2018-2019高中物理 第5章 研究力和運(yùn)動的關(guān)系 5.3 牛頓第二定律課件 滬科版必修1.ppt

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1、5.3 牛頓第二定律,第5章 研究力和運(yùn)動的關(guān)系,[目標(biāo)定位],1.知道牛頓第二定律的內(nèi)容、表達(dá)式的確切含義. 2.知道國際單位制中力的單位“牛頓”是怎樣定義的. 3.能應(yīng)用牛頓第二定律解決簡單的實(shí)際問題. 4.了解什么是單位制，知道力學(xué)中的三個(gè)基本單位.,內(nèi)容索引,,知識探究 新知探究 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí),達(dá)標(biāo)檢測 當(dāng)堂檢測 鞏固反饋,知識探究,由上一節(jié)的探究我們已經(jīng)知道當(dāng)小車的質(zhì)量不變時(shí)，小車的加速度與它所受的力成正比，即a∝F，當(dāng)小車所受的力不變時(shí)，小車的加速度與它的質(zhì)量成反比，即a∝ ，那么小車的加速度a、小車的質(zhì)量m以及小車所受的力F的關(guān)系是怎樣的？,一、牛頓第二定律,答案,[問題設(shè)計(jì)],寫成

2、等式為F＝kma 若F、m、a都用國際單位，則F＝ma.,1.牛頓第二定律 (1)內(nèi)容：物體的加速度跟受到的 成正比，跟物體的質(zhì)量成 ，加速度的方向跟作用力的方向 . (2)公式：F＝ ，F(xiàn)指的是物體所受的 . 當(dāng)各物理量的單位都取國際單位時(shí)，k＝1，F(xiàn)＝ . (3)力的國際單位：牛頓，簡稱 ，符號為 . “牛頓”的定義：使質(zhì)量為1 kg的物體產(chǎn)生1 m/s2的加速度的力叫做1 N，即1 N＝ .,[要點(diǎn)提煉],作用力,反比,相同,合力,kma,ma,N,1 kgm/s2,牛,2.對牛頓第二定律的理解 (1)瞬時(shí)性：a與F同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí) ，同時(shí) ，為瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)

3、系. (2)矢量性：F＝ma是矢量表達(dá)式，任一時(shí)刻a的方向均與 的方向一致，當(dāng)合力方向變化時(shí)a的方向同時(shí)變化，即a與F的方向在任何時(shí)刻均 . (3)同體性：公式F＝ma中各物理量都是針對 的. (4)獨(dú)立性：當(dāng)物體同時(shí)受到幾個(gè)力作用時(shí)，各個(gè)力都滿足F＝ma，每個(gè)力都會產(chǎn)生一個(gè)加速度，這些加速度的矢量和即為物體具有的 . 故牛頓第二定律可表示為,變化,合力F,相同,同一物體,合加速度,消失,Fx＝max Fy＝may.,,3.合力、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，只要物體所受的合力不為0，就會產(chǎn)生加速度，加速度與合力方向總是 、大小與合力成

4、 . (2)力與速度無因果關(guān)系.合力與速度方向可以同向，可以反向；合力與速度方向 時(shí)，物體做加速運(yùn)動， 時(shí)物體做減速運(yùn)動.,相同,正比,同向,反向,比值,無關(guān),答案 不矛盾，牛頓第二定律公式中的F指的是物體受到的合力，大卡車在水平方向上不只受到推力，還同時(shí)受到地面摩擦力的作用，它們相互平衡，即卡車受到的合力為零，加速度為零，故卡車不做加速運(yùn)動.,在地面上，停著一輛卡車，你使出全部力氣也不能使卡車做加速運(yùn)動，這與牛頓第二定律矛盾嗎？為什么？,答案,[延伸思考],二、物理量與單位制,答案 在國際上采用統(tǒng)一的單位制是非常重要的，也是非常必要的.,美國國家航空航天局(NASA)在20世紀(jì)末

5、曾發(fā)射過一個(gè)火星探測器，但它由于靠火星過近，結(jié)果因溫度過高而起火，并脫離軌道墜入火星的大氣層.航空航天局調(diào)查事故原因時(shí)發(fā)現(xiàn)：原來探測器的制造商洛克希德馬丁公司計(jì)算加速時(shí)的力使用了英制單位，而噴氣推動實(shí)驗(yàn)室的工程師理所當(dāng)然地認(rèn)為他們提供的數(shù)據(jù)是以國際單位制算出來的，并把這些數(shù)據(jù)直接輸入電腦.從這次事故的原因上，你能得到什么啟示？,答案,[問題設(shè)計(jì)],1.單位制： 單位和 單位一起組成了單位制. (1)基本量和基本單位 首先被選定的幾個(gè)物理量叫做基本量.基本物理量的單位叫基本單位. 國際單位制中選定 、 、 、電流(I)、熱力學(xué)溫度(T)、物質(zhì)的量(n)、發(fā)光強(qiáng)度(I)七個(gè)

