高中物理必修第一冊(cè)(人教版)學(xué)生用書-第四章-3-牛頓第二定律

3.牛頓第二定律新課程標(biāo)準(zhǔn)1．理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律．2．能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生活生產(chǎn)中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題．核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念理解牛頓第二定律的內(nèi)容，知道其表達(dá)式的含義．科學(xué)思維真實(shí)情境下，應(yīng)用牛頓第二定律分析問題．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任從生活實(shí)際中，體會(huì)加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的關(guān)系．必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、牛頓第二定律的表達(dá)式1．內(nèi)容：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．表達(dá)式F＝________，其中力F指的是物體所受的________．【情境思考】如圖，如果推轎車，轎車沒有被推動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律，有力就能產(chǎn)生加速度，但為什么轎車一直沒有動(dòng)呢？答：二、力的單位1．力的國(guó)際單位：牛頓，簡(jiǎn)稱______，符號(hào)為______．2．“牛頓”的定義：使質(zhì)量為1kg的物體獲得1m/s2的加速度的力叫作1N，即1N＝________．3．在質(zhì)量的單位取kg，加速度的單位取m/s2，力的單位取N時(shí)，F(xiàn)＝kma中的k＝________，此時(shí)牛頓第二定律可表示為F＝________．【思考辨析】判斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”．(1)物體的加速度方向一定與它的合力方向相同．()(2)由牛頓第二定律知，合外力大的物體的加速度一定大．()(3)物體的加速度方向一定與它的速度方向相同．()(4)由F＝ma可知，m與a成反比．()(5)兩單位N/kg和m/s2是等價(jià)的．()關(guān)鍵能力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點(diǎn)一牛頓第二定律的理解導(dǎo)學(xué)探究1.在如圖a、b中，分別用較大的力和較小的力推質(zhì)量相同的購(gòu)物車，兩種情況下購(gòu)物車的速度變化有什么特點(diǎn)？答：2．如圖c、d中，人施加大小相同的推力，分別作用在質(zhì)量不同的購(gòu)物車上，兩種情況下購(gòu)物車的速度變化有什么特點(diǎn)？答：歸納總結(jié)1.力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，即力→加速度→速度變化(運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化)．物體所受的合力決定了物體加速度的大小，而加速度的大小決定了單位時(shí)間內(nèi)速度變化量的大小，但加速度的大小與速度的大小無必然的聯(lián)系．注意：2．牛頓第二定律的五個(gè)性質(zhì)3．加速度兩個(gè)公式的區(qū)別(1)a＝ΔvΔt是加速度的定義式，它給出一種測(cè)量物體加速度的方法．式中加速度a與速度變化量Δv與速度變化時(shí)間Δt無關(guān)(2)a＝Fm是加速度的決定式，它揭示了物體產(chǎn)生加速度的原因及影響物體加速度的因素典例示范例1(多選)下列對(duì)牛頓第二定律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，與物體的加速度成正比B．由m＝Fa可知，物體的質(zhì)量與其所受的合力成正比，C．由a＝Fm可知，物體的加速度與其所受的合力成正比，D．由m＝Fa可知，針對(duì)訓(xùn)練1(多選)關(guān)于速度、加速度和合外力之間的關(guān)系，下述說法正確的是()A．做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，它所受合外力是恒定不變的B．做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，它的速度、加速度、合外力三者總是在同一方向上C．物體受到的合外力增大時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)速度一定加快D．物體所受合外力為零時(shí)，可能處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)探究點(diǎn)二牛頓第二定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用導(dǎo)學(xué)探究仔細(xì)觀察下列圖片，分析下列問題(1)馬拉雪橇的力沿什么方向？畫出雪橇的受力示意圖．(2)雪橇在水平地面上做變速運(yùn)動(dòng)，雪橇受到的合力沿什么方向？(3)怎么求雪橇受到的合力？(4)如何求雪橇的加速度？答：歸納總結(jié)1.應(yīng)用牛頓第二定律解題的一般步驟2．根據(jù)受力情況求加速度的方法(1)矢量合成法：若物體只受兩個(gè)力作用，應(yīng)用平行四邊形定則求這兩個(gè)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．