2018版高中物理 第6章 力與運動 第2節(jié) 牛頓第二定律課件 魯科版必修1.ppt

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1、第2節(jié)牛頓第二定律,教師備課參考,|核心素養(yǎng)養(yǎng)成目標|,物理觀念 1.理解牛頓第二定律的內容、表達式的確切含義. 2.認識國際單位制在物理學中的重要意義,知道國際單位制中的力學單位. 3.會用牛頓第二定律解決動力學問題. 科學思維與科學探究 1.通過實驗探究加速度與物體質量、物體受力的關系,體會探究過程中所用的科學方法,讓學生學會利用圖象法及化曲為直的物理思想處理實驗數(shù)據(jù).,2.通過實例分析,掌握應用牛頓第二定律解決問題的一般步驟. 3.通過力學單位制的學習,掌握用國際單位制解題的技巧. 科學態(tài)度與責任 1.通過牛頓第二定律的學習,體會物理規(guī)律與生活的聯(lián)系. 2.滲透實驗探究過程中所用的科學方

2、法控制變量法.,|教學重難點|,教學重點 1.通過實驗,探究加速度與物體質量、物體受力的關系. 2.理解牛頓第二定律,掌握動力學問題的處理思路. 教學難點 應用牛頓運動定律解決動力學問題.,感悟解題規(guī)律,探尋基本知識,測評學習效果,探尋基本知識樹立物理觀念,知識點一,實驗探究:加速度與力、質量的關系,【情境導學】 在“探究加速度與力、質量的關系”時,我們研究兩輛小車,如圖所示,使它們做初速度為零的勻加速直線運動,測量小車加速度的辦法是:,(1)讓A,B兩輛小車同時從靜止開始運動,然后用板擦使兩輛小車同時停止運動,用刻度尺測出兩車通過的位移為sA,sB,則由s= at2可推出A,B兩車的加速度之

3、比aA:aB是多少. (2)若A,B兩車質量相等,使A車受的拉力是B車所受拉力的2倍、3倍、n倍,通過上述方法做實驗可測得sA=2sB、sA=3sB、sA=nsB.由此可知,當小車質量一定時,小車的加速度與小車受到的力是什么關系?,(2)若A,B兩車質量相等,使A車受的拉力是B車所受拉力的2倍、3倍、n倍時sA=2sB,sA=3sB,sA=nsB.則aA=2aB,aA=3aB,aA=naB,由此可知,當小車質量一定時,小車的加速度與小車受到的力成正比.,【知識梳理】 1.實驗原理 (1)探究方法是 . 保持小車的總質量不變,改變細繩對小車的拉力F,探究加速度a與拉力F的關系,如圖所示.

4、保持重物的總質量不變,即細繩對小車的拉力F不變,改變小車的總質量,探究小車的加速度a與其質量m的關系. (2)要測量的物理量 小車與其上砝碼的總質量. 小車受的拉力(重物的總重力). 小車的加速度(由紙帶算出).,控制變量法,2.實驗器材 打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、重物、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、刻度尺、天平、砝碼. 3.實驗步驟 (1)用天平測出小車的質量m和重物的質量m0,把數(shù)據(jù)記錄下來. (2)把實驗器材安裝好,注意不把懸掛重物的細繩系在小車上,即不給小車加牽引力,但應調節(jié)定滑輪的高度,使細繩與長木板平行. (3)平衡摩擦力:在長木板的不帶定滑輪的一端

5、下面墊上一塊薄木板,反復移動薄木板的位置,直至小車在斜面上運動時能保持勻速直線運動狀態(tài),這時小車拖著紙帶運動時受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡.,(4)把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛重物,先接通電源再放開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列的點,打完點后切斷電源,取下紙帶,在紙帶上標上紙帶號碼. (5)保持小車和砝碼的質量不變,改變重物的質量,把重物的總質量記錄下來.重復步驟(4),共3次,得到三條紙帶. (6)在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分,標明計數(shù)點,測量計數(shù)點間的距離,算出每條紙帶上的加速度的值并做好實驗記錄. (7)保持重物的質量不變,在小車上加砝碼,并把小車

