高一物理必修牛顿第二定律

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1、牛牛 顿顿 第第 二二 定定 律律1、牛顿第二定律的实验过程、牛顿第二定律的实验过程2、牛顿第二定律的推导及意义、牛顿第二定律的推导及意义3、牛顿第二定律的运用、牛顿第二定律的运用1 1、什么是物体运动状态的改变？其原因是、什么是物体运动状态的改变？其原因是什么？什么？2 2、物体运动状态改变除了与力有关，还与、物体运动状态改变除了与力有关，还与哪些因素有关？哪些因素有关？复习思考：复习思考：物体运动状态的改变指的是物体的物体运动状态的改变指的是物体的速度速度发生了变化；其原因是受到了发生了变化；其原因是受到了力力的作用的作用还与还与质量质量有关有关物体运动状态发生改变物体运动状态发生改变速度

2、速度发生了改变发生了改变产生了产生了加速度加速度实质实质实质实质与与力力和和质量质量有关有关1、力是使物体产生加速度的原因。、力是使物体产生加速度的原因。决定物体加速度大小决定物体加速度大小的因素有哪些？的因素有哪些？2、质量是物体惯性大小的量度，、质量是物体惯性大小的量度，质量越大的物体运动状态越难改变。质量越大的物体运动状态越难改变。复习复习物体的加速度与什么有关？回顾：我们是怎样研究电流与电回顾：我们是怎样研究电流与电压和电阻的关系压和电阻的关系？控制变量法控制变量法设计实验物体的质物体的质 量量m m和物体受的外力和物体受的外力F F。物体加速度物体加速度a与与F 质量质量m是什么关系

3、呢？是什么关系呢？猜想？猜想？实验装置如图：实验装置如图：可加减砝码改变小车可加减砝码改变小车和砝码的总质量和砝码的总质量可加减钩码改变小车可加减钩码改变小车和砝码所受的力和砝码所受的力1、控制变量控制变量m.探讨加速度探讨加速度a与与F的关系的关系原理：原理：如图示如图示s1s2F1F2F1=2 F2在相在相同的时间内同的时间内s1=a1t221s2=a2t221S1/s2=a1/a2测量测量s1 s2 1、质量、质量m一定一定，加速度，加速度a与力与力F的关系的关系第二次第二次第一次第一次加速度加速度(m/s2)位移位移(m)时间时间 (s)力力(N)质量质量(kg)1、质量、质量m一定一

4、定，加速度，加速度a与力与力F的关系的关系第二次第二次第一次第一次加速度加速度(m/s2)位移位移(m)时间时间 (s)力力(N)质量质量(kg)0.20.09820.980.491、质量、质量m一定一定，加速度，加速度a与力与力F的关系的关系第二次第二次第一次第一次加速度加速度(m/s2)位移位移(m)时间时间 (s)力力(N)质量质量(kg)0.20.09820.980.49实验结论：实验结论：质量一定，即质量一定，即1、质量、质量m一定一定，加速度，加速度a与力与力F的关系的关系第二次第二次第一次第一次加速度加速度(m/s2)位移位移(m)时间时间 (s)力力(N)质量质量(kg)0.2

5、0.09820.980.490.20.19621.960.98实验看到：实验看到：质量一定，加速度与力成正比，即质量一定，加速度与力成正比，即a=kF2 21 12 21 12 21 1F FF FS SS Sa aa a2 21 12 21 1F FF Fa aa a2、质量、质量F一定一定，加速度，加速度a与与m的关系的关系第二次第二次第一次第一次加速度加速度(m/s2)位移位移(m)时间时间 (s)力力(N)质量质量(kg)2、质量、质量F一定一定，加速度，加速度a与与m的关系的关系第二次第二次第一次第一次加速度加速度(m/s2)位移位移(m)时间时间 (s)力力(N)质量质量(kg)0

