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1、高中物理牛顿第二定律本讲稿第一页，共三十五页一、教学目标一、教学目标1.掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式；2.理解公式中各物理量的意义及相互关系；3.知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的4.培养学生的实验能力、概括能力和分析推理能力5.渗透物理学研究方法的教育 本讲稿第二页，共三十五页上节课实验探讨上节课实验探讨其数学表达式是：其数学表达式是：(其中其中k k为比例常数为比例常数)力对物体产生的加速度跟力对物体产生的加速度跟作用力成正比作用力成正比,跟物体的跟物体的质量成反比质量成反比加速度的方向加速度的方向跟引起这个加速度的跟引起这个加速度的力的方向相同力的方向相同 aa或或F
2、=KmaF=Kma在国际单位制中，力的单位是牛顿。牛顿这个单位就是这样定义的：在国际单位制中，力的单位是牛顿。牛顿这个单位就是这样定义的：使质量是使质量是1kg1kg的物体产生的物体产生1m/s1m/s2 2的加速度的力为的加速度的力为1N1N，即，即1N=1kgm/s1N=1kgm/s2 2。可见，如果可见，如果F=KmaF=Kma中都用国际单位制中的单位，就可以使中都用国际单位制中的单位，就可以使k=1k=1，那，那么公式则简化为么公式则简化为F=maF=ma，这就是牛顿第二定律的数学公式。，这就是牛顿第二定律的数学公式。本讲稿第三页，共三十五页2、牛顿第二定律的推广、牛顿第二定律的推广当
3、物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律也是正确的，不过这当物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律也是正确的，不过这时时F代表的是物体代表的是物体所受外力的合力所受外力的合力。牛顿第二定律更一般的表。牛顿第二定律更一般的表述是：述是：1 1、牛顿第二定律的内容、牛顿第二定律的内容:其数学表达式是：其数学表达式是：牛顿第二定律牛顿第二定律物体的加速度跟物体的加速度跟作用力成正比作用力成正比,跟物体的跟物体的质量成反比质量成反比加速度的方向加速度的方向跟引起这个加速度的跟引起这个加速度的力的方向相同力的方向相同 F=ma物体的物体的加速度加速度跟所受的外力的跟所受的外力的合力成正比合力成正比，跟，跟物体
4、的物体的质量成反比质量成反比加速度的方向加速度的方向跟跟合外力的方向相同合外力的方向相同数学表达式是：数学表达式是：F合合=ma本讲稿第四页，共三十五页 F合合与与a均是对均是对同一研究对象同一研究对象，F合合中的每中的每一个力均应是一个力均应是同一研究对象所受的力同一研究对象所受的力牛顿第二定律的理解应注意五点：牛顿第二定律的理解应注意五点：1 1、F F合合表示的是物体所受的表示的是物体所受的合外力合外力，而不是其中的，而不是其中的一个力或几个力一个力或几个力2、矢量性矢量性：3 3、瞬时性瞬时性：即公式中的即公式中的F合合与与a都是矢量，且二者方向相都是矢量，且二者方向相同同 即物体在某
5、一时刻的加速度与该时刻的即物体在某一时刻的加速度与该时刻的合外力相关。合外力合外力相关。合外力恒定不变恒定不变，加速度也，加速度也恒定不恒定不变变；合外力；合外力随时间变化随时间变化，加速度也，加速度也随时间变化随时间变化；合外力在某时刻合外力在某时刻停止作用停止作用，加速度也，加速度也随即消失随即消失4 同一性：同一性：5、独立性独立性:力力F对物体产生的对物体产生的加速度加速度a只与只与力力F有关有关,与物体受到的其它力无关与物体受到的其它力无关 本讲稿第五页，共三十五页牛顿第二定律以简单的数学形式表明了运动和牛顿第二定律以简单的数学形式表明了运动和力的关系使我们能够把物体的运动情况和力的
6、关系使我们能够把物体的运动情况和受力情况有机地联系起来受力情况有机地联系起来.7定律的物理意义定律的物理意义6.相对性相对性：自然界中存在着一种坐标系坐标系，在这种坐标系中，当物体不受力时将保持匀速直线运动匀速直线运动或静止状态，这样的坐标系叫惯性参照系。地面和相对于地面静止或作匀速直线运动的物体可以看作是惯性参照系，牛顿定牛顿定律律只在惯性参照系中才成立。本讲稿第六页，共三十五页应用举例应用举例例例1 1、从牛顿第二定律知道，无论怎样小的、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，这跟牛顿提一个很
7、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？第二定律有无矛盾？为什么？答：答：没有矛盾，由公式没有矛盾，由公式F合合=ma看，看，F合合为合外力，为合外力，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，这无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，这个力应是合外力。现用力提一很重的物体时，个力应是合外力。现用力提一很重的物体时，物体仍静止，说明合外力为零。由受力分析可物体仍静止，说明合外力为零。由受力分析可知知F+N-mg=0。本讲稿第七页，共三十五页例例2 2、下列说法中正确的是（、下列说法中正确的是（）A A物体所受合外力越大，加速度越大。物体所受合外力越大，加速度越大。B B物体所受合外力
8、越大，速度越大。物体所受合外力越大，速度越大。C C物体在外力作用下做匀加速直线运动，当物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。D D物体的加速度大小不变一定受恒力作用物体的加速度大小不变一定受恒力作用 应用举例应用举例本讲稿第八页，共三十五页用牛顿第二定律解决问题常见的分两类用牛顿第二定律解决问题常见的分两类1.已知力学问题求解运动学问题已知力学问题求解运动学问题2.已知运动学问题求解力学问题已知运动学问题求解力学问题本讲稿第九页，共三十五页一已知作用在物体上的力，分析、确定物体的运动状态【例1】一个静止在光滑水平面上的
9、物体，质量为2kg，受水平拉力F6N的作用从静止开始运动，求物体2s末的速度及2s内的位移本讲稿第十页，共三十五页加难度加难度已知物体与平面间的动摩擦因数0.2，其他条件不变，那么如何来求物体2s末的速度及2s内的位移呢本讲稿第十一页，共三十五页再加难度再加难度：1.如果物体所受外力如下图，水平面光滑，其他条件不变，结果会如何呢？本讲稿第十二页，共三十五页再加难度再加难度：2.如果物体所受外力如下图，水平面不光滑，物体与平面间的动摩擦因数0.2，其他条件不变，结果会如何呢？本讲稿第十三页，共三十五页质量为质量为m=2Kgm=2Kg的物体静止在水平地面上，受到一个大小为的物体静止在水平地面上，受
10、到一个大小为F=8F=8牛顿且牛顿且方向与水平方向成方向与水平方向成37370 0的倾角的拉力后开始匀加速直线运动，在的倾角的拉力后开始匀加速直线运动，在2 2秒秒内前进内前进4 4米远，求物体与水平面地面间的动摩擦因数为多少？米远，求物体与水平面地面间的动摩擦因数为多少？本讲稿第十四页，共三十五页一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下，山坡的倾角是30，滑雪板与雪地之间光滑，求5s内滑下的路程?本讲稿第十五页，共三十五页再加难度再加难度【例2】一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下，山坡的倾角是30，滑雪板与雪地的动摩擦因数为0.4，求5s内滑下的路程?本讲稿第十六页，共三十五页二已知物体运动情况，求解物体
11、受力情二已知物体运动情况，求解物体受力情况况【例3】1000T的列车由车站出发做匀加速直线运动，列车经过100s，通过的路程是1000m，已知运动阻力是车重的0.005倍，求列车机车的牵引力大小?本讲稿第十七页，共三十五页【例4】如图所示，质量为0.5kg的物体在与水平面成30角的拉力F的作用下，沿水平桌面向右做直线运动，经过0.5m的距离，速度由0.6ms变为0.4ms，已知物体跟桌面间的动摩擦因数0.1，求作用力F的大小（g9.8m）本讲稿第十八页，共三十五页一个滑雪的人，质量m=75kg，以v=2m/s的初速度沿山坡匀加速滑下，山坡的倾角为30，在t=5s的时间内滑下的路程为s=60m。
12、求滑雪人的加速度和阻力本讲稿第十九页，共三十五页习题加深习题加深2.一辆载货的汽车，总质量是一辆载货的汽车，总质量是4.0103kg,牵引力牵引力4.8103N,从静止开始运动，经过从静止开始运动，经过10s前进了前进了40m。求汽车受到的阻力。求汽车受到的阻力3.光滑水平地面上放置一质量为光滑水平地面上放置一质量为2kg的物体的物体,受到受到与水平成与水平成37夹角夹角,大小为大小为10N的力的力F作用作用,求加求加速度速度a.物体由静止出发物体由静止出发,求求2s后的速度和位移后的速度和位移 若物体与地面间的摩擦因数为若物体与地面间的摩擦因数为=0.2,试求以试求以上各量上各量本讲稿第二十
13、页，共三十五页4.质量为质量为2kg的物体置于水平地面上，用水的物体置于水平地面上，用水平力平力F使它从静止开始运动，第使它从静止开始运动，第4s末物体的末物体的速度为速度为24m/s，此时撤去拉力，此时撤去拉力F，物体还能，物体还能继续滑行继续滑行72m停下，求停下，求（1）水平力）水平力F (2)地面对物体的摩擦力和摩擦因数地面对物体的摩擦力和摩擦因数本讲稿第二十一页，共三十五页5.一个物体从光滑的斜面的顶端由静止滑下，物体受到几个力的作用？加速度有多大？若斜面长度为s，斜面的倾角为。求物体滑至斜面底端的时间和速度大小 若物体与斜面间的摩擦因数为，求以上各量 若已知物体沿斜面下滑的加速度为
14、a，求物体与斜面间的动摩擦因数本讲稿第二十二页，共三十五页6.如下图所示,小车沿水平面以加速度a向右做匀加速运动,车上固定的硬杆与水平面间的夹角为，杆的末端固定着质量为m的小球,则杆对小球的弹力多大?本讲稿第二十三页，共三十五页如图所示,沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中,悬挂小球的悬线偏离竖直方向37角,球和车厢相对静止,球的质量为1kg.求细线受到的作用力(g=10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8)本讲稿第二十四页，共三十五页如下图所示，质量为5kg的小车在光滑的水平地面上，车长0.36m。在车的右端放一质量为1kg可视为质点的铁块，铁块与小车间的动摩擦因数为0.1，当对小
15、车施加水平向右16N拉力时，求经过多长时间铁块滑到小车的左端？F本讲稿第二十五页，共三十五页【例5】在汽车中的悬线上挂一个小球，实际表明，当汽车在水平面上做匀变速运动时，悬线与竖直方向成一角度，已知小球质量为m，汽车的加速度为a，求悬线张力F为多大?本讲稿第二十六页，共三十五页本讲稿第二十七页，共三十五页总结总结应用牛顿第二定律解题可分为二类二类、一类是已知物体受力情况求解物体的运动状况，另一类是已知物体运动状况，求解物体受力无论哪一类习题，它们的解题方法都遵循基本规律，应用牛顿第二定律的解题步骤为：认真分析题意，建立物理图景建立物理图景明确已知量和所求量选取研究对象选取研究对象，所选取的对象
16、可以是一个物体，也可以是几个物体组成的系统（有关这一点，我们以后再讲解）对研究对象的受力进行分析对研究对象的受力进行分析利用力的合成与分解，求合力表达式方程或分力表达式方程对研究对象的运动状态进行分析对研究对象的运动状态进行分析，运用运动学公式，求得物体加速度表达式根据牛顿第二定律Fma，联合力的联合力的合成、分解的方程和运方程和运动学方程组成方程组动学方程组成方程组求解方程组求解方程组，解出所求量，若有必要，对所求量进行讨论本讲稿第二十八页，共三十五页三 多个物体组成的连接体中应用牛顿运动定律【例6】在光滑水平地面上有两个彼此接触的物体A和B，它们的质量分别为M和m若用水平推力F作用于A物体
17、，使A、B一起运动，如图317所示求A、B两物体间的相互作用力为多大，若将力F作用于B物体，AB间的相互作用力又为多大本讲稿第二十九页，共三十五页课堂反馈练习课堂反馈练习1.质量为12.5 t的电车，由静止开始做匀加速直线运动，经过8 s速度达到14.4 km/h，电车所受阻力为2.5103 N，电车的牵引力多大?2.如图1所示，质量为10 kg的物体，在水平地面上向左运动，物体与水平地面间的动摩擦因数为0.2，与此同时物体受到一个水平向右的推力F=30 N的作用，求物体的加速度大小及方向？(g=10 m/s2)本讲稿第三十页，共三十五页3.质量相等的五个木块，并排放在光滑水平地面上，当用水平
18、力F推第1个木块时，如图，求：第2块推第3块、第3块推第4块的力分别是多大？本讲稿第三十一页，共三十五页4.如图3所示，质量为2m的物块A与水平地面的摩擦可忽略不计，质量为m的物块B与地面的摩擦因数为,在已知水平推力F的作用下，A、B做加速运动。求A对B的作用力。图3本讲稿第三十二页，共三十五页本讲稿第三十三页，共三十五页本讲稿第三十四页，共三十五页课堂小结课堂小结 1定义力的单位定义力的单位“牛顿牛顿”使得使得k=1，得到牛，得到牛顿第二定律的简单形式顿第二定律的简单形式F=ma使用简捷的使用简捷的数学语言表达物理规律是物理学的特征之一，数学语言表达物理规律是物理学的特征之一，但应知道它所对应的文字内容和意义但应知道它所对应的文字内容和意义2牛顿第二定律概括了运动和力的关系物牛顿第二定律概括了运动和力的关系物体所受合外力恒定，其加速度恒定；合外力体所受合外力恒定，其加速度恒定；合外力为零，加速度为零即合外力决定了加速度，为零，加速度为零即合外力决定了加速度，而加速度影响着物体的运动情况因此，牛而加速度影响着物体的运动情况因此，牛顿第二定律是把前两章力和物体的运动构成顿第二定律是把前两章力和物体的运动构成一个整体，其中的纽带就是加速度一个整体，其中的纽带就是加速度本讲稿第三十五页，共三十五页