6、和砝碼的總質量記錄下來,重復上述步驟(4)和(6),并做好實驗記錄.,【思考判斷】 1.在探究加速度與力、質量關系的實驗中,采用的是控制變量法.( ) 2.在物理學中,當出現(xiàn)一個物理量的變化與多個因素的變化有關時,通常采 取控制變量法.( ) 3.實驗時,應先釋放小車,后接通電源.( ),,,,知識點二,牛頓第二定律,【情境導學】 小強自己拉車子時,無論怎么用力也難以拉動,最后在小紅的幫助下,他們才將車子拉著前進. (1)小強用力拉車子不動,小強的拉力不產生加速度嗎? (2)他們一起用力的瞬間,車子是否馬上獲得加速度和速度? 答案:(1)小強的拉力產生加速度,但車子不動,則車子所受合力為零,合

7、加速度為零. (2)立即有加速度,但速度為零.,【知識梳理】 1.內容:物體加速度的大小與所受合外力的大小成 ,與物體的質量成 ,加速度方向與合外力方向 . 2.公式:F= ,式中各物理量都采用 單位. 【思考判斷】 1.由牛頓第二定律可知,物體的質量與物體所受合外力成正比,與物體的加速度成反比.( ) 2.物體加速度的大小由物體的質量和物體所受合外力大小決定,與物體的速度大小無關.( ) 3.物體加速度的方向只由它所受合力的方向決定,與速度方向無關.( ),正比,反比,相同,ma,國際制,,,,知識點三,力學單位制,【情境導學】 選哪些單位作為一個學科的基本單位,是人為選定的,選擇

8、的原則是這些物理量在本學科中具有最基本的單位.同時,用這些物理量的單位作基本單位后,應使基本單位的數(shù)目最少.問: (1)在國際單位制中,力學的哪三個物理量的單位作為基本單位? (2)這三個基本單位分別是什么? (3)這三個基本單位符號分別是什么? 答案:(1)長度、質量和時間 (2)米、千克和秒 (3)m,kg和s,【知識梳理】 1.導出單位:利用物理公式由 單位推導出來的其他物理量的單位. 2.國際單位制:由 和 組成. 3.力學中的三個基本單位,基本,基本單位,導出單位,米,m,kg,s,質量,時間,【思考判斷】 1.kg,m,N是基本單位.( ) 2.只有在國際單位制中,牛頓第

9、二定律的表達式才是F=ma.( ) 3.單位N/kg和m/s2是等價的.( ),,,,要點一,感悟解題規(guī)律培養(yǎng)科學思維,實驗:探究加速度與力、質量的關系,1.數(shù)據(jù)處理 (1)加速度和力的關系 作出a-F關系圖象,如圖(甲)所示,由此得出結論. (2)加速度和質量的關系 作出a-m或a- 關系圖象,如圖(乙)所示,據(jù)圖象可以得出結論. (3)實驗結論:物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比,與物體的質量成反比.,,2.注意事項 (1)平衡摩擦力時不要掛重物,整個實驗平衡了摩擦力后,不管以后是改變重物的質量,還是改變小車及砝碼的質量,都不需要重新平衡摩擦力. (2)實驗中必須滿足小車和砝碼的總質

10、量遠大于重物的總質量. (3)釋放時小車應靠近打點計時器且先接通電源再放開小車. (4)作圖象時,要使盡可能多的點在所作直線上,不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側,離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù),可舍去不予考慮.,3.誤差分析,【典例1】 在做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時,計算出各紙帶的加速度后,將測得的反映加速度a和力F的關系的有關資料記錄在表1中,將測得的反映加速度a和質量m的關系的資料列在表2中.,,答案:見解析,,(2)從圖象可以判定:當m一定時,a與F的關系為;當F一定時,a與m的關系為; (3)由a-F圖象可知m=; (4)由a- 圖象可知F=.,解析:(2)從圖象可

11、以看出,當m一定時,a與F成正比例關系;當F一定時,a與m成反比例關系. (3)由a-F圖象可知,m為圖線的斜率的倒數(shù),則m=0.5 kg. (4)由a- 圖象可知,F為圖線的斜率,則F=4 N. 答案:見解析,(1)可以直觀地看出兩個物理量之間的關系,也可以有效地減小實驗誤差,確定并排除實驗中測得的一些錯誤數(shù)據(jù). (2)在實驗中如果發(fā)現(xiàn)一個量x與另一個量y成反比,那么,x就應與 成正比.據(jù)此,可以將反比例函數(shù)的曲線轉化為正比例函數(shù)的直線.,規(guī)律方法,圖象的應用,,,(教師備用) 例1-1:(2016福州模擬)在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中,采用如圖所示的裝置. (1)本實驗應用的

