2019高中物理 第四章 力與運動 4.4 牛頓第二定律課件 粵教版必修1.ppt

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第四節(jié)牛頓第二定律 目標導航 預習導引 目標導航 預習導引 二 一 一 計算機實時實驗結(jié)果1 根據(jù)質(zhì)量相同 拉力不同時得到的速度 時間圖象 經(jīng)計算機進行曲線擬合后 由傾斜直線的斜率可以計算出加速度的大小 由實驗數(shù)據(jù)可得a F 2 在保持拉力F不變時 根據(jù)速度 時間圖象 算出加速度的大小 由實驗數(shù)據(jù)可得a 同一個物體做勻變速直線運動和非勻變速直線運動時受的合外力各有什么特點 提示 前者合外力不變 后者合外力是變化的 目標導航 二 一 預習導引 二 牛頓第二定律及其數(shù)學表示1 內(nèi)容 物體的加速度跟物體所受合外力成正比 跟物體的質(zhì)量成反比 加速度方向跟合外力方向相同 2 表達式 a 3 力的單位 1 國際單位制中 力的單位是牛頓 符號是N 2 1N的物理意義 使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m s2的加速度的力 稱為1N 即1N 1kg m s2 4 表達式中的比例系數(shù)k的數(shù)值由F m a三物理量的單位共同決定 若都取國際單位制單位 則k 1 所以牛頓第二定律的表達式可寫作F ma 目標導航 二 一 預習導引 如圖所示的賽車 它的質(zhì)量比一般小汽車的質(zhì)量小得多 而且還安裝了一個功率強大的發(fā)動機 從而獲得很大的動力 試分析這樣設(shè)計對比賽有何益處 提示 為了提高賽車的靈活性 使物體有較大的加速度 根據(jù)牛頓第二定律知 就需要減小賽車的質(zhì)量和增大其所受到的作用力 這樣設(shè)計 賽車的機動靈活性得到提高 有益于提高比賽成績 知識精要 思考探究 遷移應用 一 二 典題例解 一 對牛頓第二定律的理解1 因果性 力是產(chǎn)生加速度的原因 只要物體所受的合外力不為零 物體就會產(chǎn)生加速度 2 矢量性 F ma是一個矢量式 加速度與合外力都是矢量 物體的加速度方向由它受的合外力方向決定 且總與合外力的方向相同 3 瞬時性 加速度與合外力是瞬時對應關(guān)系 同時產(chǎn)生 同時變化 同時消失 4 同體性 F ma中F m a都是針對同一物體而言的 5 獨立性 作用在物體上的每一個力各自產(chǎn)生的加速度都遵從牛頓第二定律 而物體的實際加速度則是每個力產(chǎn)生的加速度的矢量和 牛頓第二定律的分量式為Fx max Fy may 6 相對性 物體的加速度必須是相對于地球靜止或做勻速直線運動的參考系而言的 三 一 二 知識精要 思考探究 遷移應用 典題例解 僅通過實驗 我們得出物體的加速度與物體的合外力成正比 與物體的質(zhì)量成反比的結(jié)論 那么 我們?nèi)绾斡脭?shù)學式子把這個結(jié)論表示出來 三 一 二 知識精要 思考探究 遷移應用 典題例解 例1 對牛頓第二定律的理解中 錯誤的是 A 在F kma中 k的數(shù)值由F m a決定B 牛頓第二定律說明當物體有加速度時 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 當外力停止作用時 加速度隨之消失思路分析 理解牛頓第二定律及其表達式的物理意義是解決問題的關(guān)鍵 解析 國際上規(guī)定 質(zhì)量為1kg的物體獲得1m s2的加速度時 所受的合外力為1N 這樣選取的單位稱為國際單位 在國際單位制下 比例系數(shù)k為1 在牛頓第二定律中 加速度與合外力之間存在著因果關(guān)系 合外力是產(chǎn)生加速度的原因 且加速度的方向與合外力的方向一致 并且隨合外力的變化而變化 B選項說法是錯誤的 答案 B 三 一 二 知識精要 思考探究 遷移應用 典題例解 三 一 二 知識精要 思考探究 遷移應用 典題例解 一物塊靜止在粗糙的水平桌面上 從某時刻開始 物塊受到一方向不變的水平拉力作用 假設(shè)物塊與桌面間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 以a表示物塊的加速度大小 F表示水平拉力的大小 能正確描述F與a之間關(guān)系的圖象是 答案 C解析 設(shè)物塊受的滑動摩擦力為f 當拉力F增大至等于滑動摩擦力時 物塊才開始滑動 根據(jù)牛頓第二定律得F f ma 則F f ma C項正確 三 一 二 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 三 二 合外力 加速度 速度的關(guān)系1 物體所受合外力的方向決定了其加速度的方向 合外力與加速度的大小關(guān)系是F ma 只要有合外力 就有加速度 只要合外力為零 加速度就為零 與速度的大小無關(guān) 只有速度的變化率才與合外力有必然的聯(lián)系 2 合外力與速度同向時 物體做加速運動 與速度反向時物體做減速運動 3 力是改變物體運動狀態(tài)的原因 即力 加速度 速度變化 物體所受到的合外力大小決定了物體的加速度大小 而加速度大小決定了單位時間內(nèi)速度變化量大小 加速度的大小與速度的大小無關(guān) 一 二 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 