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1、第四節(jié)牛頓第二定律,第四章力與運(yùn)動,學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解數(shù)據(jù)采集器在探究牛頓第二定律實驗中的作用.2.理解牛頓第二定律的內(nèi)容和公式的確切含義.3.知道力的國際單位“牛頓”的定義，理解1N大小的定義.4.會用牛頓第二定律的公式處理力與運(yùn)動的問題.,內(nèi)容索引,自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實基礎(chǔ),重點探究啟迪思維探究重點,達(dá)標(biāo)檢測檢測評價達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí),一、數(shù)字化實驗的過程及結(jié)果分析1.數(shù)據(jù)采集器：通過各種不同的傳感器，將各種物理量轉(zhuǎn)換成_記錄在計算機(jī)中.2.位置傳感器記錄的實驗結(jié)果(1)保持滑塊的質(zhì)量m不變、改變，可得到滑塊的速度時間圖象，經(jīng)分析可得，物體的加速度與合外力之間的關(guān)系：.(2)保持拉力F不變，
2、改變滑塊的質(zhì)量m，可得到滑塊的速度時間圖象，經(jīng)分析可得，物體的加速度和質(zhì)量的關(guān)系：.,電信號,拉力F,aF,二、牛頓第二定律及其數(shù)學(xué)表示1.內(nèi)容：物體的加速度跟所受合外力成，跟物體的質(zhì)量成，加速度的方向跟合外力的方向.2.表達(dá)式：a，當(dāng)物理量的單位都使用國際單位制時，表達(dá)式為F.3.力的單位“牛頓”的定義：國際上規(guī)定，質(zhì)量為的物體獲得的加速度時，所受的合外力為1N.,正比,反比,相同,ma,1kg,1m/s2,即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)由Fma可知，物體所受的合外力與物體的質(zhì)量成正比，與物體的加速度成反比.()(2)公式Fma中，各量的單位可以任意選取.()(3)使質(zhì)量是1kg的物體產(chǎn)
3、生1m/s2的加速度的力叫做1N.()(4)公式Fma中，a實際上是作用于物體上每一個力所產(chǎn)生的加速度的矢量和.()(5)物體的運(yùn)動方向一定與它所受合外力的方向一致.(),答案,重點探究,一、對牛頓第二定律的理解,導(dǎo)學(xué)探究(1)從牛頓第二定律可知，無論多么小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度，可是，我們用力提一個很重的箱子，卻提不動它，這跟牛頓第二定律有無矛盾？為什么？答案不矛盾.因為牛頓第二定律中的力是指合外力.我們用力提一個放在地面上很重的箱子，沒有提動，箱子受到的合力F0，故箱子的加速度為零，箱子仍保持不動，所以上述現(xiàn)象與牛頓第二定律并沒有矛盾.,答案,(2)從勻速上升的氣球上掉下一個物體(不計
4、空氣阻力)，物體離開氣球的瞬間，物體的加速度和速度情況如何？答案物體離開氣球瞬間物體只受重力，加速度大小為g，方向豎直向下；速度方向向上，大小與氣球速度相同.,答案,知識深化1.表達(dá)式Fma的理解(1)單位統(tǒng)一：表達(dá)式中F、m、a三個物理量的單位都必須是國際單位.(2)F的含義：F是合力時，加速度a指的是合加速度，即物體的加速度；F是某個力時，加速度a是該力產(chǎn)生的加速度.,2.牛頓第二定律的六個性質(zhì),例1(多選)下列對牛頓第二定律的理解正確的是A.由Fma可知，m與a成反比B.牛頓第二定律說明當(dāng)物體有加速度時，物體才受到外力的作用C.加速度的方向總跟合外力的方向一致D.當(dāng)合外力停止作用時，加速
5、度隨之消失解析雖然Fma，但m與a無關(guān)，因a是由m和F共同決定的，即a，且a與F同時產(chǎn)生、同時消失、同時存在、同時改變；a與F的方向永遠(yuǎn)相同.綜上所述，A、B錯誤，C、D正確.,答案,解析,合外力、加速度、速度的關(guān)系1.力與加速度為因果關(guān)系：力是因，加速度是果.只要物體所受的合外力不為零，就會產(chǎn)生加速度.加速度與合外力方向是相同的，大小與合外力成正比.2.力與速度無因果關(guān)系：合外力方向與速度方向可以相同，可以相反，還可以有夾角.合外力方向與速度方向相同時，物體做加速運(yùn)動，反向時物體做減速運(yùn)動.,例2(多選)初始時靜止在光滑水平面上的物體，受到一個逐漸減小的方向不變的水平力的作用，則這個物體運(yùn)動
6、情況為A.速度不斷增大，但增大得越來越慢B.加速度不斷增大，速度不斷減小C.加速度不斷減小，速度不斷增大D.加速度不變，速度先減小后增大解析水平面光滑，說明物體不受摩擦力作用，物體所受到的水平力即為其合外力.水平力逐漸減小，合外力也逐漸減小，由公式Fma可知：當(dāng)F逐漸減小時，a也逐漸減小，但速度逐漸增大.,答案,解析,二、牛頓第二定律的簡單應(yīng)用,1.解題步驟(1)確定研究對象.(2)進(jìn)行受力分析和運(yùn)動情況分析，作出受力和運(yùn)動的示意圖.(3)求合力F或加速度a.(4)根據(jù)Fma列方程求解.2.解題方法(1)矢量合成法：若物體只受兩個力作用，應(yīng)用平行四邊形定則求這兩個力的合力，加速度的方向即物體所