12、實驗方法是. A.控制變量法B.假設法C.理想實驗法,,解析:(1)實驗采用了控制變量法,即先保持物體質量不變,探究加速度與合力的關系,再保持物體受力不變,探究加速度與質量的關系.,答案:(1)A,,(2)下列說法中正確的是. A.在探究加速度與質量的關系時,應改變拉力的大小 B.在探究加速度與外力的關系時,應該改變小車的質量 C.在探究加速度a與質量m的關系時,為了直觀判斷兩者間的關系,應作出a- 圖象 D.當小車的質量遠大于托盤和砝碼的總質量時,才能近似認為細線對小車的拉力大小等于托盤和砝碼的總重力大小,,解析:(2)探究a與m關系時,保持F不變,改變m大小;探究a與F關系時,保持m不變,

13、改變F大小,故選項A,B錯誤;a- 關系圖象為過原點的直線,作出這個圖象容易證明a與m成反比,選項C正確;只有小車的質量遠大于托盤與砝碼的總質量,托盤與砝碼的總重力大小才約等于小車受到的合力大小,選項D正確.,答案:(2)CD,,(3)某同學測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示:(小車質量保持不變),,解析:(3)作出的a-F圖象如圖所示. 由a-F圖象可知,當力F<0.10 N時,小車沒有動,說明此時沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.,答案:(3)圖見解析未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標圖上作出a-F圖象. 圖線不過原點的原因可能是 .,針對訓練1-1 (201

14、7山東師大附中高一月考)在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中: (1)對于本實驗,以下說法中正確的是. A.沙和桶的總質量要遠大于小車的總質量 B.每次改變小車質量后,需要重新平衡摩擦力 C.本實驗主要采用控制變量的方法來研究加速度與力、質量的關系 D.在探究加速度與質量的關系時,作出a- 圖象容易更直觀判斷出二者間的關系,,,解析:(1)對于本實驗,沙和桶的總質量要遠小于小車的總質量,選項A錯誤;每次改變小車質量后,不需要重新平衡摩擦力,選項B錯誤;本實驗主要采用控制變量的方法來研究加速度與力、質量的關系,選項C正確;在探究加速度與質量的關系時,作出a- 圖象容易更直觀判斷出二者間的關系

15、,選項D正確.,,答案:(1)CD,(2)某同學在接通電源進行實驗之前,將實驗器材組裝如圖(甲)所示,下列對此同學操作的判斷正確的是. A.打點計時器不應固定在長木板的最右端,而應固定在靠近定滑輪的那端 B.打點計時器不應使用干電池,而應使用交流電源 C.不應將長木板水平放置,而應在右端墊起合適的高度,平衡摩擦力 D.小車初始位置不應離打點計時器太遠,而應靠近打點計時器放置,,解析:(2)在接通電源之前,打點計時器應固定在長木板的最右端,選項A錯誤;打點計時器不應使用干電池,而應使用交流電源,選項B正確;不應將長木板水平放置,而應在右端墊起合適的高度,平衡摩擦力,選項C正確;小車初始位置不應

16、離打點計時器太遠,而應靠近打點計時器放置,選項D正確.,,答案:(2)BCD,(3)改正實驗裝置后,該同學順利地完成了實驗.如圖(乙)所示在某條紙帶上確定出A,B,C,D,E,F,G共7個計數(shù)點.其相鄰點間還有4個點未畫出.其中s1= 7.05 cm,s2=7.67 cm,s3=8.29 cm,s4=8.91 cm,s5=9.53 cm,s6=10.15 cm. 那么,小車運動的加速度為m/s2(結果保留兩位有效數(shù)字).,,答案:(3)0.62,(4)若在實驗中保持拉力不變,得到了小車加速度隨質量變化的一組數(shù)據(jù),如表所示.,請你在圖(丙)中建立合適的坐標系并畫出能直觀反映出加速度與質量關系的圖

