4.3 牛顿第二定律（教学课件）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 人教版·高一必修第一册 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解牛顿第二定律，明确加速度与合外力成正比、与质量成反比，知晓矢量性。 02 科学思维 借助牛顿第二定律模型，结合受力分析，定量分析力与运动的对应关系。 03 科学探究 依托前面实验结论，归纳定律表达式，体会实验结论上升为物理规律的过程。 04 科学态度与责任 体会定量研究的严谨性，运用牛顿第二定律解释、解决生活力学问题。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 理解牛顿第二定律内容、公式及矢量性 2. 应用牛顿第二定律进行简单的定量计算 1. 理解加速度与合外力的瞬时对应关系 2. 结合受力分析，规范解决动力学问题 (1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受合外力F成正比。 (2)在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。 课堂引入——复习与回顾 上节课实验结论： 知识点1 牛顿第二定律的表达式 1.内容：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律。 3.方向关系：加速度的方向与合外力的方向一致。 探索新知——牛顿第二定律内容及表达式 2.公式：表达式：F＝kma，k是比例系数，F是物体所受的合力。 典例解析 C 【例1】根据牛顿第二定律，下列说法正确的是（　　 ） A．加速度与合外力成反比 B．加速度与质量成正比 C．合外力方向与加速度方向相同 D．物体受力越大，速度越大 典例解析 【答案】C 【详解】A．牛顿第二定律的矢量表达式为，当物体质量一定时，加速度大小与合外力大小成正比，而非成反比，故A错误； B．牛顿第二定律的矢量表达式为，当合外力大小一定时，加速度大小与质量成反比，而非成正比，故B错误； C．牛顿第二定律的矢量表达式为，由于质量是正标量，加速度的方向与合外力方向始终相同，故C正确； D．受力越大对应加速度越大，加速度仅描述速度变化的快慢，与速度的大小无直接关系，故D错误。 故选C。 知识点2 力的单位 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），根据上述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？ 探索新知——思考与讨论 1.力的国际单位：牛顿，简称牛，符号为N。 2.“牛顿”的定义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力叫作1 N，即1 N＝1 kg·m/s2。 3.在质量的单位取kg，加速度的单位取m/s2，力的单位取N时，F＝kma中的k＝1，此时牛顿第二定律可表示为F＝ma。 探索新知——力的单位 典例解析 C 【例2】在牛顿第二定律的数学表达式中，有关于比例系数k的说法正确的是（  ） A．k的数值由F、m、a的数值决定 B．在任何情况下k都等于1 C．在国际单位制中 D．k的数值与F、m、a的单位无关 典例解析 【答案】C 【详解】物理公式在确定物理量数量关系的同时，也确定了物理量的单位，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＝1。 故选C。 探索新知——思考与讨论 如图所示，某人在客厅内用力推沙发，但是沙发没有动。 (1)根据牛顿第二定律，有力就能产生加速度，人给沙发施加力后，沙发为什么没动？ (2)如果地板光滑，当人给沙发施加力的瞬间，沙发会有加速度吗？是否立刻获得速度？ 探索新知——对牛顿第二定律的进一步理解 1.牛顿第二定律的四个性质 (1)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。 (2)矢量性：F＝ma是一个矢量式。物体的加速度方向由它所受的合力方向决定，且总与合力的方向相同。 (3)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。 (4)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。　　 2.加速度两种表达式的比较 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 探索新知——对牛顿第二定律的进一步理解 典例解析 D 【例3】一个质量恒定的物体，在运动过程中，关于速度、加速度、合力间的关系，正确的是（　　） A．物体的速度越大，则物体的加速度越大，所受合力也越大 B．物体的速度为零，则物体的加速度一定为零，所受合力也为零 C．物体的速度为零，加速度可能很大，所受的合力也可能很小 D．物体的速度很大，加速度可能为零，所受的合力也可能为零 典例解析 【答案】D 【详解】AD．物体的速度很大，如果物体做匀速直线运动，则物体的加速度为零，所受合力为零，故A错误，D正确； B．做自由落体运动的物体，初始时刻速度为零，但加速度为重力加速度，物体所受合力为重力，故B错误； C．物体的速度为零，加速度可能很大，根据牛顿第二定律可知，所受的合力不可能很小，故C错误。 故选D。 【例4】高铁已成为中国的名片，某人为了测量高铁启动过程的加速度，将一支笔（可视为质点）用细线系于高铁车厢内的顶壁上，高铁启动过程中，发现系笔的细线偏离竖直线的夹角为θ=37°，此时笔和车厢相对静止，如图所示，设笔的质量为0.1kg（取sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s2），下列说法不正确的是（     ） A．笔的合力方向一定水平向右 B．细线的拉力大小为1.25N C．高铁的加速度大小为6m/s2 D．笔的合力大小为0.75N 典例解析 C 【答案】C 【详解】A．由于车厢沿水平方向运动，受力分析如图所示，可知笔的合力方向一定水平向右，故A正确； CD．由几何关系可得， 笔的加速度大小，故C错误，D正确； B．细线对笔的拉力大小为，故B正确。 本题选说法不正确项，故选C。 典例解析 【例5】如图所示，水平地面上有一质量的物块，物块与水平地面间的动摩擦因数，在与水平方向成斜向下大小的推力作用下由静止开始向右做匀加速直线运动。已知，，，重力加速度g取，不计空气阻力。求： (1)物块运动过程中所受滑动摩擦力的大小； (2)物块运动过程中加速度的大小。 典例解析 典例解析 【答案】(1)6.4N (2) 4.8m/s2 【详解】（1）设推力与水平方向的夹角为，物块在竖直方向上受力平衡，根据平衡条件有 根据滑动摩擦力公式有， 联立解得， 代入及已知数据解得。 （2）物块在水平方向受到推力的水平分力和滑动摩擦力，根据牛顿第二定律有 将代入，解得， 代入及已知数据解得。 1.应用牛顿第二定律解题的步骤 探索新知——典例小结 2.“求合力列方程”的两种方法 (1)合成法：首先确定研究对象，画出受力示意图，当物体只受两个力作用时，利用平行四边形定则在加速度方向上直接求出合力，再列牛顿第二定律方程求解。 (2)正交分解法：当物体受多个力作用时，常用正交分解法沿加速度a的方向建立坐标轴如x轴，则有Fx=ma，Fy=0；有些题目可以通过分解加速度从而减少分解力甚至不分解力，即Fx=max，Fy=may。 探索新知——典例小结 大家知道，质量可以用天平来测量。但是在太空，物体完全失重，用天平无法测量质量，那么应该如何测量呢？ 探索新知——科学漫步 探索新知——科学漫步 课堂小结 牛顿第二定律 内容 力的单位 基础应用 利用牛顿第二定律求加速度 公式 意义 F＝ma 阐述了力、质量和加速度三者的数量关系，还明确了加速度和力的方向关系。 1N= 1 kg·m/s2 课堂小结 课堂练习 课堂练习 B 1．质量为1kg的物体在光滑水平面内受两个水平力的作用，物体的加速度大小为8m/s2，其中一个力的大小F1=5N，则另一个力F2的大小可能是（　　） A．2N B．10N C．15N D．18N 课堂练习 【答案】B 【详解】根据牛顿第二定律 代入题中数据，解得二力合力大小为 当两力在同一直线上时，合力有最大和最小值，当合力为8N时，的最小值为3N，最大值为13N，所以的大小范围为 故选B。 2．下列说法正确的是（　　） A．伽利略理想斜面实验说明力是维持物体运动的原因 B．牛顿第二定律的表达式F=kma，在三个物理量取国际单位制时，k=1 C．牛顿是一个国际单位制基本单位，1N=1kg·m/s2 D．嫦娥五号成功携带月壤样品回到祖国，月壤样品到达地球后惯性增大，重力增大 课堂练习 B 课堂练习 【答案】B 【详解】A．伽利略理想斜面实验说明力是改变物体运动的原因，选项A错误； B．牛顿第二定律的表达式F=kma，在三个物理量取国际单位制时，即m单位为kg，a单位为m/s2，F单位为N，此时k=1，选项B正确； C．牛顿属于国际单位制中的导出单位，选项C错误； D．惯性与质量有关，质量与地理位置无关，质量不变，惯性不变，重力由质量与重力加速度都有关，因重力加速度增大，故重力会增大，选项D错误。 故选B。 3．关于速度、速度变化量、加速度，说法正确的是（　　） A．加速度与速度变化量无关 B．速度很大的物体，其加速度可能很小，但不可能为零 C．物体运动的速度变化量越大，加速度一定大 D．速度越大，加速度越大 课堂练习 A 课堂练习 【答案】A 【详解】A．加速度由物体所受合力决定，与速度变化量无关，故A正确； B．速度很大的物体，其加速度可能很小，也可能为零，比如飞机在空中做匀速直线运动，故B错误； C．根据物体运动的速度变化量越大，加速度不一定大，还与时间有关，故C错误； D．加速度与速度的大小无关，与速度的变化快慢有关，故D错误。 故选A。 4．有种自动扶梯，无人乘行时运转很慢，有人站上扶梯时，它会先慢慢加速（加速度大小恒为a），再匀速运转。一质量为m的顾客乘扶梯上楼，正好经历了这两个过程，若扶梯相对水平面的倾角为θ，重力加速度为g，则下列说法正确的是（     ） A．匀速运动时，扶梯对乘客的摩擦力水平向右 B．加速运动时，扶梯对乘客的摩擦力沿斜面向上 C．加速运动时，扶梯对乘客的摩擦力大小等于macosθ D．加速运动时，扶梯对乘客的支持力大小等于 课堂练习 C 【答案】C 【详解】A．顾客在匀速运动阶段受到重力、支持力两个力的作用而平衡，故A错误； B．在向上加速的过程中，受力如图，物体加速度与速度同方向，合力斜向右上方，因而顾客受到的摩擦力与接触面平行水平向右，故B错误； C．水平方向，根据牛顿第二定律可得，故C正确； D．竖直方向，根据牛顿第二定律有 可得扶梯对乘客的支持力大小为，故D错误。 故选C。 课堂练习 5．如图所示，一辆装满石块的货车沿水平路面向左做匀减速直线运动，其加速度大小为a，重力加速度为g，对于货箱中质量为m的石块A，下列说法正确的是（　　） A．石块A所受所有外力的合力大小为0 B．周围石块对石块A作用力的合力方向水平向右 C．周围石块对石块A作用力的合力大小为 D．加速度a增大时，周围石块对石块A作用力的合力增大 课堂练习 D 课堂练习 【答案】D 【详解】A．根据牛顿第二定律可知，石块A所受所有外力的合力大小为，故A错误； BCD．以石块A为对象，周围石块对石块A作用力的合力的竖直分力为 周围石块对石块A作用力的合力的水平分力为 则周围石块对石块A作用力的合力大小为 可知周围石块对石块A作用力的合力方向斜向上偏右；加速度a增大时，周围石块对石块A作用力的合力增大，故BC错误，D正确。 故选D。 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf51.12.1 $