7、受合力的方向.,(2)正交分解法：當(dāng)物體受多個力作用時，常用正交分解法求物體所受的合外力.建立坐標(biāo)系時，通常選取加速度的方向作為某一坐標(biāo)軸的正方向(也就是不分解加速度)，將物體所受的力正交分解后，列出方程Fxma，F(xiàn)y0.特殊情況下，若物體的受力都在兩個互相垂直的方向上，也可將坐標(biāo)軸建立在力的方向上，正交分解加速度a.根據(jù)牛頓第二定律列方程求解.,例3如圖1所示，沿水平方向做勻變速直線運(yùn)動的車廂中，懸掛小球的懸線偏離豎直方向37角，小球和車廂相對靜止，小球的質(zhì)量為1kg，不計空氣阻力.(g取10m/s2，sin370.6，cos370.8),圖1,(1)求車廂運(yùn)動的加速度并說明車廂的運(yùn)動情況；
8、答案7.5m/s2，方向水平向右車廂可能水平向右做勻加速直線運(yùn)動或水平向左做勻減速直線運(yùn)動,答案,解析,解析解法一(矢量合成法)小球和車廂相對靜止，它們的加速度相同.以小球為研究對象，對小球進(jìn)行受力分析如圖甲所示，小球所受合力為F合mgtan37.,解法二(正交分解法)建立直角坐標(biāo)系如圖乙所示，正交分解各力，根據(jù)牛頓第二定律列方程得x方向：FTxmay方向：FTymg0即FTsin37maFTcos37mg0,加速度方向水平向右.車廂的加速度與小球相同，車廂做的是水平向右的勻加速直線運(yùn)動或水平向左的勻減速直線運(yùn)動.,答案,解析,(2)求懸線對小球的拉力大小.,答案12.5N,解析解法一(矢量合
9、成法),解法二(正交分解法)由(1)中所列方程解得懸線對球的拉力大小為,答案,解析,例4如圖2所示，質(zhì)量為4kg的物體靜止于水平面上.現(xiàn)用大小為40N、與水平方向夾角為37的斜向上的力拉物體，使物體沿水平面做勻加速運(yùn)動(g取10m/s2，sin370.6，cos370.8).(1)若水平面光滑，物體的加速度是多大？答案8m/s2,圖2,解析水平面光滑時，物體的受力情況如圖甲所示由牛頓第二定律：Fcos37ma1解得a18m/s2,答案,解析,(2)若物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.5，物體的加速度大小是多少？,答案6m/s2,解析水平面不光滑時，物體的受力情況如圖乙所示Fcos37fma2FN
10、Fsin37mgfFN聯(lián)立解得a26m/s2.,達(dá)標(biāo)檢測,1,2,3,4,1.(對牛頓第二定律的理解)關(guān)于牛頓第二定律，以下說法中正確的是A.由牛頓第二定律可知，加速度大的物體，所受的合外力一定大B.牛頓第二定律說明了：質(zhì)量大的物體，其加速度一定小C.由Fma可知，物體所受到的合外力與物體的質(zhì)量成正比D.對同一物體而言，物體的加速度與物體所受到的合外力成正比，而且在任何情況下，加速度的方向始終與物體所受的合外力方向一致,答案,解析,1,2,3,4,解析加速度是由合外力和質(zhì)量共同決定的，故加速度大的物體，所受合外力不一定大，質(zhì)量大的物體，加速度不一定小，選項A、B錯誤；物體所受到的合外力與物體的
11、質(zhì)量無關(guān)，故C錯誤；由牛頓第二定律可知，物體的加速度與物體所受到的合外力成正比，并且加速度的方向與合外力方向一致，故D選項正確.,2.(合外力、加速度、速度的關(guān)系)物體在與其初速度方向相同的合外力作用下運(yùn)動，取v0方向為正時，合外力F隨時間t的變化情況如圖3所示，則在0t1這段時間內(nèi),1,2,3,4,答案,解析,A.物體的加速度先減小后增大，速度也是先減小后增大B.物體的加速度先增大后減小，速度也是先增大后減小C.物體的加速度先減小后增大，速度一直在增大D.物體的加速度先減小后增大，速度一直在減小,圖3,1,2,3,4,解析由題圖可知，物體所受合力F隨時間t的變化是先減小后增大，根據(jù)牛頓第二定
12、律得：物體的加速度先減小后增大.由于合外力F方向與速度方向始終相同，所以物體加速度方向與速度方向一直相同，所以速度一直在增大，選項C正確.,3.(水平面上加速度的求解)如圖4所示，質(zhì)量為1kg的物體靜止在水平面上，物體與水平面間的動摩擦因數(shù)0.5，物體受到大小為20N、與水平方向成37角斜向下的推力F作用時，沿水平方向做勻加速直線運(yùn)動，求物體加速度的大小.(g取10m/s2，sin370.6，cos370.8),1,2,3,4,答案,解析,圖4,答案5m/s2,1,2,3,4,解析取物體為研究對象，受力分析如圖所示，建立直角坐標(biāo)系.在水平方向上：Fcos37fma,在豎直方向上：FNmgFsin37又因為：fFN聯(lián)立得：a5m/s2,4.(斜面上加速度的求解)如圖5所示，一個物體從斜面的頂端由靜止開始下滑，傾角30，斜面始終靜止不動，重力加速度g10m/s2.,圖5,(1)若斜面光滑，求物體下滑過程的加速度有多大？,答案5m/s2,解析根據(jù)牛頓第二定律得：mgsinma1,答案,1,2,3,4,解析,(2)若斜面不光滑，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)，物體下滑過程的加速度又是多大？,1,2,3,4,答案2.5m/s2,解析物體受重力、支持力和摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律得mgsinfma2FNmgcosfFN聯(lián)立解得：a2gsingcos2.5m/s2.,答案,解析,
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