5 4 课本 问题与练习(1)(4)(5) 练习册相关习题 则K=1, F=ma 三、牛顿第二定律的特征 1、同体性 F2 F1 m2 m1 物体在力F的作用下该物体会产生加速度, 加速度和该物体所受合力(包括该物体的质量) 的这种对应关系称为牛顿第二定律的同体性。 即 F、m 、a是对应同一个物体而言的。 牛顿第二定律的同体性特征 2、矢量性 m 质量为m的物体置于光滑水平面上 讨论: ①向右的水平力F产生的加速度的方向向哪 里? F a∝ m F=kma 或 F ∝ma 式中k是比例系数,F指的是产生该加速度的力 二、力的单位 由F=kma有: 取 m=1kg a=1m/s2 则 ma=1kg×1m/s2 =1kg·m/s2 规定1kg·m/s2 为一个单位的力,为了纪 念牛顿,把一个单位的力称为1牛顿, 即1N = 1kg· 2 m/s o o 由F合=ma F合 10 N a 5m / s 2 得: m 2k g 课 本 根据牛顿第二定律:F=ma F1 10 N 例 a1 5m / s 2 m 2kg 2 a2 F2 10 N 5m / s 2 m 2kg 解析三: , a1 0 F1 a 加速度满足平行四边形定则,得到 0 F合 a1563 m v0 v0m a2 1 t 2 1.42 2 t s m 1100 s 讨论:公式 计算加速度,这两个式子哪一个是定义式? 哪一个是决定式?力、加速度、速度变化 量之间有什么关系? 的力跟质量的比值来计算 at 可以知道,加 算速度的变化率来计算加速度。 (3)由 a 、 vt v0 m 速度的大小取决于合力,而当加速度一定时, 速度的大小取决于初速度和加速时间。 a合=a-af 牛顿第二定律的独立性特征 某质量为1100kg的汽车在平直路面上试车,当达到 100km/h的速度时关闭发动机,经过70s停下来,汽 课 车受到的阻力是多大?重新起步加速时牵引力为 本 2000N,产生的加速度应为多大?(假定试车过程中汽车 例 1 受到的阻力不变) F阻 F 解:沿汽车运动方向建立坐标轴 第一阶段,汽车做匀变速运动 第二阶段,汽车重新起步加速 V0=100 km/h=27.8 m/s ,t=70 s , v=0 m/s F合=F-F阻 =2000N-437N=1563N 由牛顿第二定律得: F阻 ma1 mv0 1100 27.8 N 437 N t 70 3、力的单位:牛顿(N)1N=1kg·m/s2 同体性、矢量性、 4、特性: 瞬时性、独立性。 5、应用:会用正交分解法求合力; 会用牛顿第二定律解题。 牛顿第一定律是牛顿第 二定律的特例吗? 练习: (1)一个物体受到F1=4N的力产生a1=2m/s2 的加速度,要使它产生a2=6 m/s2的加速度, 需要施加多大的力? 解析:根据F=ma 1 F1=ma1 F1=4N 2 F2=ma2 a1=2m/s2 m=2kg F2=12N 与物体的质量无关。 科学漫步: 用动力学方法测质量 示意图如图所示 F a m1 m2 a ① m2 m1 F Vt V0 ② a t F m2 m1 ③ a 牛 顿 第 二 定 律 1、文字表述:物体的加速度跟作用力 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、公式: F ma 1 解:FX合=F1X+F2X F2X FX合 a m 0 x F1X F2 如何选择坐标轴的方向呢? 基本的原则就是能够使问题简化。例如: y F1 F F2X GX Gy F1y 0 F2y x F1X F2 G 质量不同的物体,所受的重力不一样,它 们自由下落时加速度却是一样的。你怎样 理解? 解析:根据牛顿第二定律: Biblioteka Baidu mg a g m (3)小车里悬挂一小球,如图所示,当小车以加 速度a运动时,悬线与竖直线有一固定角度。已知 小球质量为50g,a=5.0 m/s2.求悬线对小球的拉力T 及与竖直面夹角θ 。 解析: T
