牛顿第二定律教案(高一物理).pdf

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1、4.34.3 牛顿第二定律牛顿第二定律教学目标教学目标1.1.掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式2.2.理解公式中各物理量的意义及相互关系3.3.知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的4.4.会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算教学重点教学重点1.1.牛顿第二定律2.2.牛顿第二定律的应用教学过程教学过程引入引入师：师：牛顿第一定律告诉我们，力是改变物体运动状态的原因即产生加速度的原因，加速度同时又与物体的质量有关。上一节课的探究实验我们已经看到，小车的加速度可能与所受的合外力成正比，与物体的质量成反比。大量实验和观察到的事实都能得出同样的结论，由此可以总结出一般性的规律：物体加速度

2、的大小跟合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。这就是牛顿第二定律。一、牛顿第二定律：牛顿第二定律：【定义】【定义】：物体加速度的大小跟合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。比例式：比例式：a F或F ma。m等式：等式：F kma其中 k 是比例系数。（公式中的 F 是合外力，而 ma 是作用效果，不要看成力，它们只是大小相等）力的单位力的单位K 是比例常数，那 k 应该是多少呢？这里要指出的是，在 17 世纪，人类已经有了一些基本物理量的计量标准，但还没有规定多大的力为一个单位力，当然也没有力的单位牛顿。科学家们在做与力有关的实验时并没

3、有准确计算力的大小，利用的仅仅是简单的倍数关系。比如当挂一个钩码时，质量为1kg 的小车产生大小为 2m/s 的加速度，当挂两个钩码时，此时小车受力是第一次的两倍，实验结果是小车产生大小为4m/s 的加速度，由此可以得出物体的加速度与所受的合外力成正比（因为还没有规定一个单位的力是多大，所以你也无法知道一个钩码是几个单位的力。比如只有当我们规定了多长的距离为一个单位长度（1m）后才能知道一根棒有几个单位长度即几米。）。由于单位力的大小还没有规定，所以 k 的选择有一定的任意性，只要是常数，它就能正确表示 F 与 m、a 之间的比例关系。（或者反过来讲，如果我们当时已经规定了力的单位为 N，并且

4、规定一个钩码的重量为1N，那么公式中的k 就不具有随意性。在计算时质量的单位用kg，加速度的单位用m/s，当 F m a 三者都取值为单位 1 时有：1N=k*1kg*1m/s而我们知道 1kg*1m/s 表示使质量为 1kg 的物体产生 1m/s 的力，对照上例应该是半个钩码，那 k 就应该等于 2。如果当时规定两个钩码重量为1N 时，那 k 应该是 4。而当规第 1 页共 4 页222222定半个钩码重为 1N 时，k 就是 1 了。所以由于没有规定 1N 的力是多大，k 的值任意的，只要常数就行。既然 k 是任意取的，那取1 将会使公式最简便。当k 值取定后，力的单位理所当然也定下来了：

5、一个单位力=1*1kg*1m/s，即规定了 1N 的力是使质量为 1kg 的物体产生 1m/s 加速度的力。用手托住两个鸡蛋大约就是 1N。从上可知力的单位是 kg*m/s，后来为了纪念牛顿，把kg*m/s 称做“牛顿”，用 N 表示。公式：公式：F ma例例 1 1、一物体质量为 1kg 的物体静置在光滑水平面上，0 时刻开始，用一水平向右的大小为2N 的力 F1拉物体，则（1）物体产生的加速度是多大？2S 后物体的速度是多少？（2）若在 3 秒末给物体加上一个大小也是2N 水平向左的拉力 F2,则物体的加速度是多少？4 秒末物体的速度是多少？（3）3S 内物体的加速度 2m/s 是由力 F

