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

第四章　运动和力的关系 3　牛顿第二定律 1 问题式预习 知识点一 牛顿第二定律的表达式 a＝k1F F＝kma 合力 3　牛顿第二定律 2 2．“由F＝kma可知，当F＝0时a＝0，即物体静止或做匀速直线运动，所以牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例。”这种说法正确吗？为什么？ 提示：不正确，因为物体所受合力为0和不受任何外力作用是两种不同的状态。 3　牛顿第二定律 3 [微训练] 根据预习内容判断以下说法的正误。 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．由F＝kma可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比。 ( ) 3．加速度的方向决定了合力的方向。 ( ) √ × × 3　牛顿第二定律 知识点二 力的单位 1．力的单位“牛顿”的定义：使质量为1 kg的物体产生__________的加速度的力叫作1 N，即 1 N＝_______________。 2．当F＝kma中的k＝1时，表达式中F、m、a的单位分别为牛顿、______、米每二次方秒，牛顿第二定律可表达为____________。 1 m/s2 1 kg·m/s2 千克 F＝ma 3　牛顿第二定律 5 [微训练] 根据预习内容判断以下说法的正误。 1．使质量为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，各物理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。 ( ) × × × 3　牛顿第二定律 任务式研习 任务一　对牛顿第二定律的理解 1．根据牛顿第二定律，下列叙述正确的是 (　　) A．物体加速度的大小跟它的质量成反比，跟它的速度变化量成正比 B. 物体所受合力必须达到一定值时，才能使物体产生加速度 C. 当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时，物体在水平方向上的加速度大小与其质量成反比 D. 物体加速度的大小跟它所受作用力中的任一个力的大小都成正比 √ 3　牛顿第二定律 7 C　解析：根据牛顿第二定律可知，物体加速度的大小跟其质量成反比，与速度及速度变化量无关，故A错误；力是产生加速度的原因，只要有力，就能产生加速度，力与加速度是瞬时对应的关系，故B错误；当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时，根据牛顿第二定律F＝ma可知，物体在水平方向上的加速度大小与其质量成反比，故C正确；物体加速度的大小跟物体所受的合力成正比，而不是跟任一个力的大小成正比，故D错误。 3　牛顿第二定律 2．(多选)关于速度、加速度、合力的关系，下列说法正确的是 (　　) A．原来静止在光滑水平面上的物体，受到水平推力的瞬间，物体立刻获得加速度 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 √ √ √ 3　牛顿第二定律 ABC　解析：由牛顿第二定律可知选项A、B正确；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，选项C正确；合力变小时，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。 3　牛顿第二定律 3．一个物理量，一般会有定义式、决定式及它与其他物理量的关系式三个式子，只有决定式才说明这个物理量是由哪些物理量决定及怎样决定的。下列关于决定加速度大小及方向的因素的说法，错误的是 (　　) A. 速度变化量是加速度的决定因素之一 B. 合力的方向决定着加速度的方向 C. 合力大小是决定加速度大小的因素之一 D. 物体的质量也是加速度的决定因素 √ 3　牛顿第二定律 3　牛顿第二定律 关于牛顿第二定律理解的几点提醒 (1)易误认为先有力，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。 (2)牛顿第二定律描述了决定物体加速度的因素：物体的质量和它受到的合力。 3　牛顿第二定律 13 3　牛顿第二定律 14 山东号航空母舰在拖船的帮助下离港的情境如图所示，此过程中，航母会受到来自拖船的多个方向的力的作用。 任务二　牛顿第二定律的简单应用 (1)知道每艘拖船对航母的力，如何求解航母的加速度？ 提示：知道航母受到的每个力，先根据平行四边形定则求出航母受到的合力，再根据牛顿第二定律求航母的加速度。 3　牛顿第二定律 (2)知道航母的加速度和除一艘拖船外其余拖船对航母的力，如何求解这一艘拖船对航母的力？ 提示：知道航母的加速度，先根据牛顿第二定律求出航母所受到的合力，再根据平行四边形定则求出这一艘拖船对航母的力。 3　牛顿第二定律 1. 若在无风环境下从足够高的位置将乒乓球静止释放，乒乓球受到的空气阻力随速度增大而增大且不可忽略。下列关于乒乓球在空中运动的图像可能正确的是 (　　) 　 　　 A　　　　　B　 C　　　　D √ 3　牛顿第二定律 C　解析：以乒乓球为对象，根据牛顿第二定律可得mg－F阻＝ma，由于乒乓球受到的空气阻力随速度增大而增大，可知乒乓球静止释放后做加速度逐渐减小的加速运动，故B错误；由于速度增大，所以x-t图像的切线斜率逐渐增大，故A错误；由于加速度逐渐减小，所以v-t图像的切线斜率逐渐减小，故C正确，D错误。 3　牛顿第二定律 2．如图所示，位于水平地面上的质量为m的木块，在方向与水平面成α角、大小为F的拉力作用下，沿水平地面做匀加速直线运动。若木块与地面间的动摩擦因数为μ，则木块的加速度为 (　　) √ 3　牛顿第二定律 3　牛顿第二定律 3．将一个物体用弹簧测力计竖直悬挂起来后，弹簧测力计的示数如图甲所示(弹簧测力计的测量范围为0～100 N)。之后将该物体放到粗糙的水平面上，当逐渐增大拉力到43 N时，物体刚好运动。如图乙所示，物体运动之后，只用40 N的拉力就能使物体继续向右匀速运动。问：(g取10 m/s2) (1)物体的质量为多少？物体与地面间的最大静摩擦力为多大？ (2)物体与地面间的动摩擦因数为多大？ (3)如果将拉力改为60 N，并且从静止 开始拉物体运动，经过10 s时，物体的 运动速度和位移各为多少？ 3　牛顿第二定律 3　牛顿第二定律 答案：(1)8.0 kg　43 N　(2)0.5　(3)25 m/s　125 m 3　牛顿第二定律 4．如图所示，将质量m＝0.2 kg的小球套在竖直固定的直杆上，小球的直径略大于杆的直径，小球与杆之间的动摩擦因数μ＝0.5。现对小球施加一个斜向上的拉力F，使其以 2 m/s2 的加速度开始沿杆向上运动，拉力F与杆的夹角θ＝53°，g取10 m/s2，sin 53°＝0.8。求F的大小。 3　牛顿第二定律 解析：根据牛顿第二定律可得 F cos θ－mg－Ff＝ma 水平方向对小球受力分析可得 F sin θ＝FN 又Ff＝μFN 联立解得F＝12 N。 答案：12 N 3　牛顿第二定律 1．应用牛顿第二定律解题的一般步骤 (1)确定研究对象； (2)对研究对象进行受力分析及运动状态分析； (3)求出合力(力的合成法，正交分解法)； (4)根据牛顿第二定律F＝ma建立方程并求解。 3　牛顿第二定律 26 2．使用正交分解法的注意事项 (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。做受力分析时，常见的是沿加速度方向和垂直于加速度的方向建立坐标系，分解不在坐标轴上的力。 (2)坐标系的建立并不一定必须沿加速度方向和垂直于加速度的方向，应以解题方便为原则。在建立直角坐标系时，不管选取哪两个方向建立坐标系，最后得到的结果都是一样的。 3　牛顿第二定律 27 任务三　用牛顿第二定律解决瞬时性问题 如图所示，用手向下压弹簧玩偶的头部，玩偶头部处于平衡状态。 若人向下压的力为F，弹簧玩偶的头部质量为m，在人手突然撤离时，会观察到什么现象？若是用手按在轻杆支撑的刚性球上，人手突然撤离时，会观察到什么现象？试解释原因。 3　牛顿第二定律 28 提示：人手按在玩偶上，手突然撤离瞬间，弹簧长度没有发生变化，此瞬间弹力不变，玩偶所受弹力大于重力，玩偶有向上的加速度，因此会观察到玩偶向上弹起；人手按在用轻杆支撑的刚性球上时手突然撤离的瞬间，球所受轻杆的弹力突变，此时弹力等于重力，球依然处于平衡状态。 3　牛顿第二定律 1．常见的两种基本模型 刚性绳模型(细钢丝、细线、轻杆等) 此类形变属于微小形变，其发生和变化过程时间极短，在瞬时问题中，其形变可发生突变，弹力也随之突变 轻弹簧模型(轻弹簧、橡皮条、弹性绳等) 此类形变属于明显形变，其发生和变化需要一段时间，在瞬时问题中，其弹力的大小不变 3　牛顿第二定律 30 2.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(①若物体处于平衡状态，则利用平衡条件；②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、抽走木板、撤去某个力等)，哪些力变化，哪些力不变，哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力，发生在被撤去物接触面上的弹力都立即消失)。 (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。 3　牛顿第二定律 31 1．表达式：根据上一节课的实验可知，m不变时a-F图像为过原点的直线，则可以得出____________；F不变时，a-图像为过原点的直线，同样可得出_______________。综合这两个公式可得a∝，也可以写成等式_______________，这便是牛顿第二定律的表达式，注意公式中F是指______。 a＝k2· A　解析：由加速度的定义式a＝，可知速度变化量Δv不是加速度的决定因素之一，加速度只是在数值上等于单位时间内的速度变化量，故A错误，与题意相符；由加速度的决定式a＝可知，合力的方向决定着加速度的方向，合力大小是决定加速度大小的因素之一，物体的质量也是加速度的决定因素，故B、C、D正确，与题意不符。 (3)不能根据m＝得出m∝F、m∝的结论：物体的质量m是由自身决定的，与物体所受的合力和运动的加速度无关。 (4)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。 A. B. C. D. D　解析：木块受力如图所示，在竖直方向有FN＝mg－F sin α；在水平方向，由牛顿第二定律得 F cos α－μFN＝ma，解得加速度a＝，故选D。 解析：(1)由题图甲可得G＝80 N 故物体的质量m＝＝8.0 kg 由题意知物体与地面间的最大静摩擦力Fmax＝43 N。 (2)物体在40 N拉力作用下匀速运动时的受力分析如图所示。 可得FN＝G＝80 N 滑动摩擦力Ff＝F＝40 N 则μ＝＝＝0.5。 (3)拉力改为60 N时，由牛顿第二定律知 F合＝F′－Ff＝ma 可得a＝＝ m/s2＝2.5 m/s2 10 s后的速度v＝at＝2.5×10 m/s＝25 m/s 位移x＝at2＝×2.5×102 m＝125 m。 $