6、量為基本量；對應(yīng)的七個(gè)基本單位是 、 、 、安培、開爾文、摩爾、坎德拉. (2)導(dǎo)出單位：由 根據(jù) 推導(dǎo)出來的其他物理量的單位，例如速度、加速度的單位，叫做導(dǎo)出單位.,[要點(diǎn)提煉],基本,導(dǎo)出,長度(l),質(zhì)量(m),時(shí)間(t),米,千克,秒,基本量,物理關(guān)系,2.國際單位制中的力學(xué)單位 (1)基本單位 長度l，單位： ；質(zhì)量m，單位： ；時(shí)間t，單位： . (2)常用的導(dǎo)出單位,m,kg,s,速度(v)，由公式 導(dǎo)出，單位： . 加速度(a)，由公式a＝ 導(dǎo)出，單位： . 力(F)，由公式 導(dǎo)出，單位： . 此外還有功、功率、壓

7、強(qiáng)等.,m/s,m/s2,F＝ma,N(或kgm/s2),3.單位制的應(yīng)用 (1)單位制可以簡化計(jì)算過程 計(jì)算時(shí)首先將各物理量的單位統(tǒng)一到國際單位制中，這樣就可以省去計(jì)算過程中單位的代入，只在數(shù)字后面寫上相應(yīng)待求量的單位即可，從而使計(jì)算簡便. (2)單位制可檢查物理量關(guān)系式的正誤 根據(jù)物理量的單位，如果發(fā)現(xiàn)某公式在單位上有問題，或者所求結(jié)果的單位與采用的單位制中該量的單位不一致，那么該公式或計(jì)算結(jié)果肯定是錯誤的.,一、對牛頓第二定律的理解 例1 (多選)下列對牛頓第二定律的理解正確的是 A.由F＝ma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(shí)，物體才受到外力的作用 C.加速度的方

8、向總跟合外力的方向一致 D.當(dāng)外力停止作用時(shí)，加速度隨之消失,答案,√,解析,√,解析 雖然F＝ma，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(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失、同時(shí)存在、同時(shí)改變；a與F的方向永遠(yuǎn)相同.綜上所述，可知A、B錯誤，C、D正確.,解析 在物理計(jì)算中，如果各物理量的單位都統(tǒng)一到國際單位制中，則最后結(jié)果的單位也一定是國際單位制中的單位.,二、對單位制的理解與應(yīng)用 例2 質(zhì)量m＝200 g的物體以加速度a＝20 cm/s2做勻加速直線運(yùn)動，則關(guān)于它受到的合外力的大小及單位，下列運(yùn)算既簡潔又符合一般運(yùn)算要求的是 A.F＝20020＝4 000 N B.F＝0.20.2 N

9、＝0.04 N C.F＝0.20.2＝0.04 N D.F＝0.2 kg0.2 m/s2＝0.04 N,答案,√,解析,三、牛頓第二定律的簡單應(yīng)用 例3 如圖1所示，一質(zhì)量為8 kg的物體靜止在粗糙的水平地面上，物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.2，用一水平力F＝20 N拉物體由A點(diǎn)開始運(yùn)動，經(jīng)過8 s后撤去拉力F，再經(jīng)過一段時(shí)間物體到達(dá)B點(diǎn)停止.求：(g＝10 m/s2) (1)在拉力F作用下物體運(yùn)動的加速度大??；,圖1,解析 對物體受力分析，如圖所示 豎直方向mg＝N 水平方向，由牛頓第二定律得F－μN(yùn)＝ma1,答案 0.5 m/s2,答案,解析,(2)撤去拉力時(shí)物體的速度大?。?答案 4 m

10、/s,答案,解析 撤去拉力時(shí)物體的速度v＝a1t 解得v＝4 m/s,解析,(3)撤去拉力F后物體運(yùn)動的距離.,答案 4 m,答案,解析 撤去拉力F后由牛頓第二定律得－μmg＝ma2 解得a2＝－μg＝－2 m/s2，由0－v2＝2a2s,解析,例4 如圖2所示，質(zhì)量為1 kg的物體靜止在水平面上，物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5，物體受到大小為20 N、與水平方向成37角斜向右下的推力F作用時(shí)，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10 m/s2，sin 37＝0.6，cos 37＝0.8),圖2,答案 5 m/s2,答案,解析,解析 取物體為研究對象，受力分析如圖所示，

