第三节牛顿第二定律.ppt

复习复习1、为什么说力是物体产生加速度的原因？、为什么说力是物体产生加速度的原因？ 物体有加速度就是速度发生变化，也就是物体有加速度就是速度发生变化，也就是运动状态发生变化。根据牛顿第一定律，物体运动状态发生变化。根据牛顿第一定律，物体运动状态发生变化是因为有外力迫使它改变运运动状态发生变化是因为有外力迫使它改变运动状态。所以力是物体产生加速动状态。所以力是物体产生加速 度的原因。度的原因。2、为什么说质量是物体惯性大小的量度？、为什么说质量是物体惯性大小的量度？ 在外力相同的情况下，质量不同的物体，在外力相同的情况下，质量不同的物体，运动状态改变的难易程度不同。质量大的物体运动状态改变的难易程度不同。质量大的物体，运动状态难改变，惯性大；质量小的物体，运动状态难改变，惯性大；质量小的物体，运动状态易改变，惯性小。所以质量是物体惯运动状态易改变，惯性小。所以质量是物体惯性大小的量度。性大小的量度。决定运动状态改变的因素决定运动状态改变的因素物质的多少物质的多少(质量）质量）物体的物体的合外力合外力内因内因外外因因第三章 牛顿运动定律第三节 牛顿第二定律学习目标： 1.理解加速度与力的关系，知道得出这个理解加速度与力的关系，知道得出这个关系的实验。关系的实验。 2.理解加速度与质量的关系，知道得出这理解加速度与质量的关系，知道得出这个关系的实验。个关系的实验。 3.知道国际单位制中力的单位是怎样定义知道国际单位制中力的单位是怎样定义的。的。 4.理解牛顿第二定律的内容，知道牛顿第理解牛顿第二定律的内容，知道牛顿第二定律表达式的确切含义。二定律表达式的确切含义。 5.会用牛顿第二定律的公式进行计算。会用牛顿第二定律的公式进行计算。一、加速度与外力、质量之间的关系一、加速度与外力、质量之间的关系1、物理学上的研究方法、物理学上的研究方法控制变量法：控制变量法： 为了研究三个量之间的关系，可为了研究三个量之间的关系，可以先保持物体的质量以先保持物体的质量m不变，研究加不变，研究加速度速度a跟外力跟外力F的关系，再保持外力的关系，再保持外力F不变，研究加速度跟质量不变，研究加速度跟质量m的关系，的关系，然后把结果这综合，得出然后把结果这综合，得出a、F、M三三者的关系者的关系。2、研究实验：、研究实验：器材：带有定滑轮的光滑木板、小车、砝码、细绳、小盘装置：如图。mmF2F1mmS2夹子一定：maF1一定：FamFamF Fkmakma 实验结论二、牛顿第二定律：二、牛顿第二定律：内容：物体的加速度跟作用力成正比内容：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，跟物体的质量成反比公式：公式：或 使质量是使质量是1千克的物体产生米秒千克的物体产生米秒加加速度的力，叫做牛顿即速度的力，叫做牛顿即 牛千克牛千克米米秒秒K=1二、牛顿第二定律：二、牛顿第二定律：内容：物体的加速度跟作用力成正内容：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比比，跟物体的质量成反比公式：公式：牛千克牛千克米秒米秒3加速度的方向跟引起这个加速度的加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同力的方向相同三、牛顿第二定律的一般表述：三、牛顿第二定律的一般表述：物体的加速度跟所受的外力的合力成正物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同合外力的方向相同说明：说明：1瞬时性瞬时性：a与与F瞬时对应；瞬时对应；2矢量性：矢量性：a与与F方向相同；方向相同；3. 独立性独立性:每一个力都会产生一个与之相对每一个力都会产生一个与之相对应的加速度。应的加速度。牛顿第二定律的意义： 揭示了力和加速度之间的定量关系。vat牛顿第一定律和牛顿第二定律的关系第一定律只是定性的讨论了物体本身具有的属性，第一定律可以理解成力是改变物体运动状态的原因，第二定律是对第一定律的补充，从定量的角度讨论物体的运动状态改变与力的关系 5 5、 是定义式、度量式；是定义式、度量式； 是决定式。是决定式。Fam1 1下列说法中正确的是：下列说法中正确的是： （ ） . .物体所受合外力为零，物体的速度物体所受合外力为零，物体的速度必为零必为零. .物体所受合外力越大，物体的加速物体所受合外力越大，物体的加速度越大，速度也越大度越大，速度也越大. .