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1、
2022年高一物理 牛頓第二定律學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1、 理解牛頓第二定律一般表達(dá)的含義
2、
2、知道物體運(yùn)動的加速度方向與合外力方向一致
3、會用牛頓第二定律解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實(shí)際問題。
4、會用牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式解決簡單的動力學(xué)問題
【自主學(xué)習(xí)】
1、 牛頓第二定律:物體加速度的大小跟它受到的作用力成________,跟它的質(zhì)量成________,加速度的方向跟作用力的方向________.
2、 在國際單位制中,力的單位是牛頓.“牛頓”這個單位是根據(jù)牛頓第二定律定義的.1 N等于質(zhì)量為________的物體,獲得________的加速
2、度時受到的合力.
3、 在國際單位制中,公式F=kma中的比例系數(shù)k為______,因此,牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為________.
4、 應(yīng)用公式F=ma進(jìn)行計算時,F(xiàn)、m、a的單位必須統(tǒng)一為________________.
思考 F1賽車以其風(fēng)馳電掣的速度給觀眾莫大的精神刺激和美的享受,如圖1所示是F1比賽時的用車,這種賽車比一般的小汽車質(zhì)量小得多,動力大得多.賽車為何設(shè)計得質(zhì)量小,動力大?這對比賽有何益處?
3、 圖圖1
【要點(diǎn)提升】
一、牛頓第二定律的理解
1、 矢量性.力和加速度都是矢量,物體加速度的方向由物體________________的方向決定.應(yīng)用牛頓第二定律解決問題時,應(yīng)該規(guī)定正方向,凡是與正方向相同的力或加速度均取正值,反之取負(fù)值.
2、 瞬時性.對于質(zhì)量確定的物體,其加速度的大小和方向完全由物體受到的合外力的大小和方向決定.加速度和物體受到的合外力是瞬時對應(yīng)關(guān)系,即_______________,______,________________,保持時刻對應(yīng)的關(guān)系.
3、 獨(dú)立性.物體受到多個力作用時,每個力各自獨(dú)立地使物體產(chǎn)生一個________
4、____,就像其他力不存在一樣,而且每個力產(chǎn)生的__________也互不影響.
4、 同體性.牛頓第二定律中的質(zhì)量是研究對象的質(zhì)量,它可以是某個物體的質(zhì)量,也可以是由若干物體構(gòu)成的系統(tǒng)的質(zhì)量;作用力是研究對象所受到的合外力,對于系統(tǒng)而言,不包括系統(tǒng)內(nèi)各物體之間的相互作用力;m、F、a必須是對同一________________而言的.
二、牛頓第二定律的應(yīng)用
1.解題步驟
(1)確定研究對象.
(2)進(jìn)行受力分析和運(yùn)動情況分析,作出運(yùn)動或受力示意圖.
(3)求合力或加速度.
(4)據(jù)F合=ma列方程求解.
2.解題方法
(1)矢量合成法:若物體只受兩個力作用時,應(yīng)用平行四邊
5、形定則求這兩個力的合力,再由牛頓第二定律求出物體的加速度的大小及方向,加速度的方向就是物體所受合外力的方向.反之,若知道加速度的方向也可應(yīng)用平行四邊形定則求物體所受的合力.
(2)正交分解法:當(dāng)物體受多個力作用時,常用正交分解法求物體的合外力.應(yīng)用牛頓第二定律求加速度時,在實(shí)際應(yīng)用中常將受到的力分解,且將加速度所在的方向選為坐標(biāo)系的x軸或y軸所在的方向;有時也可分解加速度,即.
