二定律是一个实验定律，定量给出了a、F、m的定量关系。 　 (2024·凉山州高一期末)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.物体的质量与它的合外力成正比，跟它的加速度成反比 C.物体的合外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，合外力也可能很大 例1 √ 环节四：牛顿第二定律的初步应用 力 运动 加速度 加速度 牛顿第二定律在解决动力学问题中起到了什么作用？ 由牛顿第二定律的表达式F＝ma知，a＝ ，由受力情况可以确定物体的加速度,牛顿第二定律连接了力和运动,起到了桥梁作用。根据牛顿第二定律,可由物体所受的合力,求出物体的加速度;也可由物体的加速度,求出物体所受的合力。 环节四：牛顿第二定律的初步应用 　平直路面上质量为30 kg的手推车，在受到60 N的水平推力时做加速度为1.5 m/s2的匀加速直线运动。如果撤去推力，车的加速度大小是多少？方向如何？ 例2 G N f f F N G 环节四：牛顿第二定律的初步应用 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 解题总结 环节四：牛顿第二定律的初步应用 【例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，求列车的加速度。 mg T F a 【解析】方法1：合成法 以小球为研究对象，其受力如图. 则F=mgtanθ 由牛顿第二定律得：F=ma a＝gtan θ 方向水平向右 环节四：牛顿第二定律的初步应用 【解析】方法2：正交分解法 在竖直方向有 T cos θ ＝ mg ① 在水平方向有 T 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T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 T Fx a Fy 　如图所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向的夹角θ＝37°，小球和车厢相对静止，小球的质量为1 kg (sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2)。求： (1)车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况； 例3 答案　7.5 m/s2，方向向右　车厢做向右的匀加速直线运动或向左的匀减速直线运动 (2)悬线对小球的拉力大小。 答案　12.5 N 　一个质量为20 kg的物体，从足够长的固定斜面的顶端由静止匀加速滑下，物体与斜面间的动摩擦因数为0.2，斜面的倾角为37°(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。 (1)求物体沿斜面下滑过程中的加速度。 例4 答案　4.4 m/s2，方向沿斜面向下 (2)给物体一个初速度，使之沿斜面上滑， 求上滑过程的加速度。 答案　7.6 m/s2，方向沿斜面向下 环节四：牛顿第二定律的初步应用 解题总结 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(不分解加速度分解力)， 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 环节四：牛顿第二定律的初步应用 2.分析受力情况 画受力分析图 求合 外力 求a 4.运动情况的分析 选择合适的运动学表达式 求x、t、v…… 3.根据牛顿第二定律 F合 ＝ma 列方程求解a 桥梁： 加速度a 1.选择研究对象 解题步骤 环节五：课堂小结 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。 表达式：F合=ma 内含：矢量性、瞬时性、因果性、独立性 2.利用牛顿定律解题步骤： (1)确定研究对象是哪个物体； (2)对这个物体进行受力分析； (3)建立直角坐标系、规定正方向、求合力F合； (4)根据牛顿第二定律列方程，注意统一单位，解题的规范化。 课时对点练 考点一　牛顿第二定律的理解 1.(多选)(2023·遂宁市高一月考)下列对牛顿第二定律的表达式F＝ma及其变形公式的理解，正确的是 A.由F＝ma可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成正比 B.由m＝可知，物体的质量与其所受的合力成正比，与其运动的加速度成反比 C.由a＝可知，物体的加速度与其所受合力成正比，与其质量成反比 D.由m＝可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合力求出 基础对点练 √ √ 2.(多选)关于牛顿第二定律的数学表达式F＝kma，下列说法正确的是 A.在任何情况下表达式中k都等于1 B.表达式中k的数值由质量、加速度和力的大小决定 C.表达式中k的数值由质量、加速度和力的单位决定 D.物理中定义使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力为1 N √ √ 3.关于牛顿第二定律，下列说法中正确的是 A.物体受到力作用时，运动状态一定改变 B.物体受到力作用时，一定有加速度 C.任何情况下，加速度的方向总与合外力方向相同，但与速度的方向不 　一定相同 D.当物体受到几个力作用时，可把物体的加速度看成是各个力单独作用 　时产生的各个加速度的代数和 √ 考点二　牛顿第二定律的简单应用 4.如图所示，质量为2 kg的物体，在水平拉力F＝10 N作用下向右做匀加速直线运动，已知物体所受到的摩擦力大小为4 N，则物体的加速度大小为 A.2 m/s2 B.3 m/s2 C.5 m/s2 D.7 m/s2 √ 5.水平地面上张师傅用40 N的水平力推动30 kg的物体，获得0.5 m/s2的加速度，则水平地面对物体的摩擦力大小为 A.15 N B.20 N C.25 N D.30 N √ 6.(2024·眉山市高一期末)小明想测量地铁启动或减速过程中的加速度，他把一支圆珠笔绑在一根细绳的下端，细绳的上端用电工胶布临时固定在地铁的竖直扶手上。在地铁启动后的某段过程中，细绳偏离了竖直方向，他用手机拍摄了当时情景的照片(如图甲)，拍摄方向跟地铁前进方向垂直。可简化为如图乙所示的示意图。经过测量图中AB＝30 mm，BC＝6 mm，若g取10 m/s2，估算此时地铁的加速度大小为 A.1.5 m/s2 B.2.0 m/s2 C.2.5 m/s2 D.3.0 m/s2 √ 7.(2024·遂宁市高一阶段练习)如图所示，车厢底板上用弹簧测力计系住一个质量为10 kg的物块，当小车在水平地面上向右做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，当小车由匀速突然向右以加速度a为1.5 m/s2做匀加速直线运动时，这时物块受到摩擦力的大小和方向是 A.2 N，水平向右 B.6 N，水平向左 C.5 N，水平向右 D.8 N，水平向左 √ 8.(2024·达州市高一期末)如图所示，一辆装满石块的货车在平直道路上正以加速度大小a＝5 m/s2刹车。货箱中的石块B的质量m＝1 kg，g取10 m/s2，则此时石块B周围与它接触的物体对石块B作用力的合力为 A.5 N，方向水平向左 B.5 N，方向水平向左 C.5 N，方向指向左上方 D.无法确定 √ 能力综合练 9.如图所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球，重力加速度为g，下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是 A.小车静止时，F＝mgsin θ，方向沿杆向上 B.小车静止时，F＝mgcos θ，方向垂直于杆向上 C.小车向右以加速度a运动时，一定有F＝ D.小车向左以加速度a运动时，F＝，方向斜向左上方 √ 10.质量为40 kg的物体放在水平面上，某人用绳子沿着与水平方向成37°斜向上的方向拉着物体向右前进，绳子的拉力为200 N，已知物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。 (1)求此时物体的加速度； 答案　0.5 m/s2，方向水平向右 (2)若在拉的过程中突然松手，求松手后的运动过程中物体的加速度。 答案　5 m/s2，方向水平向左 11.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，求：(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6) (1)小球与斜杆间的动摩擦因数μ的大小； 答案　0.75 (2)小球沿杆向上匀加速滑动时的加速度大小。 答案　2 m/s2 12.(多选)(2024·资阳市高一期末)如图所示，物体A放在固定的斜面B上，在A上施加一个竖直向下的恒力F，下列说法中正确的有 A.若A原来是静止的，则施加力F后，A仍保持静止 B.若A原来是静止的，则施加力F后，A将加速下滑 C.若A原来是加速下滑的，则施加力F后，A的合外力不变 D.若A原来是加速下滑的，则施加力F后，A的合外力将增大 尖子生选练 √ √ Lavf58.9.100 $