新教材高中物理第5章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第3節(jié)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律學(xué)案

第3節(jié)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.理解并準(zhǔn)確表達(dá)牛頓第二定律的內(nèi)容,知道其表達(dá)式的含義。2.能根據(jù)1N的定義,理解牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式的產(chǎn)生過程。3.能從合力與加速度的同時(shí)性、矢量性等方面理解牛頓第二定律。4.會(huì)應(yīng)用牛頓第二定律分析和處理生活中的簡單問題。5.知道國際單位制,了解單位制的重要意義,能正確規(guī)范使用物理單位。1.物理觀念:培養(yǎng)用相互作用與運(yùn)動(dòng)的觀念認(rèn)識(shí)和分析問題的能力。2.科學(xué)思維:能對動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行分析和推理、獲得結(jié)論,能利用牛頓第二定律分析解決實(shí)際問題。3.科學(xué)探究:以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)歸納總結(jié)出物體的加速度跟它的質(zhì)量、所受外力的關(guān)系,具有分析數(shù)據(jù)、從數(shù)據(jù)獲取規(guī)律的能力。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:通過實(shí)驗(yàn)探究、滲透物理方法的教育,體會(huì)物理的實(shí)用價(jià)值,培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注生活實(shí)際的意識(shí)。要點(diǎn)一牛頓第二定律物體加速度的大小與所受合外力的大小?成正比,與物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向?與合外力方向相同。要點(diǎn)二國際單位制人們選定了幾個(gè)物理量為基本量?,其單位為基本單位?,根據(jù)物理學(xué)關(guān)系式由基本量推導(dǎo)出其他物理量的單位為導(dǎo)出單位。基本單位與導(dǎo)出單位一起組成單位制。?(1)合外力的大小是物體所受外力的代數(shù)和嗎?(2)放在地面上的箱子,受到推力后,箱子卻仍然保持靜止,為什么?提示(1)不是,是所受外力的矢量和的大小。(2)箱子除了受到推力還有摩擦力、重力和支持力,合外力為零,所以不動(dòng)。?如何理解加速度的方向?提示加速度的方向即速度變化的方向,由合外力方向決定,與合外力方向相同。?基本量都有哪些?提示長度、質(zhì)量、時(shí)間、熱力學(xué)溫度、電流、物質(zhì)的量、發(fā)光強(qiáng)度。?(1)說出國際單位制的基本單位?(2)以下單位是基本單位嗎?厘米、小時(shí)、克、伏特、牛、焦耳、瓦特、帕斯卡。提示(1)米、千克、秒、開(爾文)、安(培)、摩(爾)、坎(德拉)。(2)厘米、小時(shí)、克分別是基本物理量長度、時(shí)間、質(zhì)量的單位,所以是基本單位,其他都不是基本單位。1.牛頓第二定律的表達(dá)式F=ma中F指物體受到的力,實(shí)際物體所受的力往往不止一個(gè),這時(shí)F指物體所受的合力,該式中F、m、a的單位都要用國際單位。2.對牛頓第二定律的理解(1)因果性:力是使物體產(chǎn)生加速度的原因,物體加速度的大小跟它受到的作用力的大小成正比,加速度的方向跟作用力的方向相同。(2)瞬時(shí)性:a與F同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失為瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系。(3)矢量性:F=ma是矢量式,任意時(shí)刻加速度a的方向均與力F的方向一致,當(dāng)力F的方向變化時(shí),a的方向同時(shí)變化。(4)同體性:公式F=ma中a、F、m對應(yīng)于同一物體。(5)相對性:牛頓第二定律適用于相對地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系(慣性系),對相對地面做變速運(yùn)動(dòng)的參考系(非慣性系)不適用。(6)獨(dú)立性:當(dāng)物體同時(shí)受到幾個(gè)力作用時(shí),各個(gè)力都遵循牛頓第二定律F=ma,每個(gè)力都會(huì)使物體產(chǎn)生一個(gè)加速度,這些加速度的矢量和即物體具有的合加速度。故牛頓第二定律可表示為FxFx、ax分別為x方向上物體受到的合力、x方向上物體的加速度;Fy、ay分別為y方向上物體受到的合力、y方向上物體的加速度。3.從牛頓第二定律理解慣性:慣性是物體保持自己原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì),大小只與物體的質(zhì)量有關(guān),是物體本身的固有屬性。