2024-2025學(xué)年高中物理第6章力與運(yùn)動(dòng)第2節(jié)第2課時(shí)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律教案魯科版必修1

PAGE7-第2課時(shí)牛頓其次運(yùn)動(dòng)定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．[科學(xué)思維]通過上節(jié)試驗(yàn)，能得出并精確描述牛頓其次運(yùn)動(dòng)定律．2．[科學(xué)思維]理解力的單位的由來，理解關(guān)系式F＝kma是如何變成F＝ma的．3．[科學(xué)方法]能運(yùn)用牛頓其次運(yùn)動(dòng)定律分析和處理簡潔的問題．4．[科學(xué)方法]知道單位制和國際單位制，知道力學(xué)中其他物理量的單位都可以用基本單位導(dǎo)出．一、牛頓其次定律1．內(nèi)容：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，加速度方向與合外力方向相同．2．表達(dá)式：F合＝kma．質(zhì)量的單位用kg，加速度的單位用m/s2，且規(guī)定質(zhì)量為1kg的物體獲得1m/s2的加速度所需的力為1N，這樣表達(dá)式中的k就等于1，牛頓其次定律表達(dá)式可簡化為F＝ma．二、力學(xué)單位制1．國際單位(1)基本單位：在力學(xué)中有米(m)(長度單位)、千克(kg)(質(zhì)量單位)、秒(s)(時(shí)間單位)．(2)導(dǎo)出單位：在力學(xué)中利用物理公式從三個(gè)基本單位導(dǎo)出的其他單位．2．意義與作用：用公式計(jì)算的時(shí)候，所列的等式中就不必一一寫出每個(gè)物理量的單位，只要在計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)后面寫出待求量的單位即可．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)由牛頓其次定律可知，物體的質(zhì)量與物體所受合外力成正比，與物體的加速度成反比． (×)(2)物體加速度的大小由物體的質(zhì)量和物體所受合外力大小確定，與物體的速度大小無關(guān)． (√)(3)物體加速度的方向只由它所受合力的方向確定，與速度方向無關(guān)． (√)(4)在力學(xué)問題的分析計(jì)算中，只能采納國際單位，不能采納其他單位． (×)(5)力學(xué)單位制中，國際單位制的基本單位有千克、米、秒． (√)(6)只有在國際單位制中，牛頓其次定律的表達(dá)式才是F＝ma． (√)2．關(guān)于牛頓其次定律，下列說法中正確的是()A．牛頓其次定律的表達(dá)式F＝ma在任何狀況下都適用B．某一瞬時(shí)的加速度，不但與這一瞬時(shí)的外力有關(guān)，而且與這一瞬時(shí)之前或之后的外力有關(guān)C．在公式F＝ma中，若F為合外力，則a等于作用在該物體上的每一個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢量和D．物體的運(yùn)動(dòng)方向肯定與物體所受合外力的方向一樣C[牛頓其次定律只適用于宏觀物體在低速時(shí)的運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；F＝ma具有同時(shí)性，B錯(cuò)誤；假如F＝ma中F是合外力，則a為合外力產(chǎn)生的加速度，即各分力產(chǎn)生加速度的矢量和，C正確；假如物體做減速運(yùn)動(dòng)，則v與F反向，D錯(cuò)誤．]3．關(guān)于力的單位“?！?，下列說法不正確的是()A．“?！边@個(gè)單位是由質(zhì)量為1kg的物體所受重力為9.7N這個(gè)規(guī)定定下來的B．“?！边@個(gè)力的單位是依據(jù)在牛頓其次定律F＝kma中取k＝1時(shí)定下來的C．1N就是使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力D．質(zhì)量是1kg的物體所受的重力是9.8N，并不是規(guī)定的，而是依據(jù)牛頓其次定律F＝ma得到的結(jié)果A[依據(jù)牛頓其次定律F＝kma中k＝1、m＝1kg、a＝1m/s2時(shí)的力叫做“一個(gè)單位的力”，后人為了紀(jì)念牛頓把這個(gè)“1個(gè)單位的力”，即1kg·m/s2的力叫做1牛頓，用符號(hào)“1N”表示，故選項(xiàng)B、C正確，A錯(cuò)誤；地面旁邊的重力加速度g約為9.8m/s2，因此依據(jù)牛頓其次定律F＝ma可知，地面旁邊1kg的物體重力約為9.8N，并不是規(guī)定的，故選項(xiàng)D正確．]牛頓其次定律1．牛頓其次定律揭示了加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系，指明白加速度大小和方向的確定因素．2．