G cosθ
mg cosθ T θ θ F Gtanθ mgtanθ① F ma ② 由① ②得 则 cosθ F vt v0 a 为决定式,可以用产生加速度 (1)公式 (2) m a t 为定义式,可以通过计 F vt v0 和 a F 都可以用来 a m t o 解析一:先求合力,再求加速度 一个物体,质量是2㎏,受到互成120 角的 课 本 例 2 两个力F1 和F2 的作用。这两个力的大小都 解析二:先求各个力的加速度,再求合加速度. 是10N,这个物体的加速度是多少? 牛顿第二定律的瞬时性特征 4、独立性 如果水平面不光滑,物体水平向右加速运动 v 讨论: ① 水平方向受到哪些力? f ● F ② 这些力会产生加速度吗? ③ 这些力可以合成吗?加速度呢? 合力跟合加速度有什么关系? F合 a合 m 物体受到几个力作用时,分力 产生分加速度,合力产生合加速度。 af a ● F合=F-f 平行四边形法 F1 F F2 0 a1 F1 正交分解法 y F1 0 a a2 有没有 F2 其他方 法? 0 F2 x 课 本 例 2 解析一: 如图所示:因为F1=F2=10N, F1、F2的夹角120°,根据平 行四边形定则有: F合=F1=F2=10N 平行四边形法 F1 0 F2 F F合 10 N 2 a 5m / s m 2kg 如图,建立平面直角坐标系,把力 F1 解析二: 和 F2 分别沿x轴和y轴的方向分解 F1的分力为: F1x F1x cos 60 F1 y F1 sin 60 o y o F1 F2的分力为: F2 x F2 cos 60 o F2 y F2 sin 60 o 0 F2 x F合 F1x F2 x F1 cos 60 F2 cos 60 5 N 5 N 10 N F ②当向右的水平力F的改为向左时产生的 加速度方向向哪里? 由于加速度和力都是矢量,所以加速度 的方向跟产生该加速度的力的方向相同 牛顿第二定律的矢量性特征 3、瞬时性 质量为m的物体置于光滑水平面上 m F 讨论: ①物体受拉力F之前做什么运动? ②物体受拉力F之后做什么运动? ③撤去拉力F后物体做什么运动? 物体运动的加速度随合力的变化而 变化,存在着瞬时对应的关系 a2 合加速度a=5m/s2 F2 课 本 例 2 一个物体,质量是2㎏,受到互成120 角的 两个力F1 和F2 的作用。这两个力的大小都 是10N,这个物体的加速度是多少? 平行四边形法 F1 F F2 0 o a1 F1 正交分解法 y F1 0 a a2 F2 0 F2 x 例:一个质量为m的物体,受到一个与水平方 向成α角的F1,一个与水平方向成β角F2作用, 如图,并且F1不等于F2,求物体在水平方向产 y 生的加速度为多大? F m=2kg a2=6 m/s2 (2)甲乙两辆实验小车,在相同的力作用下, 甲车产生的加速度为1.5 m/s2,乙车产生的 加速度为4.5 m/s2,甲车的质量是乙车的几 倍? 解析: 根据F=ma F=m甲a甲 F=m乙a乙 设甲乙两车所受外力为F a甲= 1.5 m/s2 a乙= 4.5 m/s2 m甲 3 所以 m乙 1 第四章 牛顿运动定律 牛顿第二定律 知识回顾:如何研究加速度跟外力和质 量的关系? m一定:a F 1 F一定:a m F a m 控制变量法——在研究多个物理量之间的关系时,常 使用的一种研究方法。 一、牛顿第二定律 1、文字表述: 物体的加速度跟作用力成正比,跟物体的 质量成反比————牛顿第二定律 2、比例式表示: