4.3 牛顿第二定律 课件-2026-2027学年高一上学期人教版物理必修第一册

该高中物理课件围绕牛顿第二定律展开，系统涵盖定律内容、表达式、力的单位定义及应用，通过学习目标衔接牛顿第一定律，以探究新知、正误辨析为支架，帮助学生构建从规律到应用的知识脉络。 其亮点在于结合科学思维与科学探究，通过汽车刹车安全带作用力分析等情境探究，及轻绳与弹簧瞬时模型建构，辅以典例研习中的正交分解法总结，助力学生形成正确物理观念，提升解题能力，教师可借助检测题高效评估教学效果。

3　牛顿第二定律 [定位·学习目标]　 1.通过对牛顿第二定律的学习,掌握牛顿第二定律,并体会由科学探究到得出定律的研究方法。2.通过对力的国际单位“牛顿”定义的学习,掌握公式F=ma成立的条件,形成正确的物理观念。3.通过对解决实际问题的分析,了解物理的应用价值,掌握牛顿第二定律及应用牛顿第二定律解题的步骤的科学思维。 探究·必备知识 知识点一　牛顿第二定律 「探究新知」 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= ,式中k是比例系数,F是物体所受的 。 正比 反比 相同 kma 合力 (1)牛顿第二定律既明确了力、质量、加速度三者的数量关系,也明确了加速度与力的方向关系。(　 　) (2)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。(　 　) (3)加速度的方向决定了物体所受合力的方向。(　 　) (4)任何情况下,物体的加速度的方向始终与它所受的合力的方向一致。 (　 　) 正误辨析 √ × × √ 知识点二　力的单位 「探究新知」 1.国际单位: ,符号为 。 2.“牛顿”的定义:使质量为1 kg的物体产生 的加速度的力,称为1 N,即1 N= 。  3.比例系数k的含义:F=kma中k的数值取决于F、m、a的单位的选取,三个量都取国际单位,即三个量分别取 、 、 作单位时,系数k= ,牛顿第二定律可以表述为F= 。 牛顿 N 1 m/s2 1 kg·m/s2 N kg m/s2 1 ma 4.对惯性的进一步理解:在确定的 下,决定物体运动状态变化难易程度的因素是物体的 。 作用力 质量 正误辨析 (1)使质量是1 g的物体产生1 cm/s2的加速度的力叫作1 N。(　 　) (2)公式F=ma中,各量的单位可以任意选取。(　 　) (3)牛顿第二定律表达式F=kma中的系数k总等于1。(　 　) (4)两单位N/kg和m/s2是等价的。(　 　) × × × √ 突破·关键能力 要点一　对牛顿第二定律的理解 探究:哪一种说法是正确的?为什么? 【答案】 乙同学的说法正确,物体的加速度大小是由物体所受的合力的大小和物体的质量共同决定的,与速度变化量及所用的时间无关。 1.对牛顿第二定律的理解 「要点归纳」 (3)公式F=ma,单位要统一:表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。 (4)公式F=ma中,若F是合力,加速度a为物体的实际加速度;若F是某一个分力,加速度a为该分力产生的分加速度,物体的实际加速度可认为是每个分力产生的分加速度的合加速度。 2.牛顿第二定律的性质 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的合力方向决定,且总与合力的方向相同 瞬时性 加速度与合力是瞬时对应关系,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 [例1] （多选）（2025秋·长治期末）关于牛顿第二定律，下列说法正确的是( 　 　) [A] 根据公式可知，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] 在公式中，的数值取决于、、的单位的选取 [D] 牛顿第二定律在时可以推导出牛顿第一定律 「典例研习」 BC 【解析】 A．根据公式加速度与合外力成正比，而非合外力与加速度成正比，故A错误； B．合外力不为零时，物体必然产生加速度，但速度可能为零（如物体从静止开始加速的瞬间），故B正确； C．公式中，的数值由、、的单位决定。例如，国际单位制中，其他单位制中可能不同，故C正确； D．牛顿第一定律定义了惯性参考系，是牛顿第二定律成立的前提，牛顿第二定律在时得出，但无法推导出第一定律，故D错误。 故选：。 ·规律方法· 关于对牛顿第二定律理解的三大误区 (1)认为先有力,后有加速度:物体的加速度和力是同时产生的,不分先后,但有因果性。力是产生加速度的原因,没有力就没有加速度。 ·规律方法· (3)认为作用力F与m和a都成正比:不能由 F=ma得出F∝m,F∝a的结论,物体所受合力的大小是由物体的受力情况决定的,与物体的质量和加速度无关。 