4.3 牛顿第二定律 课件-2026-2027学年高一上学期物理粤教版必修第一册

该高中物理课件聚焦牛顿第二定律，通过足球与铅球受力运动差异的情境导入，衔接牛顿第一定律，以数字化实验分析、公式推导及典例解析为学习支架，帮助学生构建力与运动关系的认知脉络。 其亮点在于融合科学探究（如速度—时间图像实验数据分析）与科学思维（整体法、正交分解法等解题方法），结合生活情境（服务员托举菜盘）和高考真题，通过知识导图与变式题强化理解。学生能提升问题分析能力，教师可获得系统教学资源，优化教学效果。

第四章 牛顿运动定律 第三节 牛顿第二定律 1 图解课标要点 1.能准确表述牛顿第二 定律，并理解牛顿第二 定律的概念及含义. 2.能运用牛顿第二定律 解释生产、生活中的有 关现象，解决有关问题. 3.初步体会牛顿第二定 律在认识自然过程中的 有效性和价值. 2 放在地上的足球和铅球，用同样大小的力轻轻一踢，足球就飞出去了，而铅球 却慢慢滚出去，这说明相同的力作用在不同物体上，产生的加速度不同，相同时间 内物体获得的速度不同.为什么质量较小的足球获得的速度大呢？如何让质量较大的 铅球获得的速度大些呢？本节将告诉你答案. 3 必备知识解读 知识点1 数字化实验的过程及结果分析 1 速度—时间图像 通过位移传感器，记录滑块运行过程中位移随时间的变化情况，然后由计算机 算出各点的速度大小，并作出速度—时间图像. （1）保持滑块的质量不变，改变拉力 ，可得到滑块的速度随时间变化的关 系图像，即速度—时间图像.（教材第109页图4-3-2） （2）保持拉力不变，改变滑块的质量 ，可得到滑块的速度随时间变化的关 系图像，即速度—时间图像.（教材第109页图4-3-3） 4 2 数据分析 由于存在实验误差，速度—时间图像中描出的线并不是严格的直线，但在实验 误差允许的情况下，我们可以经过软件拟合成一条直线，故可以求出加速度. 由实验数据知，（质量一定时）； （合外力一 定时）. 结论：质量不变时，；合外力不变时， . 5 学思用·典例详解 例1-1 甲、乙两辆实验小车，甲车的加速度大小为 ，乙车的加速度大小为 ,若两车所受合外力相等，则甲车的质量是乙车的几倍？若两车加速度不变， 但质量相同，则甲、乙两车所受合外力之比为多少？ 【答案】3倍; 【解析】在相同的力作用下，，故 ,即甲车质量是乙车质量的3倍. 若两车加速度不变，质量相同,由可知 ,即甲、乙两车所受合外 力之比为 . 点评 知道在不同条件下，加速度与质量及合外力的关系，即可求解. 6 知识点2 牛顿第二定律 1 内容 物体的加速度与物体所受到的作用力成正比，与物体的质量成反比，加速度的 方向与作用力的方向相同. 2 表达式 （1）比例式：或 . （2）等式：或.国际上规定，使质量为的物体获得 的加速度的力为,即.如果取力的单位为，质量的单位为 ,加 速度的单位为，则比例系数 ，简化后，得到牛顿第二定律的数学表达式为 . . . . . 7 拓展延伸 物理公式中比例系数的确定方法 1.如果式中各物理量的单位已经确定，则需要通过实验手段来测定比例系数， 如动摩擦因数、弹簧的劲度系数等的确定. 2.如果式中有尚未规定单位的物理量，则可人为规定比例系数的数值 一般使公式最简化，例如令 ，规定比例系数的数值后再规定出特定的单位， 如牛顿第二定律、欧姆定律中比例系数的取值. 8 3 物理意义 （1）牛顿第二定律的表达式为 ，等式左边是物体受到的合外力，右边 反映了质量为的物体在这个力作用下的效果是产生加速度 ，它突出了力不是维持 物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，即力是使物体产生加速度的原因. （2）牛顿第二定律建立了物体的加速度与力及质量之间的定量关系，从而把运 动和力结合起来，建立了力和运动之间的桥梁，知道物体的运动规律可以研究物体 的受力情况，知道物体的受力情况可以预测物体的运动情况. . . 