2018-2019高中物理 第四章 力與運(yùn)動(dòng) 第四節(jié) 牛頓第二定律學(xué)案 粵教版必修1.doc
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第四節(jié) 牛頓第二定律 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解數(shù)據(jù)采集器在探究牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中的作用.2.理解牛頓第二定律的內(nèi)容和公式的確切含義.3.知道力的國(guó)際單位“牛頓”的定義,理解1 N大小的定義.4.會(huì)用牛頓第二定律的公式處理力與運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題. 一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的過(guò)程及結(jié)果分析 1.數(shù)據(jù)采集器:通過(guò)各種不同的傳感器,將各種物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)記錄在計(jì)算機(jī)中. 2.位置傳感器記錄的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (1)保持滑塊的質(zhì)量m不變、改變拉力F,可得到滑塊的速度-時(shí)間圖象,經(jīng)分析可得,物體的加速度與合外力之間的關(guān)系:a∝F. (2)保持拉力F不變,改變滑塊的質(zhì)量m,可得到滑塊的速度-時(shí)間圖象,經(jīng)分析可得,物體的加速度和質(zhì)量的關(guān)系:a∝. 二、牛頓第二定律及其數(shù)學(xué)表示 1.內(nèi)容:物體的加速度跟所受合外力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同. 2.表達(dá)式:a=k,當(dāng)物理量的單位都使用國(guó)際單位制時(shí),表達(dá)式為F=ma. 3.力的單位“牛頓”的定義:國(guó)際上規(guī)定,質(zhì)量為1 kg的物體獲得1 m/s2的加速度時(shí),所受的合外力為1 N. 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)由F=ma可知,物體所受的合外力與物體的質(zhì)量成正比,與物體的加速度成反比.() (2)公式F=ma中,各量的單位可以任意選取.() (3)使質(zhì)量是1 kg的物體產(chǎn)生1 m/s2的加速度的力叫做1 N.(√) (4)公式F=ma中,a實(shí)際上是作用于物體上每一個(gè)力所產(chǎn)生的加速度的矢量和.(√) (5)物體的運(yùn)動(dòng)方向一定與它所受合外力的方向一致.() 一、對(duì)牛頓第二定律的理解 (1)從牛頓第二定律可知,無(wú)論多么小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度,可是,我們用力提一個(gè)很重的箱子,卻提不動(dòng)它,這跟牛頓第二定律有無(wú)矛盾?為什么? (2)從勻速上升的氣球上掉下一個(gè)物體(不計(jì)空氣阻力),物體離開氣球的瞬間,物體的加速度和速度情況如何? 答案 (1)不矛盾.因?yàn)榕nD第二定律中的力是指合外力.我們用力提一個(gè)放在地面上很重的箱子,沒(méi)有提動(dòng),箱子受到的合力F=0,故箱子的加速度為零,箱子仍保持不動(dòng),所以上述現(xiàn)象與牛頓第二定律并沒(méi)有矛盾. (2)物體離開氣球瞬間物體只受重力,加速度大小為g,方向豎直向下;速度方向向上,大小與氣球速度相同. 1.表達(dá)式F=ma的理解 (1)單位統(tǒng)一:表達(dá)式中F、m、a三個(gè)物理量的單位都必須是國(guó)際單位. (2)F的含義:F是合力時(shí),加速度a指的是合加速度,即物體的加速度;F是某個(gè)力時(shí),加速度a是該力產(chǎn)生的加速度. 2.牛頓第二定律的六個(gè)性質(zhì) 性質(zhì) 理解 因果性 力是產(chǎn)生加速度的原因,只要物體所受的合力不為0,物體就具有加速度 矢量性 F=ma是一個(gè)矢量式.物體的加速度方向由它受的合力方向決定,且總與合力的方向相同 瞬時(shí)性 加速度與合外力是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系,同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)變化,同時(shí)消失 同體性 F=ma中,m、a都是對(duì)同一物體而言的 獨(dú)立性 作用在物體上的每一個(gè)力都產(chǎn)生加速度,物體的實(shí)際加速度是這些加速度的矢量和 相對(duì)性 物體的加速度是相對(duì)于慣性參考系而言的,即牛頓第二定律只適用于慣性參考系 例1 (多選)下列對(duì)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(shuō)明當(dāng)物體有加速度時(shí),物體才受到外力的作用 C.