17、線.,,答案:(4)見解析圖,解析:(4)加速度與質量關系的圖線如圖.,,答案:(5)隨著F的增大,不再滿足沙和桶的總質量遠小于小車的總質量,解析:(5)直線發(fā)生明顯彎曲的原因是隨著F的增大,不再滿足沙和桶的總質量遠小于小車的總質量.,(5)若保持小車質量不變,改變沙和沙桶質量,某同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F的變化圖線如圖(丁)所示.此圖中直線發(fā)生明顯彎曲的原因是 .,要點二,對牛頓第二定律的理解,【典例2】 (多選)關于F=ma,下列說法中正確的是( ) A.合力F的大小與物體的質量同物體產生的加速度的乘積的數(shù)值相等 B.加速度a的方向與合力F的方向一致 C.左邊F是力,則右

18、邊的ma也是一個力 D.反映加速度a與F之間的因果關系,,解析:F=ma是牛頓第二定律的表達式,是一個矢量關系式,表明了合力F與加速度a的因果關系,還表明加速度a與合力F的方向始終是相同的,更從數(shù)值上表明了合力F的大小與乘積“ma”的相等關系,故A,B,D都正確.由于“ma”只代表“合力F”使“質量m”產生了“加速度a”的一種效果,“ma”本身不是一個力,故C錯誤.,ABD,(教師備用) 例2-1:(多選)關于牛頓第二定律,下列說法中正確的是( ) A.公式F=ma中,各量的單位可以任意選取 B.某一瞬間的加速度只取決于這一瞬間物體所受的合力,而與這之前或之后的受力無關 C.公式F=ma中,a

19、實際上是作用于物體上的每一個力所產生的加速度的矢量和 D.物體的運動方向一定與它所受合力的方向一致,BC,,,,,解析:F,m,a必須選對應的國際單位,才能寫成F=ma的形式,否則比例系數(shù)k1,故A錯誤.由牛頓第二定律的瞬時性和獨立性可知,B,C均正確.合力的方向只能表示物體速度改變量的方向,與物體速度方向不一定一致,故D錯誤.,,針對訓練2-1 根據(jù)牛頓第二定律,下列敘述正確的是( ) A.物體加速度的大小跟它的質量和速度大小的乘積成反比 B.物體所受合力必須達到一定值時,才能使物體產生加速度 C.物體加速度的大小跟它所受作用力中的任一個力的大小成正比 D.當物體質量改變但其所受合力的水平分

20、力不變時,物體水平加速度大小與其質量成反比,D,解析:由牛頓第二定律知,物體加速度的大小跟物體的質量成反比,跟所受合力的大小成正比,故可判斷選項A,C錯誤;物體所受合力的大小只要不為0,物體就有加速度,選項B錯誤;牛頓第二定律在某一方向上受力仍然適用,選項D正確.,要點三,力學單位制的理解,1.在利用物理公式進行計算時,為了在代入數(shù)據(jù)時不使表達式過于繁雜,要把各個量換算到同一單位制中,這樣計算時就不必一一寫出各量的單位,只要在所求結果后寫上對應的單位即可. 2.物理公式在確定各物理量的數(shù)量關系時,同時也確定了各物理量的單位關系,所以可以根據(jù)物理公式中物理量間的關系,推導出這些物理量的單位.,【

21、典例3】一物體在2 N的合外力作用下,產生10 cm/s2的加速度,求該物 體的質量.下面有幾種不同的求法,其中單位運算正確、簡潔而又規(guī)范的是( ),D,,解析:在進行數(shù)量運算的同時,也要帶著單位進行運算.帶單位運算時,每一個數(shù)據(jù)均要帶上單位,且單位換算要準確.也可以把題中的已知量的單位都用國際單位制中的單位表示,計算的結果就用國際單位制單位表示,這樣在統(tǒng)一已知量的單位后,就不必一一寫出各個量的單位,只在數(shù)字后面寫出正確單位即可.四個選項中,選項A,C錯誤,選項B解題過程正確,但不簡潔,只有選項D運算正確、簡潔而又規(guī)范.,規(guī)律方法 使用統(tǒng)一國際單位制后,物理計算可在結果中直接寫出物理量的單位.

