高一物理 牛頓第二定律教學(xué)案1 新人教版

2013-2014學(xué)年高一物理牛頓第二定律教學(xué)案1新人教版

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

1.知道國(guó)際單位制中力的單位是怎樣定義的。

2.理解牛頓第二定律的內(nèi)容，知道牛頓第二定律表達(dá)式的確切含義。

3.能初步應(yīng)用牛頓第二定律解決一些簡(jiǎn)單問(wèn)題。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)：牛頓第二定律

學(xué)習(xí)難點(diǎn)：牛頓第二定律

主要內(nèi)容：

一、牛頓第二定律

1.公式推導(dǎo)：

2.語(yǔ)言表述：

3.公式表達(dá)：

①數(shù)學(xué)表達(dá)式：

②常用計(jì)算式：F/i=ma

4.牛頓第二定律是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的核心，是本章的重點(diǎn)和中心內(nèi)容，在力學(xué)中

占有很重要的地位，一定要深入理解牛頓第二定律的確切含義和重要意義。理

解：

⑴因果關(guān)系：只要物體所受合力不為零（無(wú)論合力多么的小），物體就獲

得加速度，即力是產(chǎn)生加速度的原因，力決定加速度，力與速度、速

度的變化沒(méi)有直接關(guān)系。如果物體只受重力G=mg的作用，則由牛頓

第二定律知物體的加速度為2=￡色=￡=’空=8。

mmm

即重力是使物體產(chǎn)生重力加速度g的原因，各地的g值略有差異，通

常取g=9.8m/$2。在第一章學(xué)習(xí)《重力》一節(jié)時(shí)，給出了重量和質(zhì)量

的關(guān)系式6=1^,g是以比例常數(shù)引人的，g=9.8N/kg,,現(xiàn)在可以證明，

這個(gè)比例常數(shù)就是重力加速度，9.8N/kg與9.8m/s?等價(jià)。

⑵矢量關(guān)系：F令=ma是一個(gè)矢量式，加速度a與合外力Fr；■都是矢量，物

體加速度的方向由它所受的合外力的方向決定且總與合外力的方向相

同（同向性），而物體的速度方向與合外力方向之間并無(wú)這種關(guān)系。這樣

知道了合外力（或加速度）的方向，就知道了加速度（或合外力）的方向。

⑶瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系：牛頓第二定律表示的是力的瞬時(shí)作用規(guī)律，物體在某

一時(shí)刻加速度的大小和方向，是由該物體在這一時(shí)刻所受到的合外力的

大小和方向來(lái)決定的。當(dāng)物體所受到的合外力發(fā)生變化時(shí)，它的加速度

隨即也要發(fā)生變化，F(xiàn)/ma對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的每一瞬間成立，加速度與力

是同一時(shí)刻的對(duì)應(yīng)量，即同時(shí)產(chǎn)生（雖有因果關(guān)系但卻不分先后）、同時(shí)

變化、同時(shí)消失。

（4）獨(dú)立對(duì)應(yīng)關(guān)系：當(dāng)物體受到幾個(gè)力的作用時(shí)，各力將獨(dú)立地產(chǎn)生與其對(duì)

應(yīng)的加速度（力的獨(dú)立作用原理），而物體表現(xiàn)出來(lái)的實(shí)際加速度是物體

所受各力產(chǎn)生的加速度疊加（按矢量運(yùn)算法則）的結(jié)果。

⑸同體關(guān)系：加速度和合外力（還有質(zhì)量）是同屬一個(gè)物體的，所以解題

時(shí)一定把研究對(duì)象確定好，把研究對(duì)象全過(guò)程的受力情況都搞清楚。

二、由牛頓第二定律可以清楚地認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系

1.物體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)由所受合力F價(jià)的情況決定。

2.物體運(yùn)動(dòng)的軌跡由所受合力F☆和它的初速度V。共同決定。

3.物體做加速直線運(yùn)動(dòng)的條件：F企和V。的方向沿同一直線且同向。

三、應(yīng)用牛頓第二定律解題的一般步驟：

(1)確定研究對(duì)象(在有多個(gè)物體存在的復(fù)雜問(wèn)題中，確定研究對(duì)象尤其顯得重要)。

(2)分析研究對(duì)象的受力情況，畫(huà)出受力圖。

(3)選定正方向或建立直角坐標(biāo)系。通常選加速度的方向?yàn)檎较?，或?qū)⒓铀俣鹊?/p>

方向作為某一坐標(biāo)軸的正方向。這樣與正方向相同的力(或速度)取正值；與正

方向相反的力(或速度)取負(fù)值。

⑷求合力(可用作圖法，計(jì)算法或正交分解法)。

(5)根據(jù)牛頓第二定律列方程。

⑹必要時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)或討論。

【例一】質(zhì)量為2kg的物體放在水平地面上，與水平地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,現(xiàn)

對(duì)物體作用一向右與水平方向成37°,大小為10N的拉力F,使之向右

做勻加速運(yùn)動(dòng)，求物體運(yùn)動(dòng)的加速度？

【例二】質(zhì)量為m的物體放在傾角為30°的斜面上，求：

(1)若斜面光滑，物體沿斜面下滑的加速度多大？

⑵若斜面與物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)為U,物體沿斜面下滑的加速度多大?