加速度的方向總跟合外力的方向一致 D.當(dāng)合外力停止作用時(shí),加速度隨之消失 答案 CD 解析 雖然F=ma,但m與a無(wú)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,A、B錯(cuò)誤,C、D正確. 【考點(diǎn)】牛頓第二定律的理解 【題點(diǎn)】對(duì)牛頓第二定律的理解 合外力、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.只要物體所受的合外力不為零,就會(huì)產(chǎn)生加速度.加速度與合外力方向是相同的,大小與合外力成正比. 2.力與速度無(wú)因果關(guān)系:合外力方向與速度方向可以相同,可以相反,還可以有夾角.合外力方向與速度方向相同時(shí),物體做加速運(yùn)動(dòng),反向時(shí)物體做減速運(yùn)動(dòng). 3.兩個(gè)加速度公式的區(qū)別 a=是加速度的定義式,是比值定義法定義的物理量,a與v、Δv、Δt均無(wú)關(guān);a=是加速度的決定式,加速度由其受到的合外力和質(zhì)量決定. 例2 (多選)初始時(shí)靜止在光滑水平面上的物體,受到一個(gè)逐漸減小的方向不變的水平力的作用,則這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)情況為 ( ) A.速度不斷增大,但增大得越來(lái)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 AC 解析 水平面光滑,說(shuō)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,合外力也逐漸減小,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. 【考點(diǎn)】牛頓第二定律的理解 【題點(diǎn)】合外力、加速度、速度的關(guān)系 二、牛頓第二定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用 1.解題步驟 (1)確定研究對(duì)象. (2)進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)情況分析,作出受力和運(yùn)動(dòng)的示意圖. (3)求合力F或加速度a. (4)根據(jù)F=ma列方程求解. 2.解題方法 (1)矢量合成法:若物體只受兩個(gè)力作用,應(yīng)用平行四邊形定則求這兩個(gè)力的合力,加速度的方向即物體所受合力的方向. (2)正交分解法:當(dāng)物體受多個(gè)力作用時(shí),常用正交分解法求物體所受的合外力. ①建立坐標(biāo)系時(shí),通常選取加速度的方向作為某一坐標(biāo)軸的正方向(也就是不分解加速度),將物體所受的力正交分解后,列出方程Fx=ma,F(xiàn)y=0. ②特殊情況下,若物體的受力都在兩個(gè)互相垂直的方向上,也可將坐標(biāo)軸建立在力的方向上,正交分解加速度a.根據(jù)牛頓第二定律列方程求解. 例3 如圖1所示,沿水平方向做勻變速直線運(yùn)動(dòng)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(duì)靜止,小球的質(zhì)量為1 kg,不計(jì)空氣阻力.(g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8) 圖1 (1)求車廂運(yùn)動(dòng)的加速度并說(shuō)明車廂的運(yùn)動(dòng)情況; (2)求懸線對(duì)小球的拉力大小. 答案 (1)7.5 m/s2,方向水平向右 車廂可能水平向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)或水平向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng) (2)12.5 N 解析 解法一(矢量合成法) (1)小球和車廂相對(duì)靜止,它們的加速度相同.以小球?yàn)檠芯繉?duì)象,對(duì)小球進(jìn)行受力分析如圖甲所示,小球所受合力為F合=mgtan 37. 由牛頓第二定律得小球的加速度為 a==gtan 37=g=7.5 m/s2,加速度方向水平向右.車廂的加速度與小球相同,車廂做的是水平向右的勻加速直線運(yùn)動(dòng)或水平向左的勻減速直線運(yùn)動(dòng). (2)由圖可知,懸線對(duì)球的拉力大小為FT==12.5 N. 解法二(正交分解法) (1)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:FTx=ma y方向:FTy-mg=0 即FTsin 37=ma FTcos 37-mg=0 解得a=g=7.5 m/s2 加速度方向水平向右.車廂的加速度與小球相同,車廂做的是水平向右的勻加速直線運(yùn)動(dòng)或水平向左的勻減速直線運(yùn)動(dòng). (2)由(1)中所列方程解得懸線對(duì)球的拉力大小為 FT==12.5 N. 