在確定的作用力下,質(zhì)量越大,加速度越小,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變,慣性越大。探究點(diǎn)一牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律1.在課本上撒一些碎紙片,先用嘴輕吹,再用力使勁吹,觀察到什么現(xiàn)象?提示用力吹的紙片飛的遠(yuǎn),紙片受到的力越大,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越容易改變,即加速度越大。2.在課本上撒一些碎紙片和一些小石子,用力使勁吹,觀察現(xiàn)象。提示紙片運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變,小石子不動(dòng),對不同的物體,受到相同的力,質(zhì)量越小,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越容易改變,即加速度越大。1.牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律:物體加速度的大小與所受合外力的大小成正比,與物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向與合外力的方向相同。2.使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度,所用的力為1kg·m/s2,我們即定義這個(gè)力的大小是1N。1N=1kg·m/s2。3.當(dāng)物體同時(shí)受到幾個(gè)外力作用時(shí),F代表的是合外力。4.牛頓第二定律表明,力與加速度總是同時(shí)出現(xiàn)、同時(shí)消失,力是產(chǎn)生加速度的原因,力不變則加速度也不變,力隨時(shí)間改變,加速度也隨時(shí)間改變;并且加速度的方向與合外力方向永遠(yuǎn)相同;合外力為0則加速度為0,這時(shí)物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。例(多選)(2021四川簡陽陽安中學(xué)高一月考)關(guān)于牛頓第二定律,下列說法正確的是 ()A.加速度與合力的關(guān)系是瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系,即a與F同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失B.加速度的方向總是與合外力的方向相同C.同一物體的運(yùn)動(dòng)速度變化越大,受到的合外力也越大D.物體的質(zhì)量與它所受的合外力成正比與它的加速度成反比答案AB加速度與力的關(guān)系是瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系,即a與F是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失,A正確;根據(jù)牛頓第二定律得,加速度的方向總是與合外力的方向相同,B正確;速度變化大,加速度不一定大,則合力不一定大,C錯(cuò)誤;質(zhì)量是物體的固有屬性,不隨合力、加速度的變化而變化,故D錯(cuò)誤。解題感悟由F=ma可得m=Fa,可通過測量物體受力及物體的加速度得到物體的質(zhì)量,但物體的質(zhì)量不能說與F成正比,與a1.(2021江蘇常州禮嘉中學(xué)高一月考)由牛頓第二定律表達(dá)式F=ma可知 ()A.質(zhì)量m與合外力F成正比,與加速度a成反比B.合外力F與質(zhì)量m和加速度a都成正比C.物體的加速度的方向總是跟它所受合外力的方向一致D.物體所受合外力F改變時(shí),物體的加速度a不一定馬上改變答案C物體的質(zhì)量m是物體本身的屬性,與所受的合外力F以及加速度a均無關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;合外力F與質(zhì)量m和加速度a都無關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;物體加速度的方向總是跟它所受合外力的方向一致,選項(xiàng)C正確;合外力與加速度具有同時(shí)性,則物體所受合外力F改變時(shí),物體的加速度a一定馬上改變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為50kg的沙發(fā)靜止在水平地面上,甲、乙兩人同時(shí)從背面和側(cè)面分別用F1=120N、F2=160N的力推沙發(fā),F1與F2相互垂直,且平行于地面。沙發(fā)與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力(g=10m/s2),下列說法正確的是 ()A.沙發(fā)不會(huì)被推動(dòng)B.沙發(fā)將沿著F1的方向移動(dòng),加速度為0.6m/s2C.