4.3 牛顿第二定律 课件-2026-2027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，通过赛车加速度问题导入，结合上节课“质量一定时a∝F、力一定时a∝1/m”的实验结论，搭建从实验探究到规律总结的学习支架，帮助学生建立力、质量与加速度的定量关系。 其亮点在于以“思考与讨论”（如箱子静止的合力分析、瞬时性辨析）培养科学思维，通过矢量合成法、正交分解法等例题（如小球悬线偏离求加速度、斜拉力下摩擦力与加速度计算）落实科学推理与模型建构，知识小结结构化梳理定律内容、表达式、单位及应用步骤，助力学生深化物理观念，教师可依托此资料提升教学效率与学生应用能力。

4.3 牛顿第二定律 学习目标： 1.知道牛顿第二定律的内容、表达式F=kma的确切含义。 2.知道国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。 3.能根据1N的定义，理解牛顿第二定律的数学表达式 F=kma是如何变成F=ma的，知道单位的产生过程。 4.能应用牛顿第二定律解决简单的动力学问题。 核心素养 1.物理观念：牛顿第二定律。 2.科学思维：能应用牛顿第二定律解决有关动力学 的问题。 2 4.3 牛顿第二定律 3 1.在质量一定时，物体加速度的大小与它受到的 作用力成正比， 即 a∝F。 2.作用力一定时，物体加速度的大小与它的质量 成反比，即 a ∝ 。 上节课实验结论 那么，对于任何物体都是这样的吗？ 4 如果我们多做几次类似的实验，每次实验的点都可以 拟合成直线，而这些直线与坐标轴的交点又都十分接 近原点，那么，实际规律很可能就是这样的。 上节课实验结论 5 一、牛顿第二定律 实际上，科学前辈们通过大量的实验和观察到的 事实，总结出了一般性的规律： 2.牛顿第二定律可以表述为：a ∝ 也可以写成等式：F=kma 其中，k是比例系数。 实际物体所受的力往往不止一个， 表达式中的F指的是物体所受的合力！ 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。 6 3.物理意义： 牛顿第二定律不仅阐述了力、质量和加速度 三者数量间的关系，还明确了加速度的方向 与力的方向一致。 一、牛顿第二定律 7 如图所示，一同学用力拉地面上的箱子，但箱子没动，请思考： （1）根据牛顿第二定律，有力就能产生加速度，但为什么 箱子一直没动呢？ （2）如果箱底光滑，当拉力作用在箱子上的瞬间，箱子是 否立刻获得加速度？是否立刻获得速度呢？ 思考与讨论1 mg Ff FN FT 分析：（1）箱子受重力、支持力、摩擦力、拉力。而这几个力的合力为0，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，所以 不能立刻获得速度。 8 性质 理 解 因果性 力是产生加速度的原因，只要物体所受的合力不为0，物体就具有加速度 矢量性 F=ma是一个矢量式，物体的加速度方向由它受到的合力方向决定，且总与合力的方向相同 瞬时性 加速度a与合力F是瞬时对应关系，同时产生、同时变化、同时消失 同体性 F=ma中F、m、a都是对同一物体而言的 独立性 作用在物体上的每一个力都产生加速度，物体的实际加速度是这些加速度的矢量和 相对性 物体的加速度是相当于惯性参考系而言的，即牛顿第二定律只适用于惯性参考系（宏观、低速） 4.牛顿第二定律的性质 9 如果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 单位呢？ 思考与讨论2 10 表达式F=kma中，k的数值取决于F、m、a 的单位的选取。 1. 比例系数k的意义： 当k=1时，质量为1kg的物体在某个力的作用下获得 1m/s2的加速度，则这个力: F = ma= 1kg·m/s2 二、力的单位 如果把这个力叫做“一个单位”的力的话，力F的 单位就是“千克米每二次方秒”。后人为了纪念伟大 的物理学家牛顿在物理学中做出的突出贡献，于是把 力F的单位称作“牛顿”，用符号N 表示。 11 二、力的单位 2. 国际单位：牛顿，简称 牛 ，符号 N 。 3. 1N的定义：当k=1时，将质量为1kg的物体产生 1m/s2 的加速度的力规定为1N， 亦即是由 F=ma 可得： 1N=1kg.m/s2 F、m、a三个物理量的单位都取国际单位制，即质量 取千克（kg）、加速度取米每二次方秒（m/s2）、力取 牛顿（N）时，k=1，牛顿第二定律可以简化为： F=ma 12 二、力的单位 4.特别注意，在具体应用中： F是合力时，加速度a指的是合加速度， 即物体的加速度； F是某个力时，加速度a指的是该力产生 的加速度，比如： Fx=max Fy=may 13 二、力的单位 5.由牛顿第二定律F= ma可以推出 a= ，可知， 在同样的力的作用下： m 越大，a 越小，物体运动状态越 难 改变； m 越小，a 越大，物体运动状态越 易 改变。 