6、.40.19643.920.2452、质量、质量F一定一定，加速度，加速度a与与m的关系的关系第二次第二次第一次第一次加速度加速度(m/s2)位移位移(m)时间时间 (s)力力(N)质量质量(kg)0.40.19643.920.2452、质量、质量F一定一定，加速度，加速度a与力与力m的关系的关系第二次第二次第一次第一次加速度加速度(m/s2)位移位移(m)时间时间 (s)力力(N)质量质量(kg)0.40.243.920.2450.80.241.960.1225实验结论：实验结论：所受外力一定，即所受外力一定，即实验看到：实验看到：所受外力一定，加速度与质量成反比，即所受外力一定，加速度与质

7、量成反比，即1 12 21 12 22 21 1mmmmS SS Sa aa a1 12 22 21 1mmmma aa amka 实验实验1：小车的质量相同时，研究小车的拉力与加速度的关系小车的质量相同时，研究小车的拉力与加速度的关系：根据 12a t2S=在相同的时间 t 内s1s2=a1a2=2拉力F1F2=2F2故s1s2=a1a2F1=对于质量相同的物体来说，物体的加速度跟作用在物休上的外对于质量相同的物体来说，物体的加速度跟作用在物休上的外力成正比并可表述为：力成正比并可表述为：F2a2a1F1=实验实验2：控制变量控制变量F,小车的拉力相同时，研究小车的小车的拉力相同时，研究小车

8、的质量与加速度的关系：质量与加速度的关系：m2=2m1,s1/s2=a1/a2 测量测量s1，s2实验表明实验表明：s1=2s2实验表明实验表明：s1/s2=2/1m2m1=s1s2=a1a2故根据 12a t2S=在相同的时间在相同的时间 t 内内s1s2=a1a2=2在相同力的作用下，物体的加速度跟物体的质量成反比，在相同力的作用下，物体的加速度跟物体的质量成反比，可表示为可表示为：m2m1=a1a2练习练习：1、质量为、质量为 m 的物体在力的物体在力F的作用下产生的加速度为的作用下产生的加速度为 a，那么要使，那么要使 物体的加速度变为原来的物体的加速度变为原来的2倍，则应倍，则应_。

9、质量减半或者质量减半或者F加倍加倍由以上两个实验可知物体的由以上两个实验可知物体的加速度跟作用力成正比加速度跟作用力成正比，跟物体的，跟物体的质量成反比质量成反比。aFm或者或者Fma 进一步可以将表达式改为：进一步可以将表达式改为：F=k ma其中其中 k 为比例常数，当所有物理量均取国际单位（即：力的为比例常数，当所有物理量均取国际单位（即：力的单位取单位取 N，质量单位取，质量单位取 kg，加速度单位取，加速度单位取 m/s2）时：）时：k=1，此时关系式变为：，此时关系式变为：F=maF=ma此即为牛顿第二定律的数学表达式此即为牛顿第二定律的数学表达式。a1F1分析：分析：F2a2=由

10、可将力可将力 F 加倍加倍m2m1=a1a2由可将质量减半可将质量减半Fa=m思考：思考：1、在牛顿第二定律的表达式、在牛顿第二定律的表达式 F=ma 中，哪些是矢量，哪些是标量？中，哪些是矢量，哪些是标量？m 是标量，是标量，F 和和 a 是矢量是矢量。2、在这两个矢量中它们的关系是怎么样？、在这两个矢量中它们的关系是怎么样？“力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因”，即物体受力方向决定物体的加速度方，即物体受力方向决定物体的加速度方向。故向。故力力 F 的方向和的方向和加速度加速度 a 的方向的方向是一致的是一致的。3、一辆小汽车的质量一辆小汽车的质量 m1=8.0102kg，所载，所载

11、乘客的质量是乘客的质量是 m2=2.0102kg，用，用同样大小的牵引力，如果不载人时小汽车产同样大小的牵引力，如果不载人时小汽车产生的加速度是生的加速度是a1=1.5 m/s2，载人时产生的加，载人时产生的加速度速度a2是多少（忽略阻力）是多少（忽略阻力）解：由牛顿第二定律：解：由牛顿第二定律：F=ma 可知牵引力的大小可知牵引力的大小 F=m1 a1 =8.0102 1.5 =1.2 103N 由于载人和不载人时牵引力是同样大的由于载人和不载人时牵引力是同样大的,故故：a2=Fm2+m1=1.2 m/s2注意事项注意事项:1.矢量性矢量性:(a与与F合合方向相同方向相同)2.瞬时性瞬时性:

12、(a与与F合合 同时产生同时产生,同时消失同时消失,同时变化同时变化)3.同体性同体性:(a与与F合合,m都属于同一物体，既研究对象统一性）都属于同一物体，既研究对象统一性）4.独立性独立性:(X方向的合外力产生方向的合外力产生X轴方向的加速轴方向的加速度度,Y方向的合外产生方向的合外产生Y轴方向的加速度轴方向的加速度,Fx=max Fy=may a2=a2x+a2y 此前我们所讲述的是物体只受到一个力作用的情况，物体受几此前我们所讲述的是物体只受到一个力作用的情况，物体受几个力作用时，牛顿第二定律公式个力作用时，牛顿第二定律公式 F=ma 中的中的 F 表示合力，这样我表示合力，这样我们可以

13、把牛顿第二定律进一步表述为：们可以把牛顿第二定律进一步表述为：一个物体质量是一个物体质量是2kg，受到互成，受到互成1200角的两个力角的两个力 F1=10 N 和和 F2=10 N 的共同作用，这个物体产的共同作用，这个物体产生的加速度是多大？生的加速度是多大？F合合 F2 F1 解法解法1：先由平行四边形法则可知，：先由平行四边形法则可知，F1、F2、F合合 构成构成 了一个等边三角形，故了一个等边三角形，故 F合合=10 N a=F合合/m=10/2=5 m/s2物体的加速度跟物体所受的合力成正比，跟物体的加速度跟物体所受的合力成正比，跟物体的质量成反比加速度的方向跟合力的方物体的质量成

14、反比加速度的方向跟合力的方向相同。即向相同。即 F合合=ma练习：练习：解法解法2：先分别求出：先分别求出 F1、F2 产生产生的加速度的加速度a1、a2 再根据平行四边再根据平行四边形法则求形法则求 a1、a2 的合加速度的合加速度a合合 a1=F1/m =10/2=5 m/s2 a2=F2/m =10/2=5 m/s2由于加速度的方向与力的方向一至，故由于加速度的方向与力的方向一至，故a1、a2也成也成1200角角a1、a2、a合合 构成了一个等边三角形，故构成了一个等边三角形，故 a合合=5 m/s2 a合合 a2 a1 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

15、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：没有矛盾，由公式答：没有矛盾，由公式F合合=ma看，看，F合合为合为合外力，无论怎样小的力都可以使物体产生加外力，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。现用力提一很重速度，这个力应是合外力。现用力提一很重的物体时，物体仍静止，说明合外力为零。的物体时，物体仍静止，说明合外力为零。由受力分析可知由受力分析可知F+N-mg=0。例例2 2、下列说法

16、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 根据牛顿第二定律，物体受的合外力决定了物体根据牛顿第二定律，物体受的合外力决定了物体的加速度。而加速度大小和速度大小无关。所以，的加速度。而加速度大小和速度大小无关。所以，B说法错误。说法错误。例例

17、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 加速度是矢量，其方向与合外力方向一致。加速加速度是矢量，其方向与合外力方向一致。加速度大小不变，若方向发生变化时，合外力方向必度大小不变，若方向发生变化时，合外力方向必然变化。然变化

18、。D说法错。说法错。答案：答案：A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 练习：练习：1、一质量为一质量为1Kg的物体只受到两个大小米的物体只受到两个大小米2N和和3N的共点力作用，的共点力作用，则这

19、个物体运动的加速度的范围是则这个物体运动的加速度的范围是_。分析：合力分析：合力 F合合的范围的范围 1N F合合5N所以加速度所以加速度 a 的范围的范围1N1kg5N1kg a 1 m/s2 a 5 m/s22、25N的力作用在一个物体上，能使它产生的力作用在一个物体上，能使它产生 2 m/s2的加速度，的加速度，则要使它产生则要使它产生 5 m/s2的加速度，作用力为的加速度，作用力为_。分析：由于是同一个物体，故质量不变。先可以由分析：由于是同一个物体，故质量不变。先可以由F1=25N和和 加速度加速度 a1=2 m/s2 求出质量求出质量m=F1a1252=12.5 kg再由再由 F

