2015年秋高中物理 4.3牛顿第二定律课件 新人教版必修1.ppt

第3节　牛顿第二定律 要点一　牛顿第二定律及其理解 1．牛顿第二定律 (1)内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同． (2)表达式：F＝kma，在国际单位制中k＝1，即F＝ma. (3)物理意义：力是产生加速度的原因． (4)力学单位——“牛顿”的含义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度需要的力为1牛顿． 我们之前就学习过力的单位是牛顿，其实在牛顿建立牛顿第二定律之前对力的大小是没有一个准确的定义的，是牛顿对力的大小有了第一次定义，后人为了纪念牛顿，把力的单位命名为“牛顿”． 2．对牛顿第二定律的理解 (1)同体性：加速度、合外力和质量是对应于同一个物体的，所以分析问题时一定要确定好研究对象，把研究对象全过程的受力情况都搞清楚． (2)因果性：力是产生加速度的原因，物体的加速度是力这一外因和质量这一内因共同作用的结果． (3)矢量性：加速度与合外力都是矢量，它们的方向始终相同，加速度的方向唯一由合外力的方向决定． (4)瞬时性：物体的加速度跟它所受到的合外力之间存在着瞬时对应关系，加速度随合外力同时产生、同时变化、同时消失． (5)统一性：牛顿第二定律是实验定律，通过实验得出F∝ma，写成等式为F＝kma，其中k为比例系数．为使k＝1，力、质量、加速度的单位必须统一使用同一单位制(通常使用国际单位制)． (6)相对性：定律中的加速度是以地面或相对于地面静止或做匀速直线运动的物体为参考系所量度的，即定律仅在惯性系中成立． (7)独立性：物体受到多个力作用时，每个力都独立地产生一个加速度，且力和加速度之间仍遵循牛顿第二定律，就好像其他力不存在一样． (8)局限性：牛顿第二定律中只能解决物体的低速运动问题，不能解决物体的高速运动问题；只适用于宏观物体，不适用于微观粒子． 有的同学误认为用一个很小的力去推很重的桌子，却推不动它，说明这个力没有产生加速度． 辨析：物体受几个力作用时，每个力各自独立地使物体产生一个加速度，但物体表现出来的加速度只有一个，即各个力产生加速度的矢量和，桌子没被推动说明物体的合加速度为零，并不是这个力没产生加速度． 要点二　正确理解牛顿第一定律和牛顿第二定律的关系 1.牛顿第一定律并不是牛顿第二定律F＝0时的特殊情况，因为牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的运动状态，是一种理想情况，有其自身的物理意义和独立地位，同时还引入了惯性的概念． 2.牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，第一定律指出了力和运动的关系：力是改变物体运动状态的原因，从而完善了力的内涵，但没有说明力是怎样改变物体的运动状态的，而第二定律则进一步定量地给出了决定物体加速度的因素，揭示了力和物体加速度之间的定量关系． 3.要研究物体在力的作用下做什么运动，必须知道物体在不受力的情况下处于怎样的运动状态，所以牛顿第一定律是研究力学的出发点，是不能用牛顿第二定律来代替的． 如图所示，自动扶梯与水平面夹角为θ，上面站着质量为m的人，当自动扶梯以加速度a加速向上运动时，求扶梯对人的弹力FN和扶梯对人的摩擦力Ff. 【解析】　这是一个动力学问题，人受到竖直向下的重力mg、竖直向上的支持力FN和水平向右的摩擦力Ff，因为人的加速度方向沿扶梯向上，所以人所受的这三个力的合力方向也沿扶梯向上． 解法一：建立如右图所示的直角坐标系，人的加速度方向正好沿x轴正方向，由题意可得 x轴方向：Ffcosθ＋FNsinθ－ mgsinθ＝ma y轴方向：FNcosθ－Ffsinθ－ mgcosθ＝0 解得FN＝mg＋masinθ，Ff＝macosθ. 解法二：建立如右图所示的直角坐标系(水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向)．由于人的加速度方向是沿扶梯向上的，这样建立直角坐标系后，在x轴方向和y轴方向上各有一个加速度的分量，其中x轴方向的加速度分量ax＝acosθ，y轴方向的加速度分量ay＝asinθ，根据牛顿第二定律有 x轴方向：Ff＝max；y轴方向：FN－mg＝may 解得：FN＝mg＋masinθ，Ff＝macosθ. 比较以上两种解法，很显然，两种解法都得到了同样的结果，但是，第二种解法较简便． 【答案】　mg＋masinθ　macosθ 应用牛顿第二定律解题的方法有两种： 1．矢量合成法：若物体只受两个力作用时，应用平行四边形定则求这两个力的合力，再由牛顿第二定律求出物体的加速度的大小及方向．合力的方向就是物体加速度的方向，反之，若知道加速度的方向也可应用平行四边形定则求物体所受的合力． 2．正交分解法：(1)确定研究对象(在有多个物体存在的复杂问题中，确定研究对象尤其显得重要)． (2)分析研究对象的受力情况，画出受力图． (3)选定正方向建立直角坐标