22、,(教師備用) 例3-1:(2016濟南模擬)(多選)下列說法中正確的是( ) A.物體的質量不變,a正比于F,對F和a的單位不限 B.對于相同的合外力,a反比于m,對m與a的單位不限 C.在公式F=ma中,當m和a分別以kg, m/s2作單位時,F必須用 N作單位 D.在公式F=ma中,F,m,a三個量就可以取不同單位制中的單位,ABC,,,,解析:利用控制變量法判斷各個物理量變化的關系時,與單位沒有關系; 牛頓第二定律F=kma中,當質量的單位用kg,加速度的單位用 m/s2,k=1時,F的單位是 N.選項A,B,C正確,D錯誤.,,針對訓練3-1 (2017河北正定中學)有幾個同學在一次

23、運算中,得出了某物體位移s同其質量m、速度v、作用力F和運動時間t的關系式分別如下,其中正確的是( ),D,測評學習效果演練當堂技法,1.(2017貴陽高一期末)(多選)關于運動和力的關系,下列說法中正確的是( ) A.當物體所受合外力不變時,運動狀態(tài)一定不變 B.當物體所受合外力為零時,速度一定不變 C.當物體速度為零時,所受合外力不一定為零 D.當物體運動的加速度為零時,所受合外力不一定為零,,BC,解析:當物體所受合外力不變時,加速度一定不變,速度一定改變,故選項A錯誤;當物體所受合外力為零時,加速度為零,速度不變,故選項B正確;當物體速度為零時,加速度不一定為零,故合力不一定為零,如自

24、由落體運動的初始階段,故選項C正確;當物體運動的加速度為零時,根據(jù)牛頓第二定律,合力一定為零,故選項D錯誤.,2.雨滴在空氣中下落,當速度比較大的時候,它受到的空氣阻力與其速度的二次方成正比,與其橫截面積成正比,即Ff=kSv2,則比例系數(shù)k的單位是( ) A.kg/m4B.kg/m3 C.kg/m2D.kg/m,B,,解析:由Ff=kSv2得k= ,則k的單位為kg/m3,B正確.,,3.(2017江蘇省清江中學高一檢測)大小分別為1 N和7 N的兩個力作用在一個質量為1 kg的物體上,物體能獲得的最小加速度和最大加速度分別是( ) A.1 m/s2和7 m/s2 B.5 m/s2和8 m/

25、s2 C.6 m/s2和8 m/s2 D.0 m/s2和8 m/s2,C,,4.(2017福建泉州四校高一聯(lián)考)為了探究“加速度與力、質量的關系”,現(xiàn)提供如圖(甲)所示實驗裝置.請思考探究思路并回答下列問題:,,解析:(1)為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應采取的做法是將不帶滑輪的木板一端適當墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動,以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消,那么小車的合力就是繩子的拉力,C正確;,(1)為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應采取的做法是. A.將木板不帶滑輪的一端適當墊高,使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動 B.將木板不帶滑輪的一端適當墊高,使小車在鉤碼

26、拉動下恰好做勻加速運動 C.將木板不帶滑輪的一端適當墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速 運動 D.將木板不帶滑輪的一端適當墊高,在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻加速運動,答案:(1)C,,解析:(2)圖象過原點,恰好平衡摩擦力,木板高度合適,A錯誤;在拉力較大時,圖象發(fā)生彎曲,這是由于小車質量沒有遠大于鉤碼質量造成的,B錯誤;a-F圖象在a軸上有截距,是由平衡摩擦力太過造成的,平衡摩擦力時木板墊的過高,C正確;圖象在F軸上有截距,是由于沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的,D錯誤;,(2)某學生在平衡摩擦力時,使得長木板傾角偏大.他所得到的a-F關系圖線是圖(乙)中的哪個圖線?圖中a是小車的加速度,F是細線作用于小車的拉力.答: ;,答案:(2)C,,(3)消除小車與水平木板之間摩擦力的影響后,要用鉤碼總重力代替小車所受的拉力,此時鉤碼質量m與小車總質量M之間應滿足的關系為;,答案:(3)mM,,(4)圖(丙)為某次實驗得到的紙帶,已知實驗所用電源的頻率為50 Hz.根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字),答案:(4)3.2,謝謝觀賞！,