牛頓第二定律不僅描述了F m a的數(shù)量關(guān)系 還描述了它們之間的方向關(guān)系 結(jié)合實驗的探究 試分析它們的方向關(guān)系如何 提示 質(zhì)量沒有方向 是標量 加速度方向與合外力方向一致 三 一 二 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 三 例2 如圖所示 粗糙水平面上的物體在水平拉力F作用下做勻加速直線運動 現(xiàn)使F不斷減小 則在滑動過程中 A 物體的加速度不斷減小 速度不斷增大B 物體的加速度不斷增大 速度不斷減小C 物體的加速度先變大再變小 速度先變小再變大D 物體的加速度先變小再變大 速度先變大再變小思路分析 加速度的方向與合外力的方向一致 當加速度方向與速度方向一致時 速度增加 當加速度方向與速度方向相反時 速度減小 一 二 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 三 解析 物體在水平方向上受到拉力和摩擦力作用 先有F合 F f 后有F合 f F 在F不斷減小的過程中 物體所受合力先減小 后反向變大 由可知 a應先減小再變大 由于a的方向與v方向先同向再反向 所以 物體的速度先變大再變小 D項正確 答案 D 一 二 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 一有固定斜面的小車在水平面上做直線運動 小球通過細繩與車頂相連 小球某時刻正處于圖示狀態(tài) 設(shè)斜面對小球的支持力為FN 細繩對小球的拉力為FT 關(guān)于此時刻小球的受力情況 下列說法正確的是 A 若小車向左運動 FN可能為零B 若小車向左運動 FT不可能為零C 若小車向右運動 FN不可能為零D 若小車向右運動 FT不可能為零答案 A 三 一 二 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 解析 若小車向左做減速運動 則加速度方向向右 若小球受重力和繩子的拉力的合力可以使小球的加速度與小車的加速度相同 故此時FN為零 故A正確 若小車向左加速運動 則加速度方向向左 若此時重力與斜面的支持力的合力可以使小球的加速度與小車的加速度相同 則繩子的拉力為零 故B錯誤 同理可知當小車向右運動時 也可能做加速或減速運動 即加速度方向也可能向右或向左 所以FN和FT均可以為零 故C D均錯誤 三 一 三 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 二 三 牛頓第二定律的簡單應用1 解題步驟 1 明確研究對象 2 進行受力分析和運動情況分析 作出運動或受力示意圖 3 求合外力或加速度 4 根據(jù)F ma列方程求解 一 三 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 二 2 解題方法 1 矢量合成法 若物體只受兩個力作用時 應用平行四邊形定則求這兩個力的合力 再由牛頓第二定律求出物體的加速度的大小及方向 加速度的方向就是物體所受合外力的方向 反之 若知道加速度的方向 也可應用平行四邊形定則求物體所受的合外力 2 正交分解法 當物體受多個力作用時 常用正交分解法求物體的合外力 應用牛頓第二定律求加速度 在實際應用中常將受力分解 且將加速度所在的方向選為x軸或y軸 有時也可分解加速度 即 三 二 知識精要 思考探究 遷移應用 典題例解 一 高速公路上的汽車 如果車輛發(fā)生故障 需停車檢修 應在離車150m遠的地方豎一警示牌 這150m距離是參考了哪些因素 如何知道這些因素 提示 參考了后面汽車從發(fā)現(xiàn)警示牌到運動到故障汽車處所行駛的距離大小由知 只要知道限速v和剎車時的加速度a即可 一 三 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 二 例3 如圖所示 質(zhì)量為5kg的物體 在與水平面成30 角的拉力作用下 沿水平面向右做直線運動 物體與水平面間的動摩擦因數(shù) 0 2 已知F 30N 求物體的加速度 g取10m s2 思路分析 對物體進行受力分析 求出水平方向上的合力 用a 求a 一 三 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 二 解析 以物體為研究對象 視為質(zhì)點 受力分析如圖所示 建立如圖所示的坐標系 由牛頓第二定律得 其中f FN聯(lián)立以上三式解得a 3 8m s2 答案 3 8m s2 一 三 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 二 一 三 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 二 圖甲為伽利略研究自由落體運動實驗的示意圖 讓小球由傾角為 的光滑斜面滑下 然后在不同的 角條件下進行多次實驗 最后推理出自由落體運動是一種勻加速直線運動 分析該實驗可知 小球?qū)π泵娴膲毫?小球運動的加速度和重力加速度與各自最大值的比值y隨 變化的圖象分別對應圖乙中的 A 和 B 和 C 和 D 和 答案 B 一 三 知識精要 典題例解 遷移應用 思考探究 二 解析 小球?qū)π泵娴膲毫N mgcos 小球運動的加速度a gsin 隨著斜面傾斜角的增大 壓力逐漸減小 加速度逐漸變大 重力加速度不變 B選項符合題意