2024-2025學(xué)年高中物理第5章力與運動第2節(jié)第2課時牛頓第二運動定律學(xué)案魯科版必修1

PAGE7-第2課時牛頓其次運動定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.[科學(xué)思維]通過上節(jié)試驗，能得出并精確描述牛頓其次運動定律．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]能運用牛頓其次運動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，這樣表達式中的k就等于1，牛頓其次定律表達式可簡化為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)(時間單位)．(2)導(dǎo)出單位：在力學(xué)中利用物理公式從三個基本單位導(dǎo)出的其他單位．2．意義與作用：用公式計算的時候，所列的等式中就不必一一寫出每個物理量的單位，只要在計算結(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式F＝ma在任何狀況下都適用B．某一瞬時的加速度，不但與這一瞬時的外力有關(guān)，而且與這一瞬時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力產(chǎn)生的加速度的矢量和D．物體的運動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的運動，A錯誤；F＝ma具有同時性，B錯誤；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；假如物體做減速運動，則v與F反向，D錯誤．]3．(多選)下列說法中正確的是()A．質(zhì)量是物理學(xué)中的基本物理量B．長度是國際單位制中的基本單位C．kg·m/s是國際單位制中的導(dǎo)出單位D．時間的單位——小時，是國際單位制中的導(dǎo)出單位AC[質(zhì)量是力學(xué)中的基本物理量，A正確；長度是物理量，不是單位，B錯誤；kg·m/s是國際單位制中的導(dǎo)出單位，C正確；小時是時間的基本單位，不是導(dǎo)出單位，D錯誤．]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．牛頓其次定律的五點說明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性物體的加速度與物體所受合外力總是同時存在、同時變更、同時消逝的，所以牛頓其次定律反映的是力的瞬時作用效果同一性F、m、a三者對應(yīng)同一個物體獨立性作用在物體上的每個力都將獨立產(chǎn)生各自的加速度，且遵從牛頓其次定律，物體的實際加速度為每個力產(chǎn)生的加速度的矢量和．分力和加速度在各個方向上的重量關(guān)系也遵從牛頓其次定律，即Fx＝max，F(xiàn)y＝may3.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動狀況．(2)已知運動狀況確定受力狀況．處理方法：在這兩類問題中，加速度是聯(lián)系力和運動的橋梁，受力分析和運動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末的速度大小；(3)物體在拉力作用下5s內(nèi)通過的位移大小．解析：(1)對物體受力分析如圖：由牛頓其次定律得：Fcosθ－f＝maFsinθ＋N＝mgf＝μN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，可以是一個物體，也可以是幾個物體組成的整體．(2)分析探討對象的受力狀況和運動狀況．留意畫好受力分析圖，明確物體的運動過程和運動性質(zhì)．(3)選取正方向或建立坐標(biāo)系．通常以加速度的方向為正方向或以加速度方向為某一坐標(biāo)軸的正方向．(4)求合外力F.(5)依據(jù)牛頓其次定律和運動學(xué)公式列方程求解，必要時還要對結(jié)果進行探討．eq\o([跟進訓(xùn)練])1.“殲十”戰(zhàn)機裝備我軍后，在各項軍事演習(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，從靜止起先在機場的跑道上滑行，經(jīng)過距離s＝5.0×102m，達到起飛速度v＝60m/s，在這個過程中飛機受到的平均阻力是飛機重量的0.02倍．求飛機滑行時受到的牽引力多大？(g取解析：滑行過程，飛機受重力G、支持力N、牽引力F、阻力f四個力作用，在水平方向上，由牛頓其次定律得：F－f＝ma，f＝0.02mg飛機勻加速滑行，有v2－0＝2as解得a＝3.6m/s2F＝1.9×104N.答案：1.9×104N2.如圖所示，質(zhì)量為m的球與彈簧Ⅰ和水平細線Ⅱ相連，Ⅰ、Ⅱ的另一端分別固定于P、Q.球靜止時，Ⅰ中拉力大小為T1，Ⅱ中拉力大小為T2.