9 学思用·典例详解 例2-2 （多选）下列对牛顿第二定律的表达式 及其变形公式的理解，正确的 是( ) ACD A.由 可知，加速度的方向与合力的方向相同 B.由 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 可知，物体的加速度与其所受的合力成正比，与其质量成反比 D.由 可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力而求出 点拨 解答本题时应把握以下两点： （1）物体的加速度决定于物体所受的合力和物体的质量. （2）物体的质量决定于物体本身. 10 【解析】由 知，加速度的方向与合力的方向相同，A正确；物体的质量由物 体本身决定，与物体的受力情况和加速度无关，B错误；由 可知，物体的加速 度与其所受的合力成正比，与其质量成反比，C正确；牛顿第二定律的表达式 表明了物体质量、加速度和所受的力之间的关系，故已知其中两个量可以求 第三个量,D正确. 11 知识点3 对牛顿第二定律的理解 1 理解牛顿第二定律的基本特性 因果性 只要物体所受合力不为0（无论合力多么小），物体就获得加速度，即力 是产生加速度的原因. 矢量性 物体的加速度的方向与物体所受合力的方向总是相同的，加速度的方向 由合力的方向决定. 瞬时性 物体的加速度与物体所受合力总是同时存在、同时变化、同时消失的， 所以牛顿第二定律反映的是力的瞬时作用效果. 同体性 、、 三者对应同一个物体. 12 独立性 作用在物体上的每个力都将独立产生各自的加速度，且遵循牛顿第二定 律，物体的实际加速度为每个力产生的加速度的矢量和.分力和加速度在 各个分力方向上的分量也遵循牛顿第二定律，即， . 相对性 牛顿第二定律是对相对地面静止或做匀速直线运动的参考系（惯性参考 系）而言的，对相对地面做变速运动的参考系不适用. 统一性 为使，、、 三者必须统一使用国际单位制中的单位. 局限性 牛顿第二定律只能解决惯性参考系中宏观物体的低速运动问题 （对高速运动问题及微观粒子不适用.）. 续表 . . 13 2 理解牛顿第二定律确定的力和运动的关系 （1）合力与加速度的关系 【注意】加速度是联系力和运动的桥梁，速度是联系各物理过程的桥梁. （2）直线运动中加速度与速度的关系 14 （3）力与运动的关系 15 学思用·典例详解 【想一想丨问题质疑】 如图4-3-1所示，质量为的物体，在力的作用下，沿粗糙水平桌面向右以加速度 做匀加速运动，你能确定桌面对物体的支持力和摩擦力分别使物体产生的加速度吗？ 图4-3-1 提示 大小为，方向竖直向上；大小为 ,方向水平向左. 16 例3-3 （多选）关于速度、加速度、合力的关系，下列说法正确的是( ) ABC A.原来静止在光滑水平面上的物体，受到水平推力的瞬间，立刻获得加速度 B.加速度的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 C.在初速度为0的匀加速直线运动中，速度、加速度与合力的方向总是一致的 D.合力变小，物体的速度一定变小 【解析】由牛顿第二定律可知选项A、B正确；初速度为0的匀加速直线运动中， 、 、 三者的方向相同，选项C正确；合力变小，加速度变小，但速度是变大还是变 小取决于加速度与速度的方向关系，选项D错误. 