要点二　牛顿第二定律的简单应用 「情境探究」 行车时驾驶员及乘客必须系好安全带,以防止紧急刹车时造成意外伤害。 探究:(1)汽车突然刹车,要在很短时间内停下来,会产生很大的加速度,这时如何知道安全带对人的作用力大小呢? (2)汽车启动时,安全带对驾驶员产生作用力吗? 【答案】 (2)汽车启动时,有向前的加速度,此时座椅的后背对驾驶员产生向前的作用力,安全带不会对驾驶员产生作用力。 「要点归纳」 1.应用牛顿第二定律的一般步骤 (1)确定研究对象。 (2)进行受力分析和运动情况分析,作出受力分析图和运动的示意图。 (3)求合力F或加速度a。 (4)根据F=ma及运动学相关知识列方程求解。 2.求合力列方程的两种方法 (1)矢量合成法:若物体只受两个力作用时,应用平行四边形定则求这两个力的合力的大小,再应用牛顿第二定律求加速度的大小,物体所受合力的方向即为加速度的方向。 (2)正交分解法:当物体受多个力作用时,常用正交分解法求物体所受的合力,再应用牛顿第二定律求加速度。为减少矢量的分解以简化运算,建立坐标系时,可有如下两个角度。 [例2] 如图所示,水平地面上有一辆小车,小车上表面是倾角为37°的光滑斜面,用劲度系数k=500 N/m 的弹簧连接一质量m=2 kg的物体。物体与小车保持相对静止,一起向右做匀变速直线运动,g取10 m/s2,取sin 37°=0.6,cos 37°= 0.8。 「典例研习」 (1)若弹簧保持原长,求小车对物体的支持力大小; 【答案】 (1)25 N 【解析】 (1)弹簧保持原长,弹力为零,物体受到重力和支持力。物体沿水平方向运动,加速度水平向左,合力水平向左,受力如图甲所示。 (2)若物体对斜面恰好无压力,求小车加速度a2的大小和方向; 【答案】 (2)13.3 m/s2,水平向右 (3)若小车以5 m/s2的加速度向右加速运动,求弹簧的伸长量x。 【答案】 (3)0.04 m 【解析】 (3)因为a=5 m/s2<13.3 m/s2, 所以物体受重力、支持力和拉力,如图丙所示,沿水平方向和竖直方向建立平面直角坐标系进行正交分解, 水平方向有F′cos 37°-FN′sin 37°=ma, 竖直方向有F′sin 37°+FN′cos 37°=mg, 解得F′=20 N,根据胡克定律F′=kx,解得x=0.04 m。 要点三　瞬时加速度问题分析 1.两种模型:加速度与合力具有瞬时对应关系,两者同时产生、同时变化和同时消失,可简化为以下两种模型。 「要点归纳」 2.轻绳、轻杆、轻弹簧、橡皮条的区别 类别 弹力表现形式 弹力方向 弹力能否突变 轻绳 拉力 沿绳收缩方向 能 轻杆 拉力、支持力 不确定 能 轻弹簧 拉力、支持力 沿弹簧轴线指向形变的反方向 不能 橡皮条 拉力 沿橡皮条收缩方向 不能 「典例研习」 [例3] 如图所示,一根弹簧一端固定在左侧竖直墙上,另一端连着A小球,同时水平细线一端连着A球,另一端固定在右侧竖直墙上,弹簧与竖直方向的夹角是60°,A、B两小球分别连在另一根竖直弹簧两端。开始时A、B两球都静止不动,A、B两小球的质量相等,重力加速度为g,若不计弹簧质量,在水平细线被剪断瞬间,A、B两球的加速度分别为(　　) D ·规律方法· 解决瞬时性问题的基本思路 (1)分析原状态(给定状态)下物体的受力情况,求出各力大小(若物体处于平衡状态,则利用平衡条件;若处于加速状态,则利用牛顿第二定律)。 (2)分析当状态变化时(剪断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等),哪些力变化,哪些力不变,哪些力消失。 (3)求物体在状态变化后所受的合力,利用牛顿第二定律,求出瞬时加速度。 检测·学习效果 1.(多选)在牛顿第二定律的数学表达式F=kma中,有关比例系数k的说法正确的是(　 　) [A] k的数值由F、m、a的数值决定 [B] k的数值由F、m、a的单位决定 [C] 当m的单位取g时,k不等于1 [D] 在任何情况下k都等于1 BC 【解析】 在F=kma中,只有m的单位取 kg,a的单位取m/s2,F的单位取N时,k才等于1。故选B、C。 2.下列关于牛顿第二定律的说法正确的是(　　) [A] 加速度与合力的关系是瞬时对应关系,即a与F同时产生、同时变化、同时消失 [B] 加速度方向总是与速度方向一致 [C] 同一物体的运动速度变化越大,受到的合力也越大 [D] 物体的质量与它所受的合力成正比,与它的加速度成反比 A 【解析】 加速度与合力的关系是瞬时对应关系,即a与F同时产生,同时变化,同时消失,故A正确;根据牛顿第二定律可知,加速度的方向总是与合力的方向相同,不一定与速度方向相同,故B错误;速度变化大,加速度不一定大,则合力不一定大,故C错误;质量是物体的固有属性,不随合力、加速度的变化而变化,故D错误。 3.(2025·浙江杭州期中)如图所示,质量为m的鱼在水中沿水平方向以加速度a从左向右匀加速游动,则下列关于水给鱼的作用力的说法正确的是(　　) [A] 大小等于零 [B] 大小等于mg,方向竖直向上 [C] 大小等于ma,方向水平向右 [D] 大小大于mg,方向斜向右上方 D 4.(多选)如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,甲、乙、丙三个质量相等的物体分别用轻绳或轻弹簧连接,在沿斜面向上的恒力F作用下三者保持静止,已知重力加速度为g,下列说法正确的是(　 　) [A] 在轻绳被烧断的瞬间,甲的加速度大小为gsin θ [B] 在轻绳被烧断的瞬间,乙的加速度大小为2gsin θ [C] 突然撤去外力F的瞬间,乙的加速度大小为gsin θ [D] 突然撤去外力F的瞬间,丙的加速度大小为0 BD 5.如图所示,质量为1 kg的物体静止在水平面上,现用大小为20 N,与水平方向成37°角斜向下的推力F作用时,沿水平方向做匀加速直线运动。(g取 10 m/s2,取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8) (1)若水平面光滑,求物体加速度的大小; 【答案】 (1)16 m/s2　 【解析】 (1)对物体进行受力分析如图甲所示, 水平方向根据牛顿第二定律得Fcos 37°=ma1, 解得a1=16 m/s2。 (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】 (2)5 m/s2 【解析】 (2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5, 受力分析如图乙所示, 水平方向根据牛顿第二定律得Fcos 37°-Ff=ma2, 竖直方向根据平衡条件可得FN=mg+Fsin 37°, 根据摩擦力的计算公式可得Ff=μFN, 联立解得a2=5 m/s2。 感谢观看 甲同学说:“由a=可知,物体的加速度a与速度的变化量Δv成正比,与时 间Δt成反比。”乙同学说:“由a=可知,物体的加速度a与合力F成正比,与 质量m成反比。” (1)a=是加速度的决定式,该式揭示了加速度的大小取决于物体所受的合力大小及物体的质量,加速度的方向取决于物体所受的合力的方向。 (2)a=是加速度的定义式,但加速度的大小与速度变化量及所用的时间无关。 (2)认为质量与力成正比,与加速度成反比:不能根据m=得出m∝F,m∝的结论,物体的质量m是物体的固有属性,与物体所受的合力和运动的加速度无关。 【答案】 (1)汽车刹车时的加速度可由刹车前的速度及刹车时间并根据公式a=求得,由牛顿第二定律F=ma可求得安全带对人产生的作用力大小。 分解力 通常以加速度a的方向为x轴正方向,建立直角坐标系,将物体所受的各个力分解在x轴和y轴上,分别求x轴和y轴的合力Fx和Fy,列方程 分解 加速度 若物体所受各力都在互相垂直的方向上,但加速度却不在这两个方向上,这时可以在力的方向上建立直角坐标系,只需分解加速度a,求ax和ay,根据牛顿第二定律列方程 根据平行四边形定则将FN与mg合成, 由几何关系得=cos 37°,解得FN=25 N。 【解析】 (2)若物体对斜面恰好无压力,受力如图乙所示。 根据平行四边形定则将mg与弹力F合成, 由几何关系得F合2==mg, 根据牛顿第二定律可得a2==g≈13.3 m/s2,方向水平向右。 [A] aA=aB=g [B] aA=2g,aB=0 [C] aA=g,aB=0 [D] aA=2g,aB=0 【解析】 水平细线被剪断前对A、B进行受力分析如图所示, 设两个小球的质量都为m,以A、B球整体作为研究对象,A处于静止状态受力平衡,由平衡条件得细线拉力FT=2mgtan 60°=2mg,剪断细线瞬间弹簧的弹力没有变化,A球受到的合力与原来细线的拉力大小相等,方向相反,由牛顿第二定律得aA==2g,B球的受力情况不变,则加速度仍为0,故D正确。 【解析】 根据题意可知,鱼所受重力与水给鱼的作用力的合力水平向右, 所以F=>mg,方向斜向右上方。故选D。 【解析】 把甲、乙、丙看成一个整体进行受力分析,根据平衡条件可得F= 3mgsin θ,拉力在轻绳被烧断的瞬间,甲、乙之间的绳子拉力为零,对甲由牛顿第二定律有3mgsin θ-mgsin θ=ma1,解得a1=2gsin θ;对乙,根据牛顿第二定律可得kx+mgsin θ=ma2,对丙,由平衡条件可得kx=mgsin θ,联立解得a2=2gsin θ,故A错误,B正确;突然撤去外力F的瞬间,对甲、乙整体研究有2mgsin θ+kx=2ma3,解得a3=gsin θ,突然撤去外力F的瞬间,乙的加速度大小为gsin θ,丙的受力没有变化,所以加速度等于零,故C错误,D正确。 $