沙發(fā)將沿著F2的方向移動(dòng),加速度為0.2m/s2D.沙發(fā)的加速度大小為1m/s2答案D兩推力的合力F=F12+F22=200N,滑動(dòng)摩擦力Ff=μmg=150N<F,A錯(cuò)誤;由牛頓第二定律得FFf=ma探究點(diǎn)二牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用應(yīng)用牛頓第二定律解題的一般步驟1.甲、乙兩輛小車放在光滑的水平面上,在相同的拉力F作用下甲車產(chǎn)生的加速度為4m/s2,乙車產(chǎn)生的加速度為9m/s2,力F的方向如圖所示,則甲、乙兩車的質(zhì)量之比m1∶m2為 ()A.1∶2B.9∶4C.1∶4D.4∶1答案B由牛頓第二定律F=ma,可得車的質(zhì)量為m=F水平a,則兩車質(zhì)量之比為m1m2=2.(多選)如圖所示,當(dāng)小車向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí),物塊M相對車廂靜止于豎直車廂壁上,當(dāng)車的加速度增大時(shí) ()A.M對車廂壁的壓力不變B.M受靜摩擦力增大C.M受靜摩擦力不變D.M仍相對于車廂靜止答案CD對物塊M,水平方向FN=ma,豎直方向f=mg,則當(dāng)車的加速度增大時(shí)M對車廂壁的壓力增大,最大靜摩擦力變大,則M仍相對于車廂靜止,M受靜摩擦力不變。故選C、D。3.(★)(多選)(2021吉林長春第二十九中學(xué)高一期末)為了節(jié)省能量,某商場安裝了如圖所示的智能化的電動(dòng)扶梯,扶梯與水平面的夾角為θ。無人乘行時(shí),扶梯運(yùn)行得很慢;當(dāng)有人站上扶梯時(shí),扶梯先以加速度a勻加速運(yùn)動(dòng),再以速度v勻速運(yùn)動(dòng)。一質(zhì)量為m的顧客乘扶梯上樓,恰好經(jīng)歷了這兩個(gè)過程,重力加速度為g,下列說法中正確的是 ()A.顧客在勻速運(yùn)動(dòng)階段受到兩個(gè)力的作用B.扶梯對顧客的支持力始終等于mgC.加速階段扶梯對顧客的摩擦力大小為macosθ,方向水平向右D.顧客對扶梯作用力的方向先沿扶梯向上,再豎直向下答案AC顧客在勻速運(yùn)動(dòng)階段受到重力和支持力兩個(gè)力的作用,A正確;在向上加速的過程中,受力如圖:顧客加速度與速度方向相同,合力斜向右上方,因而顧客受到的摩擦力與接觸面平行水平向右,電梯對其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上,扶梯對人的支持力大于mg,故B錯(cuò)誤;加速階段扶梯對人的摩擦力大小為macosθ,方向水平向右,故C正確;物體加速度與速度方向相同,合力斜向右上方,因而顧客受到的摩擦力水平向右,扶梯對其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上方,在勻速運(yùn)動(dòng)的過程中,顧客處于平衡狀態(tài),只受重力和支持力,顧客與電梯間的摩擦力等于零,扶梯對顧客的作用力方向豎直向上;所以扶梯對顧客的作用力的方向先指向右上方,再豎直向上,故D錯(cuò)誤。探究點(diǎn)三力學(xué)單位制1.物理學(xué)的關(guān)系式在確定了物理量之間的關(guān)系時(shí),也確定了物理量單位之間的關(guān)系。2.單位制:由基本單位和導(dǎo)出單位組成(1)基本量和基本單位:在物理學(xué)中,只要選定幾個(gè)物理量的單位,就能夠利用物理量之間的關(guān)系推導(dǎo)出其他物理量的單位。被選定的物理量叫作基本量,相應(yīng)的單位叫作基本單位。(2)導(dǎo)出量和導(dǎo)出單位:由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量叫作導(dǎo)出量,推導(dǎo)出來的相應(yīng)單位叫作導(dǎo)出單位。3.單位制的意義(1)單位是物理量的重要組成部分,同一個(gè)物理量,選用不同的單位時(shí),數(shù)值不同,統(tǒng)一單位能夠便于交流。(2)能推導(dǎo)出所得結(jié)果的代數(shù)式的單位。(3)根據(jù)單位制能夠?qū)Y(jié)果做出基本判斷。4.單位制的分類1.現(xiàn)有以下一些物理量和單位,按下面的要求選擇填空(填寫代號(hào))。①密度②米/秒③牛頓④加速度⑤質(zhì)量⑥秒⑦厘米⑧長度⑨時(shí)間⑩千克(1)屬于物理量的是。

(2)在國際單位制中,作為基本量的物理量有。

(3)在國際單位制中,屬于基本單位的有,屬于導(dǎo)出單位的有。

