2018-2019版高中物理 第四章 牛頓運動定律 4.3 牛頓第二定律課件 新人教版必修1.ppt

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3牛頓第二定律,1.掌握牛頓第二定律的文字內(nèi)容和表達式。2.理解公式中各物理量的意義及相互關系。3.知道在國際單位制中力的單位“牛頓”是怎樣定義的。4.會用牛頓第二定律的公式進行相關的計算。,一,二,一、牛頓第二定律1.內(nèi)容:物體的加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。2.表達式:F=kma,式中F為物體所受的合力,k是比例系數(shù)。,,,,,,,一,二,在真空中自由下落的蘋果和羽毛如圖所示,它們具有相同的加速度。牛頓第二定律說物體的加速度與質(zhì)量成反比,為什么質(zhì)量不同的物體有相同的加速度呢?提示:當物體受力一定時,加速度才與物體的質(zhì)量成反比。,,一,二,二、力的單位1.單位推導:質(zhì)量m=1kg的物體在某力的作用下獲得的加速度是1m/s2時,我們選取牛頓第二定律表達式F=kma中的k=1,此時,F=kma=1kg1m/s2=1kgm/s2,這個力叫作“一個單位的力”。2.力的單位:為了紀念牛頓,把力的單位kgm/s2叫作牛頓,用符號N表示。即1N=1kgm/s2。3.比例系數(shù)k的含義:k的大小由公式F=kma中F、m、a三者的單位共同決定,三者取不同的單位時,k的數(shù)值不一樣。在國際單位制中,k=1,把牛頓第二定律的數(shù)學表達式簡化為F=ma。因此,在應用公式F=ma進行計算時,F、m、a的單位必須統(tǒng)一為國際單位制中相應的單位。,,,,,,一,二,三,四,一、對牛頓第二定律的理解牛頓第二定律反映了力作用在物體上,產(chǎn)生的加速度跟力及物體質(zhì)量的關系,對于它們之間的關系,應注意以下幾個方面:,一,二,三,四,一,二,三,四,二、如何理解牛頓第一定律和牛頓第二定律的區(qū)別和聯(lián)系1.雖然由牛頓第二定律可以得出,當物體不受外力或所受合力為零時,物體將保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),但是不能說牛頓第一定律是牛頓第二定律的特殊情況。因為牛頓第一定律所描述的是物體不受外力作用時的運動狀態(tài)的,是一種理想情況。牛頓第一定律有其自身的物理意義和獨立地位,它闡明了物體不受外力作用時的運動規(guī)律,同時又引入了慣性的概念,即物體具有保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì)。2.牛頓第一定律是第二定律的基礎。第一定律指出了力和運動的關系:力是改變物體運動狀態(tài)的原因,從而完善了力的內(nèi)涵,但沒有說明力是怎樣改變物體的運動狀態(tài)的,而第二定律則進一步定量地給出了決定物體加速度的因素,揭示了力和物體加速度之間的定量關系。,一,二,三,四,溫馨提示當F=0時,a=0,但不能說牛頓第一定律是牛頓第二定律的特例。牛頓第一定律定性地描述了運動和力的關系,無法用實驗驗證;而牛頓第二定律則是定量地描述了運動和力的關系,即力是產(chǎn)生加速度的原因,而故牛頓第一定律是牛頓第二定律的基礎而非特例。,一,二,三,四,三、運用牛頓第二定律結合力的正交分解法解題正交分解法是把一個矢量分解在兩個互相垂直的坐標軸上的方法,是一種常用的矢量運算方法。其實質(zhì)是將復雜的矢量運算轉(zhuǎn)化為簡單的代數(shù)運算,從而簡捷方便地解題,是解牛頓第二定律問題的一個基本方法。物體在受到三個或三個以上的力的作用時,一般都用正交分解法。為減少矢量的分解,在建立直角坐標系時,應使盡可能多的矢量落在兩個坐標軸上,因此,確定x軸正方向有兩種方法。,一,二,三,四,1.分解力而不分解加速度:通常以加速度的方向為x軸的正方向,建立直角坐標系,將物體所受的各個力分解到x軸和y軸上,分別得x軸和y軸上的合力Fx和Fy,根據(jù)力的獨立作用原理列方程組2.分解加速度而不分解力:若物體受幾個相互垂直的力的作用,應用牛頓定律求解時,如果仍分解力就比較煩瑣,所以在建立直角坐標系時,可根據(jù)物體的受力情況,以某個力的方向為x軸的正方向,使盡可能多的力落在坐標軸上而分解加速度a,得ax和ay,根據(jù)牛頓第二定律列方程組,一,二,三,四,溫馨提示正交分解建立坐標系的原則(1)一般情況:以加速度的方向為一個坐標軸的正方向,垂直于加速度的方向為另一坐標軸的方向。(2)特殊情況:所有力都在兩個互相垂直的方向上,而加速度不在這兩個方向上,建立坐標系時應使各個力都在坐標軸上,即分解加速度而不分解力。,一,二,三,四,四、求瞬時加速度時的幾類力學模型在應用牛頓第二定律求解物體的瞬時加速度時,經(jīng)常會遇到輕繩、輕桿、輕彈簧和橡皮條這些常見的力學模型。全面準確地理解它們的特點,可幫助我們靈活正確地分析問題。這些模型的共同點:都是質(zhì)量可忽略的理想化模型,都會發(fā)生形變而產(chǎn)生彈力,同一時刻其內(nèi)部彈力處處相等且與運動狀態(tài)無關。這些模型的不同點:,一,二,三,四,一,二,三,四,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題1】為了安全行車,某司機在冰雪覆蓋的公路上測試汽車的剎車性能。車速v=36km/h時緊急剎車(可認為車輪不轉(zhuǎn)動),車輪在公路上劃出一道長l=50m的剎車痕跡,g取10m/s2。求:(1)車輪與冰雪路面間的動摩擦因數(shù)μ;(2)若該車以28.8km/h的速度在同樣的路面上行駛,突然發(fā)現(xiàn)正前方停著一輛故障車,為避免兩車相撞,司機至少應在距故障車多遠處采取剎車措施。已知司機發(fā)現(xiàn)故障至實施剎車的反應時間Δt=0.6s。點撥:剎車時汽車在水平方向只受到摩擦力的作用,根據(jù)牛頓第二定律可求得汽車的加速度,然后由運動學公式可求出距離。在反應時間內(nèi),汽車仍在做勻速直線運動,因此所求的距離應為汽車在反應時間內(nèi)通過的距離與減速運動過程中通過的距離之和。,,類型一,類型二,類型三,類型四,答案:(1)0.1(2)36.8m題后反思根據(jù)牛頓第二定律解題時,要注意正確分析物體的受力情況,分析物體的運動過程,然后再選擇合適的規(guī)律解題。,,,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題2】如圖所示,質(zhì)量為m=20kg的物塊受到與水平面成37角,大小為100N的力的作用,在水平地面上以2m/s2的加速度做勻加速直線運動,試分析當撤去力F時,物體的加速度為多少?(cos37=0.8,sin37=0.6,g取10m/s2)點撥:以物塊為研究對象,物塊受到重力、支持力、摩擦力及拉力F的作用,加速度水平向右,豎直方向合力為零。建立平面坐標系,用正交分解法求出物塊受的合力,根據(jù)牛頓第二定律列出方程。,,類型一,類型二,類型三,類型四,解析:設未撤去力F時,物體受力如圖所示。以加速度的方向為x軸正向,建立坐標系。x方向上根據(jù)牛頓第二定律得Fcosθ-Ff=ma所以Ff=Fcosθ-ma=80N-40N=40N。y方向上物體受力平衡,即FN+Fsinθ=mg所以FN=mg-Fsinθ=200N-60N=140N,類型一,類型二,類型三,類型四,當撤去力F時物體受力如圖所示。物體沿原來的方向做勻減速直線運動。則FN=mgFf=μFN=μmg所以由牛頓第二定律答案:2.86m/s2與物體運動方向相反題后反思解牛頓第二定律問題時,常用正交分解法解題,建立坐標系時常以加速度的方向為某一坐標軸的正方向,則另一坐標軸的合力必為零。,,,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題3】如圖所示,質(zhì)量分別為mA和mB的A和B兩球用輕彈簧連接,A球用細線懸掛起來,兩球均處于靜止狀態(tài)。如果將懸掛A球的細線剪斷,此時A和B兩球的瞬間加速度各是多少?點撥:根據(jù)平衡條件求出未剪斷細線時彈簧的彈力大小,再根據(jù)牛頓第二定律求得細線剪斷瞬間A、B球的加速度。,,類型一,類型二,類型三,類型四,解析:由于輕彈簧兩端連著物體,物體要發(fā)生一段位移,需要一定的時間,故剪斷細線瞬間,彈力與斷前相同。先分析平衡(細線未剪斷)時,A和B的受力情況。如圖所示,A球受重力、彈簧彈力F1及繩子拉力F2,且mAg+F1=F2;B球受重力、彈力F1,且F1=mBg。剪斷細線瞬間,F2消失,但彈簧尚未收縮,仍保持原來的形變,F1、F1不變,故B球所受的力不變,此時aB=0,而A球的加速度為,,類型一,類型二,類型三,類型四,題后反思由牛頓第二定律知,F與a具有瞬時對應關系,因此對瞬時加速度分析的關鍵是對物體受力分析,可采取“瞻前顧后”法,即既要分析運動狀態(tài)變化前的受力,又要分析運動狀態(tài)變化瞬間的受力,從而確定加速度。常見力學模型有彈力可以發(fā)生突變的輕桿、輕繩和極短時間內(nèi)彈力來不及變化的輕彈簧和橡皮條等。,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題4】(多選)如圖所示,一輕質(zhì)彈簧一端固定在墻上的O點,自由伸長到B點。今用一小物體把彈簧壓縮到A點(小物體與彈簧不連接),然后釋放,小物體能經(jīng)B點運動到C點而靜止。小物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ恒定,則下列說法正確的是()A.物體從A到B速度越來越大B.物體從A到B速度先增加后減小C.物體從A到B加速度越來越小D.物體從A到B加速度先減小后增加點撥:因為速度變大還是變小,取決于速度方向和加速度方向的關系(當a與v同向時,v增大;當a與v反向時,v減小),而加速度由合力決定,所以要分析v、a的變化情況,必須先分析物體受到的合力的變化情況。,,類型一,類型二,類型三,類型四,解析:物體從A到B的過程中水平方向一直受到向左的滑動摩擦力Ff=μmg,大小不變,還一直受到向右的彈簧的彈力,從某個值逐漸減小為0。開始時,彈力大于摩擦力,合力向右,物體向右加速,隨著彈力的減小,合力越來越小;到A、B間的某一位置時,彈力和摩擦力大小相等、方向相反,合力為0,速度達到最大;隨后,摩擦力大于彈力,合力增大但方向向左,合力方向與速度方向相反,物體開始做減速運動。所以,小物體由A到B的過程中,先做加速度減小的加速運動,后做加速度增加的減速運動,正確選項為B、D。答案:BD題后反思注意分析物體運動時,將復雜過程劃分為幾個簡單的過程,找到運動的轉(zhuǎn)折點是關鍵。對此類運動過程的動態(tài)分析問題,要在受力分析上下功夫。,,,