17 【学会了吗丨变式题】 1.质量为的物块在轻绳的拉动下，沿倾角为 、足够长的固定斜面由静止开始 向上做匀加速直线运动，轻绳与斜面平行.在内，物块运动了 .已知物块与 斜面间的动摩擦因数为，重力加速度取 .则轻绳对物块的拉力大小为( ) B A. B. C. D. 【解析】物块的加速度 ，对物块受力分析，根据牛顿 第二定律有，代入数据解得 ，故A、C、 D错误，B正确. 18 知识点4 应用牛顿第二定律解题的步骤和方法 1 应用牛顿第二定律解题的一般步骤 19 2 应用牛顿第二定律解题的常用方法 （1）整体法与隔离法 ①当两个或两个以上物体具有相同的加速度时，可以把它们整体作为研究对象， 分析整体的受力情况和加速度. ②若要求整体中某个物体的加速度，可以把这个物体隔离出来单独分析其受力情况. . . 20 【示例】如图4-3-2所示，两个物块叠放在一起，在外力 作用下，两物块一起 在光滑水平面上做匀加速直线运动. 【注意】整体法和隔离法是相辅相成的，通常情况下先整体法后隔离法. 21 （2）正交分解法 正交分解法是把一个矢量分解在两个互相垂直的坐标轴上的方法，是一种常用 的矢量运算方法，其实质是将复杂的矢量运算转化为简单的代数运算，方便解题， 它是解牛顿运动定律相关题目最基本的方法.物体在受到三个以上的不在同一直线上 的力作用时,一般用正交分解法. 可表示为: . . 22 为减少矢量的分解，建立坐标系时有以下两种方法. ①分解力而不分解加速度 通常以加速度（合加速度）的方向为轴的正方向，以垂直于的方向为 轴方 向建立直角坐标系，将物体所受的各个力分解到轴和轴上，分别得到轴和 轴上 的合力和 .根据力的独立作用原理知，各个方向上的力分别产生各自的加速度， 可得， . ②分解加速度而不分解力 若物体受几个相互垂直的力的作用，应用牛顿第二定律求解时，若分解的力太 多，就会比较烦琐，所以在建立直角坐标系时，可根据物体的受力情况，使相互垂 直的力分别位于两坐标轴上而分解加速度，根据牛顿第二定律得 ， . . . . . . . . . . . 23 深度理解 对正交分解法的理解 1.正交分解法是常用的矢量运算方法，其实质是将复杂的矢量运算转化为简单 的代数运算. 2.建立坐标系时坐标轴正方向并不一定沿加速度方向，应以解题方便为原则.在 建立直角坐标系时，不管选取哪个方向为正方向，最后得到的结果都是一样的. 24 学思用·典例详解 图4-3-3 例4-4 如图4-3-3所示，一辆车在平直公路上行驶，车内用轻绳 与轻绳拴住一个小球，绳水平，绳与竖直方向夹角 为 ，小球质量为，小球在车中位置始终未变取 ， ， .求： （1）车匀速行驶时小球对绳 的拉力大小； 【答案】 图4-3-4 【解析】取小球为研究对象，其受力分析如图4-3-4所示.因为车匀速 行驶，所以小球所受合力为零，则，故小球对绳 的拉力大小也为 . 25 （2）当绳拉力为零时车的加速度 的大小. 【答案】 【解析】小球与车的加速度相同.当绳 拉力为零时，小球的受力分析如图4-3-5所 示.有,则 . 图4-3-5 26 【学会了吗丨变式题】 2.如图4-3-6所示，细线的一端系一个质量为的小球，另一端固定在倾角为 的光 滑斜面体顶端，细线与斜面平行.在斜面体以加速度 水平向右做匀加速直线 运动的过程中，小球始终静止在斜面上，小球受到细线的拉力和斜面的支持力 分别为重力加速度为 ( ) A A. B. C. D. 图4-3-6 27 【解析】选取小球为研究对象，如图甲所示，小球受重力、拉力和支持力 三 个力作用，将加速度 沿斜面和垂直于斜面两个方向分解，如图乙所示．由牛顿第二 定律得①, ②,由①式得 ，由②式得 ,故选项A正确． 