【解法探究】
例1 下列對牛頓第二定律的表達(dá)式F=ma及其變形公式的理解,正確的是( )
A.由F=ma可知,物體所受的合力與物體的質(zhì)量成正比,比物體的加速度成反比
6、
B.由m=可知,物體的質(zhì)量與其所受合力成正比,與其運(yùn)動的加速度成反比
C.由a=可知,物體的加速度與其所受合力成正比,與其質(zhì)量成反比
D.由m=可知,物質(zhì)的質(zhì)量可以通過測量它的加速度和它所受到的合力而求出
例2 關(guān)于速度、加速度、合外力的關(guān)系,下列說法中不正確的是( )
A.不為零的合外力作用于靜止物體的瞬間,物體立刻獲得加速度
B.加速度方向與合外力方向總是一致的,但與速度方向可能相同,也可能不同
C.在初速度為零的勻加速直線運(yùn)動中,速度、加速度與合外力方向三者總是一致的
D.合外力變小,物體的速度一定變小
例3 圖2中小球M處于靜止?fàn)顟B(tài),彈簧與豎直方向的夾角為θ
7、,燒斷BO繩的瞬間,試求小球M的加速度的大小和方向.
圖2
例4 如圖4所示,質(zhì)量為m的人站在自動扶梯上,扶梯正以加速度a向上做減速運(yùn)動,a與水平方向的夾角為α.求人受到的支持力和摩擦力.
圖3
參考答案
課前自主學(xué)習(xí)
1.正比 反比 相同
2.1 kg 1 m/s2
3.1 F=ma
4.國際制單位
思考 為了提高賽車的靈活性,根據(jù)牛頓第二定律a=可知,要使物體有較大的加速度,需減
8、小其質(zhì)量或增大其受到的作用力,賽車就是通過增加發(fā)動機(jī)動力,減小車身質(zhì)量來增大啟動、剎車時的加速度,從而提高其機(jī)動靈活性,這樣有利于提高比賽成績.
核心知識探究
一、
[問題情境]
1.內(nèi)容:物體的加速度跟它受到的作用力成正比,跟它的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同.
2.比例式:a∝或者F∝ma或者寫成等式F=kma.
式中a表示物體的加速度,F(xiàn)表示物體所受的力,m表示物體的質(zhì)量,k是比例系數(shù).
3.式中a、F、m在國際單位制中的單位分別是m/s2、N、kg.
在以上各量都用國際單位制中的單位時k=1,那么當(dāng)物體的質(zhì)量是m=1 kg,在某力的作用下它獲得的加速度是a
9、=1 m/s2時,物體所受的力F=ma=1 kg×1 m/s2=1 kg·m/s2.
4.物體的加速度跟其所受的外力的合力成正比,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.
表達(dá)式:a=或者F合=ma.
[要點(diǎn)提煉]
1.同時產(chǎn)生 同時變化 同時消失
2.所受合外力
3.加速度 加速度
4.研究對象
解題方法探究
例1 CD [a=是加速度的決定式,a與F成正比,與m成反比;F=ma說明力是產(chǎn)生加速度的原因,但不能說F與m成正比,與a成正比;m=中m與F、a皆無關(guān).]
例2 D [由牛頓第二定律知,合外力與加速度有瞬時對應(yīng)關(guān)系,A正確;由a與v的關(guān)系知,a與v可能
10、同向,也可能反向,B正確;在初速度為零的勻加速直線運(yùn)動中,F(xiàn)與a同向,又a與v也是同向(在勻加速直線運(yùn)動中),故三者同向,C正確;F合變小,a變小,但v不一定變小,例如a、v同向,a變小,v變大,故D項錯.]
例3 gtan θ 方向水平向右
解析 燒斷BO繩前,小球受力平衡,受力如圖甲所示,由此求得BO繩的拉力F=mgtan θ;燒斷BO繩的瞬間,拉力消失,而彈簧還是保持原來的長度,彈力與燒斷前相同.此時,小球受到的作用力是彈力和重力,如圖乙所示,其合力方向水平向右,與燒斷前BO繩的拉力大小相等,方向相反,即F合=mgtan θ,由牛頓第二定律得小球的加速度a==gtan θ,方向水平向右.
例4 m(g-asin α),方向豎直向上?。璵acos α,方向水平向左