【考點(diǎn)】牛頓第二定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用 【題點(diǎn)】水平面上加速度的求解 例4 如圖2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的斜向上的力拉物體,使物體沿水平面做勻加速運(yùn)動(dòng)(g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8). 圖2 (1)若水平面光滑,物體的加速度是多大? (2)若物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,物體的加速度大小是多少? 答案 (1)8 m/s2 (2)6 m/s2 解析 (1)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 (2)水平面不光滑時(shí),物體的受力情況如圖乙所示 Fcos 37-f=ma2 FN′+Fsin 37=mg f=μFN′ 聯(lián)立解得a2=6 m/s2. 【考點(diǎn)】牛頓第二定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用 【題點(diǎn)】水平面上加速度的求解 1.(對(duì)牛頓第二定律的理解)關(guān)于牛頓第二定律,以下說(shuō)法中正確的是( ) A.由牛頓第二定律可知,加速度大的物體,所受的合外力一定大 B.牛頓第二定律說(shuō)明了:質(zhì)量大的物體,其加速度一定小 C.由F=ma可知,物體所受到的合外力與物體的質(zhì)量成正比 D.對(duì)同一物體而言,物體的加速度與物體所受到的合外力成正比,而且在任何情況下,加速度的方向始終與物體所受的合外力方向一致 答案 D 解析 加速度是由合外力和質(zhì)量共同決定的,故加速度大的物體,所受合外力不一定大,質(zhì)量大的物體,加速度不一定小,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;物體所受到的合外力與物體的質(zhì)量無(wú)關(guān),故C錯(cuò)誤;由牛頓第二定律可知,物體的加速度與物體所受到的合外力成正比,并且加速度的方向與合外力方向一致,故D選項(xiàng)正確. 2.(合外力、加速度、速度的關(guān)系)物體在與其初速度方向相同的合外力作用下運(yùn)動(dòng),取v0方向?yàn)檎龝r(shí),合外力F隨時(shí)間t的變化情況如圖3所示,則在0~t1這段時(shí)間內(nèi)( ) 圖3 A.物體的加速度先減小后增大,速度也是先減小后增大 B.物體的加速度先增大后減小,速度也是先增大后減小 C.物體的加速度先減小后增大,速度一直在增大 D.物體的加速度先減小后增大,速度一直在減小 答案 C 解析 由題圖可知,物體所受合力F隨時(shí)間t的變化是先減小后增大,根據(jù)牛頓第二定律得:物體的加速度先減小后增大.由于合外力F方向與速度方向始終相同,所以物體加速度方向與速度方向一直相同,所以速度一直在增大,選項(xiàng)C正確. 3.(水平面上加速度的求解)如圖4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(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,物體受到大小為20 N、與水平方向成37角斜向下的推力F作用時(shí),沿水平方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng),求物體加速度的大小.(g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8) 圖4 答案 5 m/s2 解析 取物體為研究對(duì)象,受力分析如圖所示,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:FN=mg+Fsin 37 ② 又因?yàn)椋篺=μFN ③ 聯(lián)立①②③得:a=5 m/s2 4.(斜面上加速度的求解)如圖5所示,一個(gè)物體從斜面的頂端由靜止開始下滑,傾角θ=30,斜面始終靜止不動(dòng),重力加速度g=10 m/s2. 圖5 (1)若斜面光滑,求物體下滑過(guò)程的加速度有多大? (2)若斜面不光滑,物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=,物體下滑過(guò)程的加速度又是多大? 答案 (1)5 m/s2 (2)2.5 m/s2 解析 (1)根據(jù)牛頓第二定律得:mgsin θ=ma1 所以a1=gsin θ=10 m/s2=5 m/s2 (2)物體受重力、支持力和摩擦力,根據(jù)牛頓第二定律得 mgsin θ-f=ma2 FN=mgcos θ f=μFN 聯(lián)立解得:a2=gsin θ-μgcos θ=2.5 m/s2. 一、選擇題 考點(diǎn)一 牛頓第二定律的理解 1.(多選)下列關(guān)于牛頓第二定律的說(shuō)法中正確的是( ) A.物體的加速度大小由物體的質(zhì)量和物體所受的合力大小決定,與物體的速度無(wú)關(guān) B.