28 关键能力构建 题型1 运动和力的关系的分析 例5 [易错题] 如图4-3-7所示，一根轻弹簧上端悬挂在小车顶部，下端和一条与竖直 方向成 角的轻绳共同拴接一小球，此时小车和小球相对静止，一起在水平面上运 动，弹簧竖直，下列说法正确的是( ) C 图4-3-7 A.若轻绳拉力为零，则小车一定向右做匀速直线运动 B.若小车做匀变速直线运动，则小车一定向右加速运动 C.若小车做匀变速直线运动，则小车的加速度一定向右 D.无论小车做何种运动，弹簧一定处于伸长状态 29 【解析】 轻绳拉力为零 30 小车做匀变速直线运动 31 易混易错 本题容易忽略速度方向的不确定性，误认为加速度向右，小车就一定向右 加速，从而错选B. 32 分析运动和力的关系的要点 1.由牛顿第二定律可知合力与加速度有瞬时对应关系，合力与加速度可以同时发生 突变，但速度不能突变. 2.分析物体加速度的变化应从合力入手，合力增大，加速度增大，但速度不一定增大. 3.讨论速度的变化时，应从速度和加速度的方向关系入手. 33 【学会了吗丨变式题】 3.新 生活实际 如图4-3-8所示，餐厅服务员水平托举菜盘给顾客上菜.若服务员托举 菜盘先匀速前行，此时手对菜盘的作用力大小为 ；服务员快到餐桌前变为减速向 前运动，此时手对菜盘的作用力大小为 ，下列说法正确的是( ) B A. B. C. D. 【解析】服务员托举菜盘先匀速前行，此时手对菜盘的作用力大小 ，服务 员快到餐桌前变为减速向前运动，的竖直分力等于 ,则手对菜盘的作用力大小 ，即 ，故选B. 图4-3-8 34 题型2 牛顿第二定律与图像的综合应用问题 例6 （多选）粗糙的水平地面上,一物体在水平拉力作用下做直线运动，水平拉力 及物体的运动速度 随时间变化的图像分别如图4-3-9、图4-3-10所示.取重力加速度 .则( ) AC A.前内物体运动的加速度大小为 B.前内物体运动的位移大小为 C.物体与地面间的动摩擦因数 D.物体的质量为 35 思路点拨 解答本题时应注意以下三点： （1）根据图像将物体的运动过程及受力过程进行分段分析； （2）弄清每一段的受力特点和运动特点； （3）分析物体是否还受其他力的作用. 36 【解析】由图像可知，物体在前内做匀加速直线运动，前 内物体运动的加 速度大小，故A正确.前 内物体运动的位移大小 ，故B错误.物体受力如图4-3-11所 示.对于前，由牛顿第二定律得，其中, 后物体做匀速直 线运动，由平衡条件得,由图像知，,解得 ， ,故C正确，D错误. 图4-3-11 37 分析求解与图像综合的动力学问题的要点 1.理解图像的物理意义 （1）看坐标轴：看清横、纵轴所表示的物理量，明确因变量与自变量间的制约关系. （2）看图线：识别两个相关量的变化趋势，从而分析具体的物理过程. （3）看交点：分清两相关量的变化范围及给定的相关条件.明确图线与坐标轴的交 点、图线斜率、图线与坐标轴所围成的面积的物理意义. 2.应用物理规律列出与图像对应的函数方程式，进而明确“图像与公式”“图像与过程” 间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断. 38 【学会了吗丨变式题】 4.质量为的物体在水平推力的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去 ， 其运动的图像如图4-3-12 所示.取 .求： 图4-3-12 39 （1）物体与水平面间的动摩擦因数 ； 【答案】0.2 【解析】由图像知物体做匀减速直线运动的时间为，初速度为 ， 末速度为 ，则加速度为 ① 根据牛顿第二定律得 ② 又 ③ 联立①②③得 . ④ 40 （2）水平推力 的大小； 【答案】 【解析】由图像知物体做匀加速直线运动的时间为，初速度为 ， 末速度为 ，则加速度为 ⑤ 根据牛顿第二定律得 ⑥ 联立③④⑤⑥得 . 41 （3） 内物体位移的大小. 【答案】 【解析】 由匀变速直线运动的位移公式得 . 根据 图像与坐标轴围成的面积表示位移得 . 42 题型3 隔离法和整体法的应用 例7 如图4-3-13所示，在粗糙水平面上依次并排紧靠着三个木块1、2、3，已知木块1、 2、3的质量分别为、、 ，每个木块与水平面间的动摩擦因数均相同.现用一 水平向右的恒力 推木块，使三个木块一起向右做匀加速直线运动，则木块1对木块2 的作用力与木块2对木块3的作用力的大小之比为( ) 图4-3-13 B A. B. C. D. 43 建构导图明思路 44 【解析】将三个木块1、2、3看作整体，由牛顿第二定律得 ，解得 ，将木块2、3整体隔离出来，由牛顿第二定律得 ，解得.隔离木块3，由牛顿第二定律得 ， 解得，则有 ，选项B正确. 45 灵活运用整体法和隔离法求解问题 在分析问题时经常会碰到两个（或两个以上）物体组成的整体，当整体具有相同的 加速度时，经常将整体作为研究对象，分析其所受外力及运动状态.需要求解整体中 某个物体的受力情况时，又可以把这个物体隔离出来，单独分析其受力及运动情况. 因此整体法和隔离法是相辅相成的，通常情况下先“整体”再“隔离”，我们应通过训 练掌握整体法和隔离法的应用，切实提高分析问题和解决问题的能力. 46 【学会了吗丨变式题】 5.如图4-3-14所示，固定在水平面上的斜面倾角为 ，长方体木块的质量为 ，其 面上钉着一枚小钉子，质量为的小球通过一细线与小钉子相连接，小球 与 面接触，且细线与面平行，木块与斜面间的动摩擦因数为 .下列说法正确的 是( ) D 图4-3-14 A.若木块匀速下滑，则木块对小球的支持力大小为零 B.若木块匀速下滑，则木块对小球的支持力大小为 C.若木块匀加速下滑，则木块对小球的支持力大小为零 D.若木块匀加速下滑，则木块对小球的支持力大小为 47 【解析】因为小球与 面接触，所以它们的加速度始终相同.若木块匀速下滑，小 球 与木块都处于平衡状态，对小球受力分析，根据平衡条件可得，木块对小球的支 持力大小为 ，选项A、B错误.若木块匀加速下滑，先运用整体法，把小球 与木块看作一个系统，对其受力分析并运用牛顿第二定律可得，系统的加速度方向 平行斜面向下，大小为 .再运用隔离法，选取小球为研究对象， 其受到重力、垂直于斜面的拉力和沿斜面向上的支持力 的作用，根据牛顿第 二定律有，将 代入并化简可得 ，可见，选项C错误，D正确. 48 核心素养聚焦 考情揭秘 素养点击 基本考查点 牛顿第二定律的理解及应用. 1.理解牛顿第二定律的含义. 2.运用牛顿第二定律求解实 际问题. 3.体会牛顿第二定律在认识 自然过程中的重要性. 热点及难点 应用牛顿第二定律分析求解力和运 动问题. 题型及难度 选择题或与其他知识综合的计算 题，难度中等. 高考中地位 考查热点，考法灵活，是动力学的 基础和核心. 49 考向1 考查牛顿第二定律的简单应用 图4-3-15 例8 (2024·贵州卷)某研究人员将一铁质小圆盘放入聚苯乙烯 颗粒介质中，在下落的某段时间内，小圆盘仅受重力 和颗 粒介质对其向上的作用力 .用高速相机记录小圆盘在不同时 刻的位置，相邻位置的时间间隔相等，如图4-3-15所示，则 该段时间内下列说法可能正确的是( ) C A.一直大于 B.一直小于 C.先小于，后大于 D.