11、建立直角坐標(biāo)系.在水平方向上：Fcos 37－f＝ma ① 在豎直方向上：N＝mg＋Fsin 37 ② 又因?yàn)椋篺＝μN(yùn) ③ 聯(lián)立①②③得：a＝5 m/s2,,課堂要點(diǎn)小結(jié),1.牛頓第二定律和力的單位 (1)內(nèi)容 (2)表達(dá)式：F＝ma (3)國際單位制中力的單位：N,1 N＝1 kgm/s2 2.牛頓第二定律的特點(diǎn) (1)因果性；(2)瞬時(shí)性；(3)矢量性；(4)同體性；(5)獨(dú)立性.,3.單位制 (1)國際單位制中的力學(xué)單位：長度的單位米(m)、時(shí)間的單位秒(s)、質(zhì)量的單位千克(kg) (2)單位制的應(yīng)用 ①簡化計(jì)算過程。②推導(dǎo)物理量的單位。③判斷比例系數(shù)的單位。④檢查物理量關(guān)系式的正

12、誤,達(dá)標(biāo)檢測,1.(對單位制的理解)(多選)關(guān)于力學(xué)單位制，下列說法正確的是 A.kg、m/s、N是導(dǎo)出單位 B.kg、m、s是基本單位 C.在國際單位制中，質(zhì)量的單位可以是kg，也可以是g D.只有在國際單位制中，牛頓第二定律的表達(dá)式才是F＝ma,答案,√,1,2,3,4,解析,√,解析 所謂導(dǎo)出單位，是利用物理公式和基本單位推導(dǎo)出來的，力學(xué)中的基本單位只有三個(gè)，即kg、m、s，其他單位都是由這三個(gè)基本單位衍生(推導(dǎo))出來的，如“牛頓”(N)是導(dǎo)出單位，即1 N＝1 kgm/s2(F＝ma)，所以A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確. 在國際單位制中，質(zhì)量的單位只能是kg，C項(xiàng)錯誤. 在牛頓第二定律的表達(dá)式中

13、，F(xiàn)＝ma(k＝1)只有在所有物理量都采用國際單位制時(shí)才能成立，D項(xiàng)正確.,1,2,3,4,2.(牛頓第二定律的理解)(多選)初始時(shí)靜止在光滑水平面上的物體，受到一個(gè)逐漸減小的水平力的作用，則這個(gè)物體運(yùn)動情況為 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,√,答案,1,2,3,4,解析,√,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，即合外力逐漸減小，由公式F＝ma可知：當(dāng)F逐漸減小時(shí)，a也逐漸減小，但速度逐漸增大.,1,2,3,4,1,2,3,4,解析

14、水平面光滑時(shí)物體的受力情況如圖甲所示 由牛頓第二定律：Fcos 37＝ma1 解得a1＝8 m/s2,3.(牛頓第二定律的簡單應(yīng)用)如圖3所示，質(zhì)量為4 kg的物體靜止于水平面上.現(xiàn)用大小為40 N，與水平方向夾角為37的斜向右上的力F拉物體，使物體沿水平面做勻加速運(yùn)動(g取10 m/s2，sin 37＝0.6，cos 37＝0.8). (1)若水平面光滑，物體的加速度是多大？,解析,答案 8 m/s2,答案,圖3,1,2,3,4,解析 水平面不光滑時(shí)，物體的受力情況如圖乙所示 Fcos 37－f＝ma2 N′＋Fsin 37＝mg f＝μN(yùn)′ 聯(lián)立解得：a2＝6 m/s2,(2)若物體與水平

15、面間的動摩擦因數(shù)為0.5，物體的加速度是多大？,解析,答案 6 m/s2,答案,1,2,3,4,4.(牛頓第二定律的簡單應(yīng)用)如圖4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1 kg.(g取10 m/s2，sin 37＝0.6，cos 37＝0.8),圖4,(1)求車廂運(yùn)動的加速度并說明車廂的運(yùn)動情況；,解析,答案 7.5 m/s2，方向水平向右 車廂可能向右做勻加速直線運(yùn)動或向左做勻減速直線運(yùn)動,答案,解析 解法一(合成法) 小球和車廂相對靜止，它們的加速度相同.以小球?yàn)檠芯繉ο螅瑢π∏蜻M(jìn)行受力分析如圖甲所示，小球所受合力為F

16、合＝mgtan 37. 由牛頓第二定律得小球的加速度為,車廂的加速度與小球相同，車廂做的是向右的勻加速直線運(yùn)動或向左的勻減速直線運(yùn)動.,甲,1,2,3,4,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：Tx＝ma y方向：Ty－mg＝0 即Tsin 37＝ma Tcos 37－mg＝0,乙,加速度方向水平向右.車廂的加速度與小球相同，車廂做的是向右的勻加速直線運(yùn)動或向左的勻減速直線運(yùn)動.,1,2,3,4,(2)求懸線對小球的拉力大小.,答案 12.5 N,答案,解析 解法一(合成法) 由圖甲可知，懸線對小球的拉力大小為,解法二(正交分解法) 由(1)中所列方程解得懸線對小球的拉力大小為,解析,1,2,3,4,