物体的速度方向一定与物体受到的物体的速度方向一定与物体受到的合外力的方向一致合外力的方向一致. .物体的加速度方向一定与物体所受物体的加速度方向一定与物体所受到的合外力方向相同到的合外力方向相同D D二二. .利用牛顿第二定律解决实际问题利用牛顿第二定律解决实际问题例例1.1.某质量为某质量为1 000kg1 000kg的汽车在平直路面上试车，当达的汽车在平直路面上试车，当达到到25m/s25m/s的速度时关闭发动机，经过的速度时关闭发动机，经过50s50s停下来，停下来，(1)(1)汽汽车受到的阻力是多大车受到的阻力是多大?(2)?(2)重新起步加速时牵引力为重新起步加速时牵引力为2 000 N2 000 N，产生的加速度应为多大，产生的加速度应为多大?(?(假定试车过程中汽假定试车过程中汽车受到的车受到的阻力不变阻力不变) )F FN NF F阻阻（水平方向的合力）（水平方向的合力）=? =? m =1000kg m =1000kg 已知已知F F合合mamaV V0 0=25m/s ,V=25m/s ,Vt t=0,t=50S=0,t=50S可求：可求：a aF F阻阻分析分析(1)(1)汽车减速时受力情况汽车减速时受力情况F阻（1 1）解：规定初速度方向为正方向）解：规定初速度方向为正方向由运动学公式：由运动学公式：由牛顿第二定律由牛顿第二定律 F F合合=ma=ma阻力大小为阻力大小为500N500Nt0VVat得2025m/sa0.5m/s50s 2FF1000kg ( 0.5m/s )500N 合阻汽车重新加速时的受力情况汽车重新加速时的受力情况F FN NF F阻阻F FGF=2 000 NF=2 000 NF F阻阻=500N=500NF F合合=F-F=F-F阻阻F F合合mama可求出可求出a a解：解：F F合合=F-F=F-F阻阻=2000N- 500N=1500N=2000N- 500N=1500N根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律 F F合合=ma=ma解得解得:a=1.5m/s:a=1.5m/s2 2练习练习1.1.一个物体，质量是一个物体，质量是2kg2kg，受到互成，受到互成120120o o角的两个力角的两个力F F1 1和和F F2 2的作用。这两个力的大小都是的作用。这两个力的大小都是10N10N，这个物体的加，这个物体的加速度是多少？速度是多少？F F1 1F F2 20 0F F加速度的方向和合力方向相同。加速度的方向和合力方向相同。解：解：1222FFFF10NF10am/s5m/sm2合合合、 、构成了一个等边三角形，故例例2.2.一个质量为一个质量为2kg2kg的物体同时受到两个力的作用，这两的物体同时受到两个力的作用，这两个力的大小分别为个力的大小分别为2N2N和和6N6N，当两个力的方向发生变化时，当两个力的方向发生变化时，物体的加速度大小可能为物体的加速度大小可能为( )( )A A1m1ms s2 2 B B2m2ms s2 2 C C3m3msq Dsq D4m4ms s2 2练习练习2.2.一静止木箱质量为一静止木箱质量为m m，与水平地面间的动摩擦因数，与水平地面间的动摩擦因数为为，现用斜向右下方与水平方向成，现用斜向右下方与水平方向成角的力角的力F F推木箱，推木箱，求经过求经过t t秒时木箱的速度。秒时木箱的速度。水平方向：水平方向：FcosFcos f=maf=maG GF FN Nf fF F1 1=FCos=FCosF F2 2=FSin=FSin竖直方向：竖直方向：N NG GFsinFsin=0=0 f= f= N VN Vt t=V=V0 0+at=at+at=at例例3.3.从牛顿第二定律可知，无论怎样小的力都可以使物从牛顿第二定律可知，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，可是，蚂蚁用力却推不动放在水平面上体产生加速度，可是，蚂蚁用力却推不动放在水平面上的一块砖，这跟牛顿第二定律有没有矛盾？为什么？的一块砖，这跟牛顿第二定律有没有矛盾？为什么？答：答：这与牛顿第二定律不矛盾。这与牛顿第二定律不矛盾。牛顿第二定律的内容是物体所受到的合外力与加速度的牛顿第二定律的内容是物体所受到的合外力与加速度的关系。关系。