学习了牛顿第二定律，我们就能更进一步理解： 描述物体惯性的物理量是质量的含义了！ 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。 14 三、牛顿第二定律的应用 例题1.如图所示，小车的顶棚上用细绳吊一小球，质量为 m=1kg，车厢底板上放一个质量为M=3kg的木块，当小车 沿水平面匀加速向右运动时，小球悬线偏离竖直方向300， 木块和车厢保持相对静止，重力加速度g取10m/s2，求： （1）小车运动的加速度； （2）木块受到的摩擦力。 m0g FN Ff1 Ff木 F 不知道小车的质量m0 15 合力水平向右：F合 = mgtanθ 由牛顿第二定律：F合 = ma 解得 a = m/s2 由于小球与小车保持相对静止， 所以小车加速度与小球加速度 大小相等，方向水平向右。 FT F合 mg 矢量合成法 例题1.（1）求小车运动的加速度； 解析：对小球受力分析：受重力mg与拉力FT ， 转化研究对象 16 竖直方向：受重力mg与FN，合力为零 水平方向：小车向右运动，木块有向左 滑出去的运动趋势，因此受到水平向右 的静摩擦力 Ff 提供合外力。 由牛顿第二定律：Ff = Ma = N， 方向水平向右。 mg FN Ff 例题1.（2）求木块受到的摩擦力。 对木块受力分析：木块与车厢保持相对静止， 具有相同的加速度。 17 三、牛顿第二定律的应用 例题2. 如图所示，质量为2kg的物体静止放在水平地面上， 已知物体与水平地面间的动摩擦因素为0.2，最大静摩擦力 等于滑动摩擦力，现给物体施加一个与水平面成370角的斜 向上的拉力F=5N，重力加速度g取10m/s2，sin370=0.6， cos370=0.8。求： （1）物体与地面间的摩擦力大小； （2）物体的加速度大小； （3）若经过5s撤去拉力F，物体还能滑行多远？ 18 将拉力 F 正交分解为： F1 = Fcos370 F2 = Fsin370 竖直方向合力为0，有： FN = mg - F2 物体与地面间的摩擦力大小为： Ff=μFN =μ(mg - Fsin370) 解得 Ff = 3.4 N 正交分解法 例题2.（1）求物体与地面间的摩擦力大小； 解析：对物体受力分析如图所示： 19 解析：物体沿水平方向运动，根据受力特点可知， 水平方向的合力为：F合 = F1 一 Ff 由牛顿第二定律： F合 = ma1 解得： a1 = 0.3 m/s2 例题2.（2）求物体的加速度大小； 20 5s末速度为：ν = a1t = 1.5 m/s 设撤去拉力F后加速度大小为 a2， 由 -μmg = ma2，解得 a2 = - 2 m/s2 设还能滑行的距离为x， 由 02 - ν2 = 2a2x 解得 x = 0.5625 m mg X FN’ Ff’ 例题2.（3）若经过5s撤去拉力F，物体还能滑行多远？ 解析：撤去拉力F后，物体只受mg、FN’、Ff’ 竖直方向合力为零，FN’= mg 水平方向摩擦力提供物体所受的 合外力而减速直到停下来。 21 （1）确定研究对象； （2）分析物体的受力情况和运动情况，画出 研究对象的受力分析图和运动状态图； （3）应用力的合成法或者分解法，找出合力。 （4）选取正方向，根据牛顿运动定律和运动 学规律，列出方程， 解方程。 归纳：牛顿第二定律解题的一般步骤 22 思考与讨论3 在地面上，质量可以用天平来测量，但是在太空中， 物体完全失重，是无法用天平测量质量的。那么， 如果我们身处太空中，怎么测量一个物体的质量呢？ 请阅读教材P98页的“科学漫步” 如果给物体施加一个已知的力，并测得物体在这个力作用下的 加速度，由牛顿第二定律F=ma，就可以求出物体的质量了。这就是动力学测量质量的方法。 质量测量仪 23 思考与讨论4：两个加速度公式的区别 是定义式，不能说成比例关系，与运动学相关。 该式计算得到的是平均加速度，在匀变速中是 相等的。 是决定式，可以说成比例关系，与受力相关。 受力是原因，产生加速度是结果。该式计算 得到的是瞬时加速度。受力变化，加速度随 之变化。 我们可以通过 求加速度，也可以用 求加速度，这两个表达式有何不同呢？ 24 课后思考1 除了运用牛顿第二定律，你还能设计出 一种在太空失重环境下测量物体质量的 方法吗？ 25 课后思考2 质量不同的物体，所受的重力不一样，它们自由下落时的加速度却是一样的，怎么解释呢？ 26 知识小结——本节课的收获 牛顿第二定律 对F=ma的理解 内容 表达式 应用 解题 步骤 力的 单位 F=ma 牛顿（N) 矢量合成法 正交分解法 定、析、列、解 方向性 同一性 瞬时性 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 27 课后作业 根据本节课所学内容，完成教材P98页习题： 1.基础题：2、3 2.中等题：4、5 3.提升题：6 完成本节“作业设计单”的习题 28 $