答案(1)①④⑤⑧⑨(2)⑤⑧⑨(3)⑥⑩②③2.2020年5月5日,我國長征五號(hào)B運(yùn)載火箭首飛成功,火箭全長約53.7m,采用無毒無污染的液氧、液氫和煤油作為推進(jìn)劑,起飛質(zhì)量約849t,近地軌道運(yùn)載能力大于22t,是目前我國近地軌道運(yùn)載能力最大的火箭。在這則新聞中涉及了質(zhì)量、長度和時(shí)間及其單位,在國際單位制中,下列說法中正確的是 ()A.在國際單位制中,力的單位是根據(jù)牛頓第二定律定義的B.力學(xué)中的三個(gè)基本單位是N、m、sC.秒是國際單位制中力學(xué)三個(gè)基本物理量之一D.kg、m/s、N是國際單位的導(dǎo)出單位答案A在國際單位制中,力的單位是根據(jù)牛頓第二定律定義的,即當(dāng)質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度時(shí),所加的力為1N,A正確;力學(xué)中的三個(gè)基本單位是kg、m、s,B錯(cuò)誤;時(shí)間是國際單位制中力學(xué)三個(gè)基本物理量之一,秒是國際單位制中力學(xué)三個(gè)基本單位之一,C錯(cuò)誤;m/s、N是國際單位的導(dǎo)出單位,kg是國際單位的基本單位,D錯(cuò)誤。1.關(guān)于牛頓第二定律,下列說法正確的是 ()A.加速度與合力的關(guān)系是瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系,即a與F同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失B.加速度的方向與合外力的方向可以不相同C.同一物體的運(yùn)動(dòng)速度變化越大,受到的合外力也越大D.物體的質(zhì)量與它所受的合外力成正比,與它的加速度成反比答案A加速度與合力的關(guān)系是瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系,a隨合力的變化而變化,A正確;根據(jù)牛頓第二定律可知,加速度方向與合外力方向總是相同的,B錯(cuò)誤;速度變化大,加速度不一定大,則合力不一定大,故C錯(cuò)誤;質(zhì)量是物體的固有屬性,不隨合力、加速度的變化而變化,D錯(cuò)誤。2.(多選)如圖所示,物體A放在平板小車上,與小車一起運(yùn)動(dòng)并保持相對靜止。下面關(guān)于物體A的受力情況的說法正確的是 ()A.向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),一定受到方向向右的摩擦力作用B.向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),不受摩擦力作用C.向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí),一定受到方向向右的摩擦力作用D.向左運(yùn)動(dòng)時(shí),也可能受到方向向右的摩擦力作用答案BCD向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),物體A在水平方向受力為零,不受摩擦力作用,A錯(cuò)誤,B正確;向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí),合外力向右,則物體A一定受到方向向右的摩擦力作用,C正確;向左減速運(yùn)動(dòng)時(shí),加速度向右,則物體受到方向向右的摩擦力作用,D正確。3.(★)(多選)(2021天津一中高一期末)如圖所示,帶支架的平板小車沿水平面向左做直線運(yùn)動(dòng),小球A質(zhì)量為mA,用細(xì)線懸掛于支架前端,質(zhì)量為mB的物塊B始終相對于小車靜止地?cái)[放在小車右端。B與小車平板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。若某運(yùn)動(dòng)過程中觀察到細(xì)線偏離豎直方向θ角,則下列說法正確的是(重力加速度為g) ()A.細(xì)線拉力的大小為mB.細(xì)線拉力的大小為mC.小車對物塊B的摩擦力的大小為mBgtanθD.小車對物塊B的摩擦力的大小為μmBg答案AC對A受力分析,cosθ=mAgF,解得細(xì)線拉力的大小F=mAgcosθ,B錯(cuò)誤,A正確;對A受力分析mAgtanθ=mAaA,解得aA=gtanθ,方向水平向右,故小車以加速度大小為gtanθ向左做減速運(yùn)動(dòng),B的加速度也為gtanθ,根據(jù)牛頓第二定律Ff=mBa=牛頓第二定律的瞬時(shí)性問題物體在某時(shí)刻的瞬時(shí)加速度由該時(shí)刻所受的合力決定,當(dāng)物體的受力發(fā)生變化時(shí),其加速度同時(shí)發(fā)生變化。這類問題常會(huì)遇到輕繩、輕桿、輕彈簧、橡皮條等模型。全面準(zhǔn)確地理解它們的特點(diǎn),可幫助我們靈活、正確地分析問題。(1)它們的共同點(diǎn):質(zhì)量忽略不計(jì),都因發(fā)生彈性形變產(chǎn)生彈力,內(nèi)部彈力處處相等且與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。(2)它們的不同點(diǎn)項(xiàng)目彈力表現(xiàn)形式彈力方向彈力能否突變輕繩拉力沿繩收縮方向能輕桿拉力、支持力不確定能輕彈簧拉力、支持力沿彈簧軸線方向不能橡皮條拉力沿橡皮條收縮方向不能分析物體在某時(shí)刻的瞬時(shí)加速度,關(guān)鍵是分析這一時(shí)刻物體的受力情況,明確哪些力不變,哪些力發(fā)生突變,再用牛頓第二定律求出瞬時(shí)加速度。1.如圖所示,質(zhì)量為m的小球被水平繩AO和與豎直方向成θ角的輕彈簧系著處