蚂蚁的推力与砖块受到摩擦力的合力为零故没有推动砖蚂蚁的推力与砖块受到摩擦力的合力为零故没有推动砖块。块。三、用牛顿第二定律解题的方法和步骤三、用牛顿第二定律解题的方法和步骤1 1、明确研究对象（隔离或整体）。、明确研究对象（隔离或整体）。2 2、进行受力分析和运动状态分析，画出示意图。、进行受力分析和运动状态分析，画出示意图。3 3、规定正方向或建立直角坐标系，求合力、规定正方向或建立直角坐标系，求合力F F合。合。物体受两个力：物体受两个力： 合成法合成法 F F合合=ma=ma物体受多个力：物体受多个力： 正交分解法正交分解法xFmayF0（沿加速度方向）（沿加速度方向）（垂直于加速度方向）（垂直于加速度方向）4 4、列方程求解、列方程求解对牛顿第二定律的几点说明对牛顿第二定律的几点说明1.1.物体所受合外力的方向决定了其加速度的方向，合外物体所受合外力的方向决定了其加速度的方向，合外力与加速度的大小关系是力与加速度的大小关系是F Fmama，只要有合外力，不管速，只要有合外力，不管速度是大还是小，或是零，都有加速度，只要合外力为零，度是大还是小，或是零，都有加速度，只要合外力为零，则加速度为零，与速度的大小无关只有速度的变化率则加速度为零，与速度的大小无关只有速度的变化率才与合外力有必然联系才与合外力有必然联系2.2.合力与速度同向时，物体做加速运动，反之减速合力与速度同向时，物体做加速运动，反之减速3.3.力与运动关系：力是改变物体运动状态的原因，即力力与运动关系：力是改变物体运动状态的原因，即力加速度加速度速度变化速度变化( (运动状态变化运动状态变化) )，物体所受到的合，物体所受到的合外力决定了物体加速度的大小，而加速度的大小决定了外力决定了物体加速度的大小，而加速度的大小决定了单位时间内速度变化量的大小，加速度的大小与速度大单位时间内速度变化量的大小，加速度的大小与速度大小无必然的联系小无必然的联系特别提醒：特别提醒：物体的加速度的方向与物体所受的合外力是瞬时对应关物体的加速度的方向与物体所受的合外力是瞬时对应关系，即系，即a a与合力与合力F F方向总是相同，但速度方向总是相同，但速度v v的方向不一定与的方向不一定与合外力的方向相同合外力的方向相同例例4.4.如图所示，沿水平方向做如图所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向挂小球的悬线偏离竖直方向3737角，球和车厢相对静止，角，球和车厢相对静止，球的质量为球的质量为1kg.(g1kg.(g10m/s10m/s2 2，sin37sin370.60.6，cos37cos370.8)0.8)(1)(1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况(2)(2)求悬线对球的拉力求悬线对球的拉力解析：解析：(1)(1)球和车厢相对静止，它们的球和车厢相对静止，它们的运动情况相同，由于对球的受力情况运动情况相同，由于对球的受力情况知道的较多，故应以球为研究对象，知道的较多，故应以球为研究对象，球受两个力作用：重力球受两个力作用：重力mgmg和线的拉力和线的拉力F F，由于球随车一起沿水平方向做匀，由于球随车一起沿水平方向做匀变速直线运动，合外力沿水平方向，变速直线运动，合外力沿水平方向，故其加速度沿水平方向故其加速度沿水平方向y yx xmgmg3737F F规律方法：规律方法：解答本题的关键是根据小球的加速度方向，解答本题的关键是根据小球的加速度方向，判断出物体所受合力的方向，然后画出平行四边形，解判断出物体所受合力的方向，然后画出平行四边形，解其中的三角形就可求得结果其中的三角形就可求得结果练习练习4.4.如图所示，一个铁球从竖直在地面上的轻质弹簧的如图所示，一个铁球从竖直在地面上的轻质弹簧的正上方某处自由落下，接触弹簧后将弹簧弹性压缩从它正上方某处自由落下，接触弹簧后将弹簧弹性压缩从它接触弹簧开始到弹簧压缩到最短的过程中，小球的速度和接触弹簧开始到弹簧压缩到最短的过程中，小球的速度和受到的合外力的变化情况是受到的合外力的变化情况是 ( () )A A合力变小，速度变小合力变小，速度变小B B合力变小，速度变大合力变小，速度变大C C合力先变小后变大，速度先变小后变大合力先变小后变大，速度先变小后变大D