6、1 产生的，3S 后物体的加速度为 0，那是说 3S 后 F1 不再产生加速度了？解：解：（1 1）受力分析知：物体所受的合外力为 F1=2N，则根据公式a 222222NF1GF合2F合 2m/s2；有a m1m从 0 时刻开始做初速度为0，加速度为 2m/s 的匀加速直线运动，据vt v0 at得 2S 末速度为 4m/s。（2）3S 末加上 F2 后，物体所受的合外力为 0，则据a F合有加速度为 0；从 3S 末开始物体做匀速m直线运动，4S 末速度是 4m/s。（3）可以用平等四边形定则进行分解合成的不仅仅是力，所有的矢量均可以用平等四边形定则进行分2解合成，当然也包括加速度。3S

7、后 F1 仍然产生 2m/s 的加速度，不过 F1 产生的加速度与F2 产生的加速度相互抵消，所以总的加速度是0。【牢记】【牢记】：物体受到几个力的作用时，每个力各自独立地使物体产生一个加速度，就像其他力不存在一样，这个性质叫做力的独立性原理。物体的合加速度等于各个分力分别产生的加速度的矢量和；也等于合外力与质量的比值。a合F合mF1 F2 F3 FnF1F2Fn a1 a2 anmmmm例例 2 2：光滑水面上，一物体质量为1kg，初速度为 0，从 0 时刻开始受到一水平向右的接力F，F 随时间变化图如下，要求作出速度时间图象。321v(m/s)第 2 页共 4 页F/N321012t/s3

8、4【牢记】【牢记】：加速度与合外力存在着瞬时对应关系：某一时刻的加速度总是与那一时刻的合外力成正比；有力即有加速度；合外力消失，加速度立刻消失；所以加速度与力一样，可以突变，而速度是无法突变的。例例 3 3、牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例吗？【牢记】【牢记】：牛顿第一定律说明物体的运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因。牛顿第一定律定义了力。正因为知道了在没有力的情况下物体是静止或匀速的，人们才能去研究物体在有力的情况下是如何运动的。所以牛一是牛二的基础，牛二是牛一的扩展。总结分析总结分析【牢记】【牢记】：1 1、F 与 a 的同向性。2 2、F 与 a 的瞬时性。3 3、力的独立性

9、原理。4 4、F 可以突变，a 可以突变，但 v 不能突变。5 5、牛二只适用于惯性参考系6 6、牛二适用于宏观低速运动的物体7 7、a vF是定义式、度量式；a 是决定式。两个加速度公式，一个是纯粹从运动学（现象）tm角度来研究运动；一个从本质内因进行研究。就像农民看云识天气，掌握天气规律，但并不知道云是如何形成的，为什么不同的云代表不同的天气。就像知道有加速度却不知道为何会有。8 8、不能认为牛一是牛二在合外力为0 时的特例。例例 4 4、从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。可是我们用力提一个很重的物体时却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？答：没有矛盾，从a

10、合F合m角度来看，因为提不动，所以静止，则合外力为 0，所以加速度也为 0；从a合 a1 a2 an角度来看，物体受三个力，支持力、重力、向上提的力。这三个力产生的加速度相互抵消，所以合加速度也是0。例例 5 5、某质量为 1100kg 的汽车在平直路面试车，当达到 100kmh 的速度时关闭发动机，经过 70s 停下来，汽车受到的阻力是多大？重新起步加速时牵引力为 2000 N，产生的加速度应为多大？假定试车过程中汽车受到的阻力不变。第 3 页共 4 页例例 6 6、一个物体，质量是2 kg，受到互成 120角的两个力F1和F2的作用。这两个力的大小都是10N，这两个力产生的加速度是多大？二、用牛顿第二定律解题的方法和步骤二、用牛顿第二定律解题的方法和步骤1、明确研究对象（隔离或整体）2、进行受力分析和运动状态分析，画出示意图3、规定正方向或建立直角坐标系，求合力F 合4、列方程求解物体受两个力：合成法F合 ma物体受多个力：正交分解法(沿运动方向和垂直于运动方向分解)Fx maFy 0(运动方向)（垂直于运动方向）第 4 页共 4 页