先大于，后小于 50 本题以小圆盘在颗粒介质中的运动为素材，创设了科学探究问题情境，主要考查牛 顿第二定律等知识点，重点考查理解能力和推理论证能力. 信息提取析题意 关键表述及图像信息 物理量及其关系 小圆盘仅受重力 和颗粒介质对其向上 的作用力 向上的作用力 的大小与重力大小的关系 决定小圆盘的运动规律. 相邻位置的时间间隔相等 类似打点计时器原理，相邻小圆盘的间距 反映了小圆盘的运动快慢. 相邻小圆盘的间距先增大后减小 小圆盘的速度先增大后减小. 51 【解析】 52 考向2 考查整体法和隔离法的应用 图4-3-16 例9 (2024·北京卷)如图4-3-16所示，飞船与空间站对接后，在 推力作用下一起向前运动.飞船和空间站的质量分别为和 ， 则飞船和空间站之间的作用力大小为( ) A A. B. C. D. 53 命题探源 本题与人教版教材第四章“复习与提高”A组第4题用动力学方法测空间 站质量的方法情境高度类似，体现了高考长期坚持的“源于教材、高于 教材”的命题思路. 素养探源 核心素养 考查途径 科学思维 考查受力分析、牛顿第二定律以及整体法与隔离法等，要 求考生能够灵活选择研究对象并进行分析. 54 【解析】 55 考向3 考查牛顿第二定律与图像结合的问题 例10 (2024·广东卷)如图4-3-17所示，轻质弹簧竖直放置，下端固定.木块从弹簧正上 方高度处由静止释放.以木块释放点为原点，取竖直向下为正方向.木块的位移为 , 所受合外力为，运动时间为 .忽略空气阻力，弹簧在弹性限度内.关于木块从释放到 第一次回到原点的过程中.其图像或 图像可能正确的是( ) B 图4-3-17 A. B. C. D. 56 本题以弹簧和木块为素材，创设了分析图像问题的学习探索问题情境，主要考查牛 顿第二定律、运动图像等知识点，重点考查推理论证能力. 57 【解析】 图像的斜率表示速度,当 ,即重力和弹簧弹力相等时，木块速度最大，通过 A、B选项的分析可知，木块速度最大时 ,C、D项错误. 58 【类题链接丨变式题】 图4-3-18 类题 (2025· 陕晋青宁卷)某智能物流系统中，质量为 的分拣机器人沿水平直线轨道运动，受到的合力沿 轨道方向，合力随时间 的变化如图4-3-18所示，则下 列选项图可能正确的是( ) A A. B. C. D. 【解析】根据牛顿第二定律和题给 图像可知，分拣机 器人的图像如图所示.可知机器人在和 内 加速度大小均为，方向相反，由 图线的斜率表 示加速度可知A正确. 59 新考法 空间思维 考法解读 三维空间中的力与运动问题，侧重考查考生的三维空间受力分析、正交分 解以及力与运动关系推导的能力，在选择题、计算题中均有考查.解题的关键是运用 “降维法”，将三维空间问题转化为熟悉的二维平面问题进行分析求解. 60 例11 (2025·山东卷)工人在河堤的硬质坡面上固定一垂直坡面的挡板，向坡底运送长 方体建筑材料.如图4-3-30所示，坡面与水平面夹角为 ，交线为，坡面内 与 垂直，挡板平面与坡面的交线为， .若建筑材料与坡面、挡板间的 动摩擦因数均为 ，重力加速度大小为,则建筑材料沿 向下匀加速滑行的加速度 大小为( ) B 图4-3-30 A. B. C. D. 61 考法创新 本题以工人在河堤上运送长方体建筑材料为背景创设生活实践问题情境， 主要考查考生受力分析、 力的分解、牛顿第二定律等基本知识的理解和应用，创新之处在于建筑材料有两个 面受到摩擦力作用，分析过程涉及三维空间，对考生的空间想象能力要求较高. 【解析】 （降维法） 62 （极限法） （选择题巧解） 当 等于 或 时，建筑材料无动力滑行的加速度均为 ，代入选项检验可知， 只有B项符合条件. 63 $