D合力先变小后变大，速度先变大后变小合力先变小后变大，速度先变大后变小分析：分析：抓住合外力的变化情况，分析加速度及速度的变化抓住合外力的变化情况，分析加速度及速度的变化情况是分析动态问题的主线情况是分析动态问题的主线解析：解析：铁球接触弹簧前，做自由落体运动，有一向下的速铁球接触弹簧前，做自由落体运动，有一向下的速度铁球接触弹簧后，在整个压缩弹簧的过程中，仅受重度铁球接触弹簧后，在整个压缩弹簧的过程中，仅受重力力G G和弹簧弹力和弹簧弹力F F的作用开始压缩时，弹簧的弹力的作用开始压缩时，弹簧的弹力F F小于小于物体的重力物体的重力G G，合外力向下，铁球向下做加速运动但随，合外力向下，铁球向下做加速运动但随着铁球向下运动，弹簧形变量增大，弹力随之增大，合外着铁球向下运动，弹簧形变量增大，弹力随之增大，合外力减小，加速度减小，但速度增大当弹簧弹力增至与重力减小，加速度减小，但速度增大当弹簧弹力增至与重力相等的瞬间，合力为零，加速度为零，速度最大此后，力相等的瞬间，合力为零，加速度为零，速度最大此后，弹簧弹力继续增大，弹力大于重力，合力向上且逐渐增大，弹簧弹力继续增大，弹力大于重力，合力向上且逐渐增大，加速度向上且逐渐增大，直至铁球速度逐渐减小为零，此加速度向上且逐渐增大，直至铁球速度逐渐减小为零，此时弹簧压缩量最大选时弹簧压缩量最大选D.D.一、牛顿第二定律的内容及表达式一、牛顿第二定律的内容及表达式二、对牛顿第二定律的理解：二、对牛顿第二定律的理解：同体性、瞬时性、矢量性同体性、瞬时性、矢量性三、运用牛顿第二定律解题三、运用牛顿第二定律解题解析：解析：根据牛顿第二定律，如果一个物体同时受到几个力根据牛顿第二定律，如果一个物体同时受到几个力的作用，物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，题目的作用，物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，题目所给的两个力大小分别为所给的两个力大小分别为2N2N和和6N6N，当两个力的方向相同时，当两个力的方向相同时合力最大，最大值为合力最大，最大值为2 26 68 8（N N），当两个力方向相反时），当两个力方向相反时合力最小，最小值为合力最小，最小值为6 62 24 4（N N），当两个力的方向既不），当两个力的方向既不相同，也不相反时，合力的大小大于相同，也不相反时，合力的大小大于4N4N而小于而小于8N8N，所以两，所以两个力的方向发生变化时，合力的大小个力的方向发生变化时，合力的大小4N4N F F 8 N8 N根据牛顿第二定律可得根据牛顿第二定律可得a=Fa=F合合/m/m，当两个力取不同的方向，当两个力取不同的方向时，物体的加速度大小时，物体的加速度大小所以，答案应选择所以，答案应选择B B、C C、D D222m/sa4m/s 4.某静止物体受一对平衡力某静止物体受一对平衡力作用，现将其中一个力先减小作用，现将其中一个力先减小到零后再增大恢复到原来的大到零后再增大恢复到原来的大小，方向保持不变，另一个力小，方向保持不变，另一个力保持不变，试分析在此过程中，保持不变，试分析在此过程中，该物体的加速度和速度变化情该物体的加速度和速度变化情况如何？况如何？例：质量为例：质量为8103千克的汽车，在水平的公路千克的汽车，在水平的公路上沿直线行驶，汽车的牵引力为上沿直线行驶，汽车的牵引力为1.45104牛，牛，所受阻力为所受阻力为2.5 103牛牛求：汽车前进时的加速度求：汽车前进时的加速度解题步骤：解题步骤：研究对象：研究对象： 汽车汽车受力分析受力分析建立坐标系建立坐标系由由F合合ma列方程列方程解得：解得：a.解:对 ,受力分析如图. 建立如图所示坐标系.由牛顿第二定律得:解得:解题格式：F-f=maNGFf汽车a=1.5 m/s2 例：质量为例：质量为8103千克的汽车，在水平的公路上沿直千克的汽车，在水平的公路上沿直线行驶，汽车的牵引力为线行驶，汽车的牵引力为1.45104牛，所受阻力为牛，所受阻力为2.5 103牛牛求：汽车前进时的加速度求：汽车前进时的加速度0 0.05 0.1 0.15 0.201.4 1.21.00.80.60.4 0.2 a （m/s2）F(N)0 100 200 300 4000.35 0.300.250.200.150.10 0.05 m/g0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.0050.35 0.300.250.200.150.10 0.05 a（m/s2）1/m