牛頓其次定律的六性因果性只要物體所受合外力不為0(無論合外力多么小)，物體就獲得加速度，即力是產(chǎn)生加速度的緣由矢量性物體加速度的方向與物體所受合外力的方向總是相同的，加速度的方向由合外力的方向確定瞬時(shí)性物體的加速度與物體所受合外力總是同時(shí)存在、同時(shí)改變、同時(shí)消逝的，所以牛頓其次定律反映的是力的瞬時(shí)作用效果同一性F、m、a三者對應(yīng)同一個(gè)物體獨(dú)立性作用在物體上的每個(gè)力都將獨(dú)立產(chǎn)生各自的加速度，且遵從牛頓其次定律，物體的實(shí)際加速度為每個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢量和．分力和加速度在各個(gè)方向上的重量關(guān)系也遵從牛頓其次定律，即Fx＝max，F(xiàn)y＝may相對性物體的加速度是相對于慣性參考系而言的，即牛頓其次定律只適用于慣性參考系3．用牛頓其次定律解決的兩類基本問題(1)已知受力狀況確定運(yùn)動(dòng)狀況．(2)已知運(yùn)動(dòng)狀況確定受力狀況．處理方法：在這兩類問題中，加速度是聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的橋梁，受力分析和運(yùn)動(dòng)過程分析是解決問題的關(guān)鍵．【例1】如圖所示，質(zhì)量m＝2kg的物體靜止在水平地面上，物體與水平面間的滑動(dòng)摩擦力大小等于它們間彈力的0.25倍，現(xiàn)對物體施加一個(gè)大小F＝8N、與水平方向成θ＝37°角斜向上的拉力，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2．求：(1)畫出物體的受力圖，并求出物體的加速度；(2)物體在拉力作用下5s末的速度大??；(3)物體在拉力作用下5s內(nèi)通過的位移大?。馕觯?1)對物體受力分析如圖：由牛頓其次定律得：Fcosθ－f＝maFsinθ＋N＝mgf＝μN(yùn)解得：a＝1.3m/s2，方向水平向右．(2)v＝at＝1.3×5m/s＝6.5m/s．(3)s＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)×1.3×52m＝16.25m．答案：(1)見解析圖1.3m/s2，方向水平向右(2)6.5m/s(3)16.25m動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題的解題步驟(1)選取探討對象．依據(jù)問題的須要和解題的便利，選出被探討的物體，可以是一個(gè)物體，也可以是幾個(gè)物體組成的整體．(2)分析探討對象的受力狀況和運(yùn)動(dòng)狀況．留意畫好受力分析圖，明確物體的運(yùn)動(dòng)過程和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)．(3)選取正方向或建立坐標(biāo)系．通常以加速度的方向?yàn)檎较蚧蛞约铀俣确较驗(yàn)槟骋蛔鴺?biāo)軸的正方向．(4)求合外力F．(5)依據(jù)牛頓其次定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程求解，必要時(shí)還要對結(jié)果進(jìn)行探討．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．“殲十”戰(zhàn)機(jī)裝備我軍后，在各項(xiàng)軍事演習(xí)中表現(xiàn)優(yōu)異，引起了世界的廣泛關(guān)注．如圖所示，一架質(zhì)量m＝5.0×103kg的“殲十”戰(zhàn)機(jī)，從靜止起先在機(jī)場的跑道上滑行，經(jīng)過距離s＝5.0×102m，達(dá)到起飛速度v＝60m/s，在這個(gè)過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重量的0.02倍．求飛機(jī)滑行時(shí)受到的牽引力多大？(g取10m/s2)解析：滑行過程，飛機(jī)受重力G、支持力N、牽引力F、阻力f四個(gè)力作用，在水平方向上，由牛頓其次定律得：F－f＝ma，f＝0.02mg飛機(jī)勻加速滑行，有v2－0＝2as解得a＝3.6m/s2F＝1.9×104N．答案：1.9×104N2．一物體在多個(gè)力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，假如僅使其中某個(gè)力的大小漸漸減小到零，然后又漸漸從零復(fù)原到原來大小，在上述過程中，此力的方向始終保持不變，那么如圖所示的v-t圖象中，可能符合此過程中物體運(yùn)動(dòng)狀況的是()ABCDD[其中的一個(gè)力漸漸減小到零的過程中，物體受到的合力漸漸增大，則其加速度漸漸增大，速度時(shí)間圖象中圖線的斜率表示加速度，所以在力漸漸減小到零的過程中，圖線的斜率的肯定值漸漸增大，當(dāng)這個(gè)力又從零復(fù)原到原來大小時(shí)，合力漸漸減小，加速度漸漸減小，圖線斜率的肯定值漸漸減小，只有D符合題意．]力學(xué)單位制1．推導(dǎo)單位物理公式在確定各物理量的數(shù)量關(guān)系時(shí)，同時(shí)也確定了各物理量的單位關(guān)系，所以我們可以依據(jù)物理公式中物理量間的關(guān)系，推導(dǎo)出物理量的單位．2．檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果各量的單位統(tǒng)一成國際單位，計(jì)算結(jié)果的單位和該物理量的國際單位一樣時(shí)，該運(yùn)算過程才可能是正確的．若所求物理量的單位不對，則結(jié)果肯定錯(cuò)．【例2】聲音在空氣中的傳播速度v與空氣的密度ρ、壓強(qiáng)p有關(guān)．下列關(guān)于聲音傳播速度的表達(dá)式(k為比例系數(shù)，無單位)可能正確的是()A．v＝keq\f(p,ρ) B．v＝eq\r(\f(kp,ρ))C．v＝eq\r(\f(kρ,p)) D．v＝eq\r(kpρ)B[壓強(qiáng)p可由公式p＝eq\f(F,S)求得，則其單位為eq\f(kg·m/s2,m2)＝kg/(m·s2)；密度ρ可由公式ρ＝eq\f(m,V)求得，則ρ的單位為kg/m3．由于題中k無單位，則keq\f(p,ρ)的單位為m2/s2，明顯不是速度的單位，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．而eq\r(\f(kp,ρ))的單位為m/s，選項(xiàng)B中的表達(dá)式可能正確．又eq\r(\f(kρ,p))的單位為s/m，不是速度的單位，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．eq\r(kpρ)的單位為kg/(m2·s)，不是速度的單位，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．](1)在進(jìn)行物理運(yùn)算時(shí)，最終的結(jié)果往往是一個(gè)表達(dá)式，很難推斷其正誤．這時(shí)，可將全部物理量的國際單位制單位代入式中，對單位進(jìn)行運(yùn)算，若得到的單位不是所求物理量的國際單位制單位，結(jié)果就肯定是錯(cuò)誤的．(2)值得留意的是，運(yùn)用量綱檢查法得到的單位正確，但結(jié)果不肯定是正確的．[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．在國際單位制中，質(zhì)量、長度和時(shí)間三個(gè)物理量的基本單位分別是()A．N、m、s B．kg、m、sC．N、m、h D．kg、s、m/sB[在國際單位制中，質(zhì)量、長度和時(shí)間三個(gè)物理量的基本單位分別是kg、m、s，故選B．]4．由萬有引力定律可知，對任何兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)量分別為m1和m2，其間距離為r時(shí)，它們之間相互作用力的大小為F＝Geq\f(m1m2,r2)，式中G為引力常量．若用國際單位制表示，G的單位是()A．kg2·N/m2 B．kg·m2/NC．kg2·m/N D．N·m2/kg2D[依據(jù)萬有引力定律知F＝Geq\f(m1m2,r2)，則G＝eq\f(Fr2,m1m2)，可知G的單位為N·m2/kg2＝N·m2·kg－2，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．]1．[物理觀念]牛頓其次定律、力學(xué)單位制．2．[科學(xué)思維]應(yīng)用牛頓其次定律解決問題．1．下列儀器中，不屬于國際單位制基本物理量測量工具的是()A．天平 B．彈簧測力計(jì)C．秒表 D．刻度尺B[天平測質(zhì)量，彈簧測力計(jì)測力，秒表測時(shí)間，刻度尺測長度，其中力不屬于基本物理量，故選B．]2．豎直起飛的火箭在推力F的作用下產(chǎn)生10m/s2的加速度，若推力增大到2F，則火箭的加速度將達(dá)到(g取10m/s2)()A．20m/s2 B．25m/s2C．30m/s2 D．40m/s2C[設(shè)火箭質(zhì)量為m，由牛頓其次運(yùn)動(dòng)定律得：F－mg＝ma①2F－mg＝ma′②聯(lián)立①②式代入數(shù)據(jù)解得a′＝30m/s2，故C正確．]3．如圖所示，用手提一輕彈簧，彈簧下端掛一金屬球．在將整個(gè)裝置勻加速上提的過程中，手突然停止不動(dòng)，則在此后一小段時(shí)間內(nèi)()A．小球馬上停止運(yùn)動(dòng)B．小球接著向上做減速運(yùn)動(dòng)C．小球的速度與彈簧的形變量都要減小D．小球的加速度減小D[以球?yàn)樘接憣ο?，小球只受到重力G和彈簧對它的拉力FT，由題可知小球向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，即G<FT．當(dāng)手突然停止不動(dòng)時(shí)，在一小段時(shí)間內(nèi)彈簧縮短一點(diǎn)，即FT減小，且FT仍舊大于G，由牛頓其次定律可得FT－G＝ma，a＝eq\f(FT－G,m)，即在一小段時(shí)間內(nèi)小球加速度減小，故D正確．]4．水平傳送帶AB以v＝200cm/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，如圖所示，A、B相距0.011km，一物體(可視為質(zhì)點(diǎn))從A點(diǎn)由靜止釋放，物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，則物體從A沿傳送帶運(yùn)動(dòng)到B所需的時(shí)間為多少？(g取10m/s2)解析：統(tǒng)一單位：v＝200cm/s＝2m/s，s＝0.011km＝11m．起先時(shí)，物體受的摩擦力