【例三】如圖所示，裝有架子的小車，用細(xì)線拖著小球在水

平地面上運(yùn)動(dòng)，已知運(yùn)動(dòng)中，細(xì)線偏離豎直方向30°,

則小車在做什么運(yùn)動(dòng)？

【例四】在光滑水平面上的木塊受到一個(gè)方向不變，大小從某一數(shù)值逐漸變小的外

力作用時(shí)，木塊將作()

A.勻減速運(yùn)動(dòng)。

B.勻加速運(yùn)動(dòng)。

C.速度逐漸減小的變加速運(yùn)動(dòng)。

D.速度逐漸增大的變加速運(yùn)動(dòng)。

【例五】汽車在空載時(shí)的質(zhì)量是4X103kg,它能運(yùn)載的最大質(zhì)量是4X103kg,

要使汽車在空載時(shí)加速前進(jìn)需要牽引力是2.5X104N,那么滿載時(shí)以

同樣加速度前進(jìn)，需要的牽引力是多少？

【例六】一個(gè)力作用于質(zhì)量為mi的物體A時(shí)，加速度為a］；這個(gè)力作用于質(zhì)量

為

m2的物體時(shí)，加速度為a2,如果這個(gè)力作用于質(zhì)量為mi+m2的物體C

時(shí)，得到的加速度為（）

ma

。］+。2\\m2a2aa

A.----------B.-------------C.-------------D.----}---2----

2+m2m}+m2a,+a2

課堂訓(xùn)練：

1.設(shè)灑水車的牽引力不變，所受阻力與車重成正比，灑水車在平直路面上行駛原

來(lái)是勻速的，開(kāi)始灑水后，它的運(yùn)動(dòng)情況將是（）

A.繼續(xù)作勻速運(yùn)動(dòng).B.變?yōu)樽鲃蚣铀龠\(yùn)動(dòng).

C.變?yōu)樽髯兗铀龠\(yùn)動(dòng).D.變?yōu)樽鲃驕p速運(yùn)動(dòng).

2.甲車質(zhì)量是乙車質(zhì)量的2倍，把它們放在光滑水平面上，用力F作用在靜止的

甲車上時(shí)，得到2m/$2的加速度，若用力F作用在靜止的乙車上，經(jīng)過(guò)2s,

乙車的速度大小是（）

A.2m/sB.4m/sC.6m/sD.8m/s

3.如果力F在時(shí)間t內(nèi)能使質(zhì)量m的物體移動(dòng)距離s（）

A.相同的力在相同的時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量是一半的物體移動(dòng)2s的距離。

B.相同的力在一半時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量是一半的物體移動(dòng)相同的距離。

C.相同的力在兩倍時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量是兩倍的物體移動(dòng)相同的距離。

D.一半的力在相同時(shí)間內(nèi)使質(zhì)量是一半的物體移動(dòng)相同的距離。

4.質(zhì)量是2kg的物體，受到4個(gè)力作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)撤去其中Fi、F2兩個(gè)

力后，物體運(yùn)動(dòng)的加速度為Im/$2,方向向東，則Fi、FZ的合力是,

方向。

課后作業(yè)：

1.原來(lái)作勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的合外力逐漸減小時(shí)，貝弘）

A.它的加速度將減小，速度也減小B.它的加速度將減小，速度在增加。

C.它的加速度和速度都保持不變D.它的加速度和速度的變化無(wú)法確定。

2.從牛頓第二定律知道，無(wú)論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度?？墒钱?dāng)我們用