當(dāng)僅剪斷Ⅰ、Ⅱ中的一根的瞬間，球的加速度a應(yīng)是()A．若剪斷Ⅰ，則a＝g，方向豎直向下B．若剪斷Ⅱ，則a＝eq\f(T1,m)，方向水平向左C．若剪斷Ⅰ，則a＝eq\f(T1,m)，方向沿Ⅰ的延長線D．若剪斷Ⅱ，則a＝g，方向豎直向上A[若剪斷Ⅰ，彈簧上彈力消逝，由于水平細線Ⅱ上的彈力可以突變，此時Ⅱ上的彈力瞬間減為零，球受到的合外力就是球的重力，球的加速度就是重力加速度，即a＝g，方向豎直向下，選項C錯誤，A正確；若剪斷Ⅱ，此時水平細線上的彈力消逝，由于彈簧來不及發(fā)生形變，彈簧上彈力不變，球受到的合外力大小等平水于細線上的彈力，方向與水平細線上彈力反向，即合力大小F＝mgtanθ＝T2，球的加速度為a＝eq\f(T2,m)，方向水平向左，選項B、D均錯誤．]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，同時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．檢驗計算結(jié)果各量的單位統(tǒng)一成國際單位，計算結(jié)果的單位和該物理量的國際單位一樣時，該運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．【例2】聲音在空氣中的傳播速度v與空氣的密度ρ、壓強p有關(guān)．下列關(guān)于聲音傳播速度的表達式(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A錯誤．而eq\r(\f(kp,ρ))的單位為m/s，選項B中的表達式可能正確．又eq\r(\f(kρ,p))的單位為s/m，不是速度的單位，選項C錯誤.eq\r(kpρ)的單位為kg/(m2·s)，不是速度的單位，選項D錯誤．](1)在進行物理運算時，最終的結(jié)果往往是一個表達式，很難推斷其正誤.這時，可將全部物理量的國際單位制單位代入式中，對單位進行運算，若得到的單位不是所求物理量的國際單位制單位，結(jié)果就肯定是錯誤的.(2)值得留意的是，運用量綱檢查法得到的單位正確，但結(jié)果不肯定是正確的.eq\o([跟進訓(xùn)練])3．在國際單位制中，質(zhì)量、長度和時間三個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、長度和時間三個物理量的基本單位分別是kg、m、s，故選B.]4．據(jù)報載，我國自行設(shè)計生產(chǎn)的磁懸浮飛機運行速度可達v＝150m/s.假設(shè)“飛機”的總質(zhì)量m＝5t，沿水平直軌道以a＝1m/s2的加速度從靜止做勻加速起動至最大速度，忽視一切阻力的影響，(重力加速度g＝10m/s2)求：(1)“飛機”所需的動力F；(2)“飛機”起動至最大速度所需的時間t.解析：(1)由牛頓其次定律得，“飛機”所需的動力F＝ma＝5000N.(2)從起動至最大速度所需時間t＝eq\f(v,a)＝150s.答案：(1)5000N(2)150s1．[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C．秒表 D．刻度尺B[天平測質(zhì)量，彈簧測力計測力，秒表測時間，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到(g取10m/s2A．20m/s2 B．25m/s2C．30m/s2 D．40m/s2C[設(shè)火箭質(zhì)量為m，由牛頓其次運動定律得：F－mg＝ma ①2F－mg＝ma′ 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，輕彈簧上端與一質(zhì)量為m的木塊1相連，下端與另一質(zhì)量為M的木塊2相連，整個系統(tǒng)置于水平放置的光滑木板上，并處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出，設(shè)抽出后的瞬間，木塊1、2的加速度大小分別為a1、a2，重力加速度大小為g，則有()A．a(chǎn)1＝g，a2＝g B．a(chǎn)1＝0，a2＝gC．a(chǎn)1＝0，a2＝eq\f(m＋M,M)g D．a(chǎn)1＝g，a2＝eq\f(m＋M,M)gC[在抽出木板的瞬時，彈簧對木塊1的支持力和對木塊2的壓力并未變更．木塊1受重力和支持力，mg＝F，a1＝0.木塊2受重力和壓力，依據(jù)牛頓其次定律a2＝eq\f(F＋Mg,M)＝eq\f(M＋m,M)g.]4.水平傳送帶AB以v＝200cm/s的速度勻速運動，如圖所示，A、B相距0.011km，一物體(可視為質(zhì)點)從A點由靜止釋放，物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，則物體從A沿傳送帶運動到B所需的時間為多少？(g取10m/s2)解析：統(tǒng)一單位：v＝200cm/s＝2m/s，s＝0.011km＝11m.起先時，物體受的摩擦力