(2)正交分解法：當(dāng)物體受多個(gè)力作用時(shí)，常用正交分解法分別求物體在x軸、y軸上的合力Fx、Fy，再應(yīng)用牛頓第二定律分別求加速度ax、ay.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x軸或y軸，有時(shí)也可分解加速度，即F典例示范例2(一題多解)如圖所示，沿水平方向做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的車廂中，懸掛小球的懸線偏離豎直方向的夾角θ＝37°，小球和車廂相對(duì)靜止，小球的質(zhì)量為1kg.sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2(1)車廂運(yùn)動(dòng)的加速度并說明車廂的運(yùn)動(dòng)情況；(2)懸線對(duì)小球的拉力大小．針對(duì)訓(xùn)練2如圖，甲、乙兩人同時(shí)從背面和側(cè)面分別用F1＝150N、F2＝200N的力推質(zhì)量為50kg的沙發(fā)，F(xiàn)1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)μ＝0.4.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度g＝10m/s2，下列說法正確的是()A．沙發(fā)的加速度大小為1m/s2B．沙發(fā)將沿著F1的方向移動(dòng)C．沙發(fā)不會(huì)被推動(dòng)D．由于F1小于最大靜摩擦力，因此沙發(fā)將沿著F2的方向移動(dòng)針對(duì)訓(xùn)練3如圖所示，一物體沿傾角為α的斜面下滑時(shí)，恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，若物體以某一初速度沖上斜面，則上滑時(shí)物體加速度為()A．gsinαB．gtanαC．2gsinαD．2gtanα3．牛頓第二定律必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)一、1．正比反比相同2．kma合力情境思考：提示：轎車沒有動(dòng)，是因?yàn)檗I車所受的合力為0，加速度為0.二、1．牛N2．1kg·m/s23．1ma思考辨析答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√關(guān)鍵能力·合作探究探究點(diǎn)一1．提示：用較大的力推購(gòu)物車時(shí)，其速度變化快；用較小的力推購(gòu)物車時(shí)，其速度變化慢．2．提示：質(zhì)量較大的購(gòu)物車速度變化慢，質(zhì)量較小的購(gòu)物車速度變化快．【例1】【解析】注意物理公式不同于數(shù)學(xué)公式，不能單從形式上判斷正比和反比關(guān)系，還要考慮物理量的物理意義及決定因素等?？梢岳梦锢砉角笪粗浚缫阎狥、a，可根據(jù)m＝Fa求m.A錯(cuò)：作用在物體上的合力，可由物體的質(zhì)量和加速度計(jì)算，但并不由它們決定．B錯(cuò)：質(zhì)量是物體的屬性，由物體本身決定，與物體是否受力無關(guān)．C、D對(duì)：由牛頓第二定律知，加速度與合力成正比，與質(zhì)量成反比，m【答案】CD針對(duì)訓(xùn)練1解析：做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，加速度恒定不變，由牛頓第二定律知，它所受合外力是恒定不變的，故選項(xiàng)A正確；由牛頓第二定律可知加速度與合外力方向相同，與速度不一定在同一方向上，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；物體受到的合外力增大時(shí)，加速度一定增大，物體的運(yùn)動(dòng)速度變化一定加快，而速度不一定加快，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；物體所受合外力為零時(shí)，物體的加速度一定等于零，處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故選項(xiàng)D正確．答案：AD探究點(diǎn)二提示：(1)馬拉雪橇的力斜向上．雪橇受力如圖所示提示：(2)雪橇受到的合力沿水平方向．(3)用正交分解法求合力．(4)根據(jù)牛頓第二定律求解加速度．【例2】【解析】解法一：合成法(1)由于車廂沿水平方向運(yùn)動(dòng)，所以小球有水平方向的加速度，所受合力F沿水平方向．選小球?yàn)檠芯繉?duì)象，受力分析如圖甲所示．由幾何關(guān)系可得F＝mgtanθ.小球的加速度a＝Fm＝gtanθ＝7.5m/s2(2)懸線對(duì)小球的拉力大小為FT＝mgcosθ＝1×解法二：正交分解法以水平向右為x軸正方向建立坐標(biāo)系，并將懸線對(duì)小球的拉力FT正交分解，如圖乙所示．則沿水平方向有FTsinθ＝ma豎直方向有FTcosθ－mg＝0聯(lián)立解得a＝7.5m/s2，F(xiàn)T＝12.5N，且加速度方向向右，故車廂向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)或向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)?！敬鸢浮?1)見解析(2)12.5N針對(duì)訓(xùn)練2解析：已知F1＝150N、F2＝200N、FN＝mg＝500N，根據(jù)力的合成法則可求得，兩個(gè)相互垂直的力F1、F2的合力為F合＝250N，沙發(fā)受到的最大靜摩擦力f＝μFN＝μmg＝0.4×500N＝200N，因?yàn)镕1、F2的合力大于最大靜摩擦力，