一個(gè)很小的力去推很重的桌子時(shí)，卻推不動(dòng)它.這是因?yàn)椋ǎ?/p>

A.牛頓第二定律不適用于靜止物體。

B.桌子的加速度很小，速度的增量極小，眼睛不易覺(jué)察到。

C.推力小于靜摩擦力，加速度是負(fù)的。

D.桌子所受的合力為零。

3.沿平直軌道運(yùn)行的車廂中的光滑水平桌面上用彈簧拴著一個(gè)小球，彈簧處于自然

長(zhǎng)度，當(dāng)旅客看到彈簧的長(zhǎng)度變短時(shí)對(duì)火車的運(yùn)動(dòng)狀況判斷正確的是（）

A.火車向右方運(yùn)動(dòng)，速度在增加中。

B.火車向右方運(yùn)動(dòng)，速度在減小中。

C.火車向左方運(yùn)動(dòng)，速度在增加中。

D.火車向左方運(yùn)動(dòng)，速度在減小中。

4.一質(zhì)量為m的物體，在水平恒力F作用下沿粗糙水平面由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間

t后速度為V,為使物體的速度增為2v,可以采用的辦法是（）

A.將物體的質(zhì)量減為原來(lái)的1/2,其它條件不變。

B.將水平力增為2F,其他條件不變。

C.將時(shí)間增為23其他條件不變。

D.將物體質(zhì)量、水平恒力和時(shí)間都增為原來(lái)的兩倍。

5.當(dāng)作用在物體上的合外力不等于零時(shí)，貝"（）

A.物體的速度一定越來(lái)越大B.物體的速度一定越來(lái)越小

C.物體的速度可能保持不變D.物體的速度一定會(huì)改變

6.質(zhì)量為m的木塊，以初速V。能在水平面上滑行的距離為s。如在木塊上再粘一個(gè)

質(zhì)量為m的木塊，仍以初速V。在同一水平面上滑行，它們能滑行的距離為

（）。

A.S/2B.2SC.S/4D.S

7.一個(gè)物體靜止在光滑水平面上，現(xiàn)先對(duì)物體施加一向東的恒力F,歷時(shí)1s；隨即

把此力改為向西，大小不變，歷時(shí)1s；接著又把此力改為向東，大小不變，歷時(shí)

1S,如此反復(fù)，只改變力的方向，不改變力的大小，共歷時(shí)lmin,在這lmin內(nèi)（）

A.物體時(shí)而向東運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向西運(yùn)動(dòng)，在lmin末靜止于初始位置之東。

B.物體時(shí)而向東運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向西運(yùn)動(dòng)，在lmin末靜止于初始位置。

C.物體時(shí)而向東運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向西運(yùn)動(dòng)，在Imin末繼續(xù)向東運(yùn)動(dòng)。

D.物體一直向東運(yùn)動(dòng)，從不向西運(yùn)動(dòng)，在lmin末靜止于初始位置之東。

8.25N的力作用在一個(gè)物體上.能使它產(chǎn)生2m/52的加速度，要使它產(chǎn)生5m/s2

的加速度，作用力為。

9.用水平恒力F推動(dòng)放在光滑水平面上、質(zhì)量均為m的六個(gè)緊靠在一起的木塊，則

第5號(hào)木塊受到的合外力等于,第4號(hào)木塊對(duì)第5號(hào)本塊的作用力等于

10.用一水平恒力將質(zhì)量為250kg的木箱沿水平地面推行50m,歷時(shí)10s,若物體受到

的阻力是物重的0.1倍，則外加推力多大?（g=10m/s2）

11.一個(gè)質(zhì)量為5kg的物體，以2m/s的速度向右運(yùn)動(dòng)，從開(kāi)始計(jì)時(shí)起在第3s末受到

一個(gè)大小為15N、方向向右的恒力作用，再經(jīng)5s物體的速度多大?在這8s內(nèi)物體

的位移是多少？

閱讀材料：慣性系和非慣性系

牛頓定律只能直接地應(yīng)用于“慣性系”；對(duì)于“非慣性系”，則需要引入一個(gè)虛擬的“慣

性力”，才能應(yīng)用牛頓定律。

在本章的習(xí)題里，遇到了變速升降的問(wèn)題。如果某一物體所受的重力為G,那么當(dāng)起重

機(jī)勻加速上升（或勻減速下降）時(shí)，鋼絲繩的拉力7>G：當(dāng)起重機(jī)勻加速下降（或勻減速上升）

時(shí)，鋼絲繩的拉力T〈G.這種現(xiàn)象對(duì)于地面為參考系的觀察者來(lái)說(shuō)，并不難理解，因?yàn)椋?/p>

勻加速上升時(shí)：T-G=ma,所以T>G。

勻加速下降時(shí)：G-T=ma,所以T〈G。

但是以做變速運(yùn)動(dòng)的起重機(jī)做參考系的觀察者，則感到似乎物體所受的重力發(fā)生了變

化。這就是通常說(shuō)的“超重”和“失重”現(xiàn)象。

由上邊的例