20、2=ma 求出作用力求出作用力 F2=ma2=12.55=62.5N62.5N1.质量为质量为m的物体放在粗糙水平面上受水平的物体放在粗糙水平面上受水平F时产生时产生加速度为加速度为a1,当水平力为当水平力为2F时时,加速度加速度a2,关于关于a1 与与a2 的关系正确的是：的关系正确的是：（）解析解析:关键要考虑摩擦力关键要考虑摩擦力f。2.物体受几个力作用处于静止状态物体受几个力作用处于静止状态,若将其中一个力逐渐减小若将其中一个力逐渐减小到到0,再逐渐恢复到原值再逐渐恢复到原值,物体加速度和速度怎样变化物体加速度和速度怎样变化?答案答案:加速度先增大后减小加速度先增大后减小,速度一直增大

21、速度一直增大.A.a2 2a1 B.a2 2a1C.a2 2a1 D.a1 a2C由a1=(Ff)/m,a2 =(2Ff)/m 2(F f)=2 a1 思考：一力作用在质量一力作用在质量m1 的物体上能产生的物体上能产生3m/s2,该力作用在质量为该力作用在质量为m2的物体上能产生的物体上能产生1.5 m/s2 的的加速度加速度,若将若将 m1 m2 合为一体能使它产生多大的加合为一体能使它产生多大的加速度速度?以以m1 为研究对象为研究对象:F=m1 3则则m1=F/3以以m2 为研究对象为研究对象:F=m2 1.5 则则m2=F/1.5以整体为研究对象以整体为研究对象:F=(m1 m2)a

22、则则a=F/(m1 m2)=1 m/s2 分析指导分析指导:1、为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离已知、为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离已知某高速公路的最高限速某高速公路的最高限速 v=144 km/h。假设前方车辆突然停止，。假设前方车辆突然停止，后车司机从发现这一情况，经操纵刹车，到汽车开始减速所经历后车司机从发现这一情况，经操纵刹车，到汽车开始减速所经历的时间（即反应时间）的时间（即反应时间）t=0.50s。刹车时汽车受到的阻力的大小。刹车时汽车受到的阻力的大小F 为汽车重力的为汽车重力的0.40倍。该高速公路上汽车间的距离倍。该高速公路上汽车间的距离 s

23、至少应为多少至少应为多少（g=10 m/s2）t=0.50s匀速直线运动F=0.4mg 匀减速直线运动v=144 km/hs1 s2分析：汽车间的距离 s=s1 s2 汽车在 s1 做匀速直线运动 s1=v t 在s2 汽车做初速度 v0=144 km/h v t=0 的匀减速直线运动解：解：s1=v t =400.5 =20 m a=Fm-0.4mgm=-0.4g=-4 m/s2S2=400 mS=S1+S2=420 m小结小结:1.加速度加速度a与与F的关系的关系:物体质量一定时物体质量一定时,加速度加速度a与合与合外力外力F合合成正比成正比.2.加速度加速度a与与m的关系的关系:物体受合外力一定时物体受合外力一定时,加速度加速度a与与m成反比成反比牛顿第二定律牛顿第二定律1.内容内容:物体加速度与合外力物体加速度与合外力F合合成正比成正比.与质与质量量m成反比成反比.加速度方向与合外力方向相同加速度方向与合外力方向相同.2.公式公式:F合合=ma3.注意点注意点:矢量性矢量性,瞬时性瞬时性,同时性和独力性同时性和独力性.课后思考课后思考:一小球从竖直在地面上轻一小球从竖直在地面上轻弹簧正上某处自由落下弹簧正上某处自由落下,试分析小球从试分析小球从刚接触弹簧到被压缩最短过程中小球刚接触弹簧到被压缩最短过程中小球的速度的速度.加速度怎样变化加速度怎样变化?