物體的加速度方向只由它所受的合力方向決定,與速度方向無(wú)關(guān) C.物體所受的合力方向和加速度方向及速度方向總是相同的 D.一旦物體所受的合力為零,則運(yùn)動(dòng)物體的加速度立即為零,其運(yùn)動(dòng)也就逐漸停止了 答案 AB 解析 根據(jù)牛頓第二定律,物體的加速度的大小由合力的大小和質(zhì)量決定,加速度的方向由合力的方向決定,二者方向一定相同,而加速度的大小和方向與物體的速度的大小和方向無(wú)關(guān);根據(jù)牛頓第二定律的瞬時(shí)性特征,合力一旦為零,則加速度立即為零,速度不發(fā)生變化,物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A、B正確,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤. 【考點(diǎn)】牛頓第二定律的理解 【題點(diǎn)】對(duì)牛頓第二定律的理解 2.如圖1為第八屆珠海航展上中國(guó)空軍“八一”飛行表演隊(duì)駕駛“殲-10”戰(zhàn)機(jī)大仰角沿直線加速爬升的情景.則戰(zhàn)機(jī)在爬升過(guò)程中所受合力方向( ) 圖1 A.豎直向上 B.與速度方向相同 C.與速度方向相反 D.與速度方向垂直 答案 B 3.一物塊靜止在粗糙的水平桌面上.從某時(shí)刻開始,物塊受到一方向不變的水平拉力作用.假設(shè)物塊與桌面間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力.以a表示物塊的加速度大小,F(xiàn)表示水平拉力的大小.能正確描述F與a之間關(guān)系的圖象是( ) 答案 C 解析 物塊在水平方向上受到拉力和摩擦力的作用,根據(jù)牛頓第二定律,有F-f=ma,即F=ma+f,該關(guān)系為線性函數(shù).符合該函數(shù)關(guān)系的圖象為C. 4.物體在力F作用下運(yùn)動(dòng),F(xiàn)的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向一致,其F-t圖象如圖2所示,則物體( ) 圖2 A.在t1時(shí)刻速度最大 B.在0~t1時(shí)間內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng) C.從t1時(shí)刻后便開始返回運(yùn)動(dòng) D.在0~t2時(shí)間內(nèi),速度一直在增大 答案 D 解析 根據(jù)牛頓第二定律得,物體質(zhì)量不變,力越大時(shí),加速度越大,由題圖可知0~t1時(shí)間內(nèi)力F逐漸增大,加速度逐漸增大,t1時(shí)刻力F最大,加速度最大,所以0~t1時(shí)間內(nèi)物體做加速度逐漸增大的變加速運(yùn)動(dòng),B錯(cuò)誤;t1時(shí)刻后力F開始減小,但方向未發(fā)生變化,所以物體繼續(xù)向前加速運(yùn)動(dòng),A、C錯(cuò)誤,D正確. 【考點(diǎn)】牛頓第二定律的理解 【題點(diǎn)】合外力、加速度、速度的關(guān)系 考點(diǎn)二 牛頓第二定律的應(yīng)用 5.如圖3所示,質(zhì)量m=10 kg的物體,在水平地面上向左運(yùn)動(dòng),物體與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,與此同時(shí),物體受到一個(gè)水平向右的推力F=20 N的作用,則物體的加速度為(取g=10 m/s2)( ) 圖3 A.0 B.4 m/s2,水平向右 C.2 m/s2,水平向右 D.2 m/s2,水平向左 答案 B 解析 物體受到的滑動(dòng)摩擦力大小f=μmg=20 N,方向水平向右,物體受到的合外力F合=F+f=40 N,方向水平向右,根據(jù)牛頓第二定律:F合=ma,a=4 m/s2,方向水平向右. 【考點(diǎn)】牛頓第二定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用 【題點(diǎn)】水平面上加速度的求解 6.在靜止的車廂內(nèi),用細(xì)繩a和b系住一個(gè)小球,繩a斜向上拉,繩b水平拉,如圖4所示,現(xiàn)讓車從靜止開始向右做勻加速運(yùn)動(dòng),小球相對(duì)于車廂的位置不變,與小車靜止時(shí)相比,繩a、b的拉力Fa、Fb的變化情況是( ) 圖4 A.Fa變大,F(xiàn)b不變 B.Fa變大,F(xiàn)b變小 C.Fa不變,F(xiàn)b變小 D.Fa不變,F(xiàn)b變大 答案 C 解析 以小球?yàn)檠芯繉?duì)象,分析受力情況,如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律得, 水平方向:Fasin α-Fb=ma ① 豎直方向:Facos α-mg=0 ② 由題知α不變,由②分析知Fa不變,由①知,F(xiàn)b=Fasin α-ma- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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