4.3_牛顿第二定律_导学案

第3节牛顿第二定律汽车启动时，要用较大的牵引力，这时加速度很大，但速度并不大；而启动之后，开车人就要换挡，牵引力减小，这时加速度减小，而速度很大．加速度的大小取决于哪些因素呢？它们之间满足什么定量关系呢？牛顿第二定律的几个特性1．因果性力是产生加速度的原因，反之不对，没有力也就没有加速度．2．矢量性公式F＝是矢量式，任一瞬时，的方向均与F合方向相同，当F合方向变时，的方向同时变．3．瞬时性牛顿第二定律表明了物体的加速度与物体所受合外力的瞬时对应关系，为某一时刻的加速度，F为该时刻物体所受合外力．4．同一性有两层意思：一是指加速度相对同一惯性系(一般指地球)，二是指F＝中F、、必须对应同一物体或同一个系统．5．独立性作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律，而物体的实际加速度则是每个力产生的加速度的矢量和，分力和加速度在各个方向上的分量关系也遵从牛顿第二定律，即：F＝，Fy ＝y6．相对性物体的加速度必须是对相对于地球静止或匀速直线运动的参考系而言的．牛顿第二定律的应用1．应用牛顿第二定律解题的步骤(1)明确研究对象．根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体．可以是一个整体或进行隔离，由具体情况而定．(2)进行受力分析和运动状态分析，画好受力分析图，明确物体的运动性质和运动过程．(3)选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向．(4)求合外力F合．(5)根据牛顿第二定律F合＝列方程求解，必要时还要对结果进行讨论．2．运用牛顿第二定律结合力的正交分解法解题(1)正交分解法是把一个矢量分解在两个互相垂直的坐标轴上的方法，其实质是将复杂的矢量运算转为简单的代运算．表示方法：错误!(2)为减少矢量的分解，建立坐标系时，确定轴正方向有两种方法：①分解力而不分解加速度通常以加速度的方向为轴正方向，把力分解到坐标轴上，分别求合力：F＝，Fy＝0②分解加速度而不分解力若分解的力太多，比较繁锁，可根据物体受力情况，使尽可能多的力位于两坐标轴上而分解加速度，得和y ，根据牛顿第二定律得方程组F＝，Fy＝y力、加速度和速度的关系1．物体所受合力的方向决定其加速度的方向，合外力与加速度的大小关系是F＝，只要有合力，不管速度是大还是小，或是零，都有加速度，只有合力为零，加速度才能为零．一般情况下，合力与速度无必然的联系，只有速度变才与合力有必然的联系．2．合力与速度同向时，物体加速，反之减速．加速度→加速度→速度变(运动状态变)．物体所受到的合外力决定了物体当时加速度的大小，而加速度的大小决定了单位时间内速度变量的大小．加速度大小与速度大小无必然的联系．4．区别加速度的定义式与决定式定义式：＝ΔvΔ，即加速度定义为速度变量与所用时间的比值，而＝F/则揭示了加速度决定于物体所受的合外力与物体的质量一、力和运动的关系例1 下列关于力和运动关系的几种说法，正确的是( )A．物体所受合力的方向，就是物体运动的方向B．物体所受合力不为零时，其速度不可能为零．物体所受合力不为零，则其加速度一定不为零D．物体所受合力变小时，物体一定作减速运动解析由牛顿第二定律F＝可知，物体所受合力的方向与加速度的方向是一致的，但不能说就是物体的运动方向，可以与物体的运动方向相同(匀加速直线运动)，也可以与物体的运动方向相反(匀减速直线运动)，还可以和物体的运动方向不在一条直线上(曲线运动)，故A错．物体所受的合力不为零时，其加速度一定不为零，但其速度可能为零，如竖直上抛运动中，加速度大小为g，物体受重力作用，但最高点处速度为零，故B错，正确．当物体所受的合力变小时，其加速度也变小．但如果此时合力的方向仍与物体的运动方向相同，物体作加速度运动，具体说是作加速度逐渐减小的加速运动，故D错．综上所析，选项正确．答案讨论力和运动关系的问题，注意牢记加速度与力有对应关系(矢量性、瞬时性、同体性、独立性等)，力与运动的快慢没有直接联系二、牛顿第二定律的应用图4－3－1例2 质量为的木块，以一定的初速度沿倾角为θ的斜面向上滑动，斜面静止不动，木块与斜面间的动摩因为μ，如图4－3－1所示，求：(1)木块向上滑动的加速度；(2)若此木块滑到最大高度后，能沿斜面下滑，下滑时的加速度多大？解析(1)以木块为研究对象，在上滑时受力如图右所示．根据题意，加速度方向沿斜面向下．将各力沿斜面和垂直斜面方向正交分解．由牛顿第二定律有g θ+Ff=，FN-gc θ=0 且Ff=μFN解得=g( θ+μc θ)，方向沿斜面向下．(2)当木块沿斜面下滑时，木块受力如右图所示，由题意知，木块加速度方向沿斜面向下．由牛顿第二定律有 g θ-Ff=′， FN-gc θ=0， 且Ff=μFN解得′=g( θ-μc θ)，方向沿斜面向下． 答案 (1)g( θ+μc θ)，方向沿斜面向下 (2)g( θ-μc θ)，方向沿斜面向下在牛顿第二定律的应用中，常采用正交分解法，在受力分析后，建立直角坐标系是关键．坐标系的建立原则上是任意的，但常常使加速度在某一坐标轴上，另一坐标轴上的合力为零；或在坐标轴上的力最多三、连接体问题图4－3－2例3 两个物体A 和B ，质量分别为1和2，互相接触放在光滑水平面上，如图4－3－2所示，对物体A 施以水平的推力F ，则物体A 对B 的作用力等于( )A ．F B21＋2F12F D11＋2F解析 首先确定研究对象，先选整体，求出A 、B 共同的加速度，再单独研究B ，B 在A 施加的弹力作用下加速运动，根据牛顿第二定律列方程求解．将1、2看做一个整体，其合外力为F，由牛顿第二定律知，F=(1+2)，再以2为研究对象，受力分析如右图所示，由牛顿第二定律可得：F12=2，以上两式联立可得：F12=，B正确．答案 B(1)几个物体间彼此有力的相互作用而相对静止，这几个物体所组成的系统称为连接体．(2)可以把这几个相对静止的物体当做一个整体处，分析其受力，并应用牛顿第二定律解决求解力或加速度的问题．(3)求物体之间的相互作用力时，一般先取整体为研究对象求共同运动的加速度，然后采用隔离法求物体间的相互作用力1对静止在光滑水平面上的物体施加一水平拉力F，当力刚开始作用瞬间( )A．物体立即获得速度B．物体立即获得加速度．物体同时获得速度和加速度D．由于物体没有得及运动，所以速度和加速度都为零答案 B解析物体受重力、支持力与水平拉力F三个力的作用，重力和支持力合为零，因此物体所受的合力即水平拉力F由牛顿第二定律可知，力F作用的同时物体立即获得了加速度，但是速度还是零，因为合力F与速度无关而且速度只能渐变不能突变．因此B正确，A、、D错误．2．下列对牛顿第二定律的表达式F＝及其变形公式的解，正确的是( )①由F＝可知，物体受到的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比；②由＝F/可知，物体的质量与其所受的合力成正比，与其运动的加速度成反比；③由＝F/可知，物体的加速度与其所受的合力成正比，与其质量成反比；④由＝F/可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力而求得．A．①② B．②③ ．③④ D．①④答案解析物体的质量与物体本身所含物质的多少有关，与物体所受的合外力F 和加速度无关，故②错；物体受到的合力的大小由施力物体决定，故①错．3．下面四个图象分别表示四个物体的位移、速度、加速度和摩擦力随时间变的规律．其中反映物体受力不可能．．．平衡的是( )答案 B解析物体是否处于平衡状态可根据物体的加速度进行判断，若物体的加速度为零，物体处于平衡状态，若加速度不为零，物体不可能处于平衡状态．从图A 可知，物体做匀速直线运动，处于平衡状态；从图B可知，物体的速度不断变，加速度不为零，不可能处于平衡状态；从图可知，物体的加速度不为零，不可能处于平衡状态；从图D可知，物体所受的摩擦力不断减小，若物体所受的合力始终为零，物体处于平衡状态；若物体所受的合力不为零，物体处于非平衡状态，即合外力的情况不能确定．4．下面说法中正确的是( )A．同一物体的运动速度越大，受到的合力越大B．同一物体的运动速度变率越小，受到的合力也越小．物体的质量与它所受的合力成正比D．同一物体的运动速度变越大，受到的合力也越大答案B解析速度大小与合力大小无直接联系，A错；由＝ΔvΔ，运动速度变率小，说明物体的加速度小，也就是说物体受到的合力小，B对；物体的质量与合力无关，错；速度的变量的大小与物体所受合力大小无关，D错．图4－3－35．一质量为＝1 g的物体在水平恒力F作用下水平运动，1 末撤去恒力F，其v－图象如图4－3－3所示，则恒力F和物体所受阻力F f的大小是( ) A．F＝8 N B．F＝9 N．Ff＝2 N D．F f＝3 N答案BD解析撤去恒力F后，物体在阻力作用下运动，由v－图象可知，1～3 内物体的加速度为3 /2，由牛顿第二定律F f＝可知，阻力F f＝3 N；由图象可知在0～1 内其加速度为6 /2，由牛顿第二定律F－F f＝′，可求得F＝9 N，B、D正确．6．一个小孩从滑梯上滑下的运动可看做匀加速直线运动．第一次小孩单独从滑梯上滑下，加速度为1第二次小孩抱上一只小狗后再从滑梯上滑下(小狗不与滑梯接触)，加速度为2则( )A．1＝2B．1<2．1>2D．无法判断答案A解析以滑梯上孩子为研究对象受力分析并正交分解重力如右图所示．方向：g α-Ff=y方向：FN-gc α=0Ff=μFN由以上三式得=g( α-μc α)由表达式知，与质量无关，A对．7．某一旅游景区，建有一山坡滑草运动项目．该山坡可看成倾角θ＝30°的斜面，一名游客连同滑草装置总质量＝80 g，他从静止开始匀加速下滑，在时间＝5 内沿斜面滑下的位移＝50 ．(不计空气阻力，取g＝10 /2，结果保留2位有效字)问(1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力F为多大？(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因μ为多大？ 答案 (1)80 N (2)012 解析 (1)由位移公式＝122沿斜面方向，由牛顿第二定律得：g θ－F ＝ 联立并代入值后，得F ＝(g θ－22)＝80 N (2)在垂直斜面方向上，F N －g c θ＝0，又F ＝μF N 联立并代入值后，得μ＝Fg c θ＝012 8．水平面上有一质量为1 g 的木块，在水平向右、大小为5 N 的力作用下，由静止开始运动．若木块与水平面间的动摩擦因为02(1)画出木块的受力示意图； (2)求木块运动的加速度；(3)求出木块4 内的位移．(g 取10 /2) 答案 (1)如图所示 (2)3 /2 (3)24解析 (1)木块的受力示意图如右图所示 (2)根据题意知F －F f ＝，F N ＝G ，F f ＝μF N ，＝3 /2 (3)＝122＝12×3×42 ＝24力与速度和加速度的关系例1 关于速度、加速度和合力之间的关系，下述说法正确的是( )A ．做匀变速直线运动的物体，它所受合力是恒定不变的B ．做匀变速直线运动的物体，它的速度、加速度、合力三者总是在同一方向上．物体受到的合力增大时，物体的运动速度一定加快D ．物体所受合力为零时，一定处于静止状态答案 A解析 匀变速直线运动就是加速度恒定不变的直线运动，所以做匀变直线运动的物体的合力是恒定不变的，选项A 正确；做匀变速直线运动的物体，它的加速度与合力的方向一定相同，但加速度与速度的方向就不一定相同了．加速度与速度的方向相同时做匀加速运动，加速度与速度的方向相反时做匀减速运动，B 选项错误；物体所受的合力增大时，它的加速度一定增大，但速度不一定增大，选项错误；物体所受合力为零时，加速度为零，但物体不一定处于静止状态，也可以处于匀速运动状态，选项D 错误．1．由牛顿第二定律可知，合力与加速度之间具有瞬时对应的关系，合力与加速度可同时发生突变，但速度不能．2．合力增大，加速度一定增大，但速度不一定增大．3．加速度的方向与物体所受合力方向一致，但速度方向与加速度和合力的方向不一定共线应用牛顿第二定律分析瞬时问题图4－3－1例2 如图4－3－1所示，质量分别为A 和B 的A 和B 两球用轻弹簧连接，A 球用细绳悬挂起，两球均处于静止状态．如果将悬挂A 球的细线剪断，此时A 和B 两球的瞬时加速度各是多少？答案 A ＝(A ＋B )gA，方向竖直向下B＝0解析 物体在某一瞬间的加速度，由这一时刻的合外力决定，分析绳断瞬间两球的受力情况是关键．由于轻弹簧两端连着物体，物体要发生一段位移，需要一定时间，故剪断细线瞬间，弹簧的弹力与剪断前相同．先分析细线未剪断时，A 和B 的受力情况，如图所示，A 球受重力、弹簧弹力F1及细线的拉力F2；B 球受重力、弹力F1′，且F1′=F1=Bg剪断细线瞬间，F2消失，但弹簧尚未收缩，仍保持原的形变，即：F1、F 1′不变，故B 球所受的力不变，此时B=0，而A 球的加速度为：A==，方向竖直向下．拓展探究 (1)例题中将A 、B 间的弹簧换成弹性橡皮条，如图4－3－2甲所示，剪断悬挂A 球的细线的瞬间，A 、B 的加速度分别为多大？(2)在例题中，将A 、B 之间的轻弹簧与悬挂A 球的细绳交换位置，如图4－3－2乙所示，如果把A 、B 之间的细绳剪断则A 、B 两球的瞬时加速度各是多少？图4－3－2答案 (1)A ＝A＋BAg ，方向竖直向下 B ＝0(2)A ＝B Ag ，方向竖直向上 B ＝g ，方向竖直向下解析 (1)由于弹性橡皮条与弹簧伸长时受力特点完全相同，所以剪断悬挂A 球的细线的瞬间，A＝(A ＋B )Ag ，方向竖直向下，B ＝0(2)当两球均静止时受力分析如图示 由物体的平衡条件可得F1′=BgF2=F1+Ag而F1=F1′故F2=(A+B)g当剪断A、B之间的细线时F1、F1′变为0，F2不变所以A==g，方向竖直向上B==g，方向竖直向下在应用牛顿第二定律求解物体的瞬时加速度时，经常会遇到轻绳、轻杆、轻弹簧和橡皮绳这些常见的力模型．全面准确地解它们的特点，可帮助我们灵活正确地分析问题．1．这些模型的共同点：都是质量可忽略的想模型，都会发生形变而产生弹力，同一时刻内部弹力处处相等且与运动状态无关．2．这些模型的不同点：(1)轻绳：只能产生拉力，且方向一定沿着绳子背离受力物体，不能承受压力；认为绳子不可伸长，即无论绳子所受拉力多大，长度不变(只要不被拉断)；绳子的弹力可以发生突变——瞬时产生，瞬时改变，瞬时消失．(2)轻杆：既能承受拉力，又可承受压力，施力或受力方向不一定沿着杆；认为杆既不可伸长，也不可缩短，杆的弹力也可以发生突变．(3)轻弹簧：既能承受拉力，也可承受压力，力的方向沿弹簧的轴线，受力后发生较大形变，弹簧的长度既可变长，又可变短，遵循胡克定律；因形变量较大，产生形变或使形变消失都有一个过程，故弹簧的弹力不能突变，在极短时间内可认为弹力不变．(4)橡皮条：只能受拉力，不能承受压力；其长度只能变长，不能变短，同样遵循胡克定律；因形变量较大，产生形变或使形变消失都有一个过程，故橡皮条的弹力同样不能突变牛顿第二定律和正交分解法例3 质量＝1 g的球穿在斜杆上，斜杆与水平方向夹角α＝30°，球与杆之间的动摩擦因μ＝36，球受到竖直向上的拉力F＝20 N，求球运动的加速度．(g＝10 /2)答案25 /2解析对小球受力分析，由于竖直向上的拉力F大于小球的重力，故小球沿杆向上运动．以沿杆向上为轴正方向，垂直于杆向上为y轴正方向建立平面直角坐标系．在、y方向分别应用牛顿第二定律列方程，即可求出小球的加速度．以小球为研究对象进行受力分析，如右图所示，建立坐标系，根据牛顿第二定律ΣF==F α-g α-Ff=ΣFy=y=Fc α-gc α-FN=0又Ff=μFN，解得= ( α-μc α)-g( α-μc α)=25 /2拓展探究图4－3－3如图4－3－3所示，自动扶梯与水平面夹角为θ，上面站着质量为的人，当自动扶梯以加速度加速向上运动时，求扶梯对人的弹力F N和扶梯对人的摩擦力F f 答案见解析解析解法一：建立如下图所示的直角坐标系，人的加速度方向正好沿轴正方向，由题意可得轴方向：Ffc θ+FN θ-g θ=y轴方向：FNc θ-Ff θ-gc θ=0解得FN=g+ θ，Ff=c θ解法二：建立如右图所示的直角坐标系(水平向右为轴正方向，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，在轴方向和y轴方向上各有一个加速度的分量，其中轴方向的加速度分量=c θ，y轴方向的加速度分量y= θ，根据牛顿第二定律有轴方向：Ff=；y轴方向：FN-g=y解得FN=g+ θ，Ff=c θ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．1．从上面的例题中可以看到，解题过程的简便与否，和如何建立直角坐标系有着直接的关系．那么，究竟怎样建立直角坐标系可使解题方便呢？这还得先看这类问题的一般解题步骤：(1)确定研究对象，对其进行受力分析；(2)建立恰当的直角坐标系，再把不在坐标轴上的量(包括力和加速度)进行分解；(3)根据平衡条件或牛顿第二定律列出方程并求解．2．采用正交分解法解题时，不管选取哪个方向为轴的正向，所得的最后结果都是一样的．在选取坐标轴时，为使解题方便，应考虑尽量减少矢量的分解．若已知加速度方向一般以加速度方向为正方向1关于速度、加速度、合力的关系，下列说法中不正确．．．的是( ) A．不为零的合力作用于原静止物体的瞬间，物体立刻获得加速度B．加速度的方向与合力的方向总是一致的，但与速度的方向可能相同，也可能不同．在初速度为零的匀加速直线运动中，速度、加速度与合力的方向总是一致的D．合力变小，物体的速度一定变小答案D2．一个质量为2 g的物体同时受到两个力的作用，这两个力的大小分别为2 N 和6 N，当两个力的方向发生变时，物体的加速度大小可能为( )A．1 /2B．2 /2．3 /2D．4 /2答案 BD图4－3－43．如图4－3－4所示向东的力F 1单独作用在物体上，产生的加速度为1；向北的力F 2单独作用在同一个物体上，产生的加速度为2则F 1和F 2同时作用在该物体上，产生的加速度( )A ．大小为1－2B ．大小为1＋2 ．方向为东偏北rc 21D ．方向为与较大的力同向 答案4．关于牛顿第二定律，下列说法中正确的是( )A ．公式F ＝中，各量的单位可以任意选取B ．某一瞬间的加速度只取决于这一瞬间物体所受的合力，而与这之前或之后的受力无关．公式F ＝中，实际上是作用于物体上的每一个力所产生的加速度的矢量和D ．物体的运动方向一定与它所受合力的方向一致 答案 B解析 F 、、必须选取国际单位制中的单位，才可写成F ＝的形式，否则比例系≠1，所以选项A 错误；牛顿第二定律表述的是某一时刻合外力与加速度的对应关系，它既表明F 、、三者在值上的对应关系，同时也表明合外力的方向与加速度的方向是一致的，即矢量对应关系，而与速度方向不一定相同，所以选项B 正确，D 错误；由力的独立作用原，作用在物体上的每个力都将各自产生一个加速度，与其他力的作用无关，物体的加速度是每个力所产生的加速度的矢量和，故选项正确．图4－3－55．如图4－3－5所示，在一粗糙水平面上有两个质量分别为1和2的木块1和2，中间用一原长为L、劲度系为的轻弹簧连接起，木块与地面间的动摩擦因为μ现用一水平力向右拉木块2，当两木块一起匀速运动时，两木块之间的距离是( )A．L＋μ1gB．L＋μ(1＋2)g．L＋μ2gD．L＋μ12g(1＋2)答案A解析由于两木块一起匀速运动，故每个木块均受力平衡．对木块1进行受力分析，弹簧弹力与木块1所受的摩擦力平衡，即Δ＝μ1g，所以Δ＝μ1g，因此两木块间的距离是L＋Δ＝L＋μ1g图4－3－66．如图4－3－6所示，用手提一轻弹簧，弹簧下端挂一金属球．在将整个装置匀加速上提的过程中，手突然停止不动，则在此后一小段时间内( ) A．小球立即停止运动B．小球继续向上做减速运动．小球的速度与弹簧的形变量都要减小D．小球的加速度减小答案D解析手突然停止不动，此后一小段时间内，弹力大于重力，合力向上，小球加速度方向与速度方向相同，因此球做加速运动，随着形变量减小，由＝－g知，球的加速度减小．7．跳伞运动员在下落的过程中，假定伞所受空气阻力的大小跟下落速度的平方成正比，即F＝v2，比例系＝20 N·2/2，跳伞运动员与伞的总质量为72 g，起跳高度足够高，则：(1)跳伞运动员在空中做什么运动？收尾速度是多大？(2)当速度达到4 /时，下落加速度是多大？ 答案 (1)加速度减小的加速运动最后匀速 594 / (2)54 /2解析 (1)以伞和运动员作为研究对象，开始时速度较小，空气阻力F 小于重力G ，v 增大，F 随之增大，合力F 合减小，做加速度逐渐减小的加速运动；当v 足够大，使F ＝G 时，F 合＝0，＝0，开始做匀速运动，此时的速度为收尾速度，设为v 由F ＝v\(2,)＝G 得：v ＝G ＝g≈594 /(2)当v ＝4 /<v 时，合力F 合＝g －F ，由牛顿第二定律F 合＝，得＝g －F＝(98－20×4272) /2≈54 /2图4－3－78．如图4－3－7所示，在海滨游乐场里有一种滑沙运动．某人坐在滑板上从斜坡的高处A 点由静止开始滑下，滑到斜坡底端B 点后，沿水平的滑道再滑行一段距离到点停下．如果人和滑板的总质量＝60 g ，滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因均为μ＝05，斜坡的倾角θ＝37°( 37°＝06，c 37°＝08)，斜坡与水平滑道间是平滑连接的，整个运动过程中空气阻力忽略不计，重力加速度g 取10 /2求：(1)人从斜坡上滑下的加速度为多大？(2)若由于场地的限制，水平滑道的最大距离B 为L ＝200 ，则人在斜坡上滑下的距离AB 应不超过多少？答案 (1)2 /2 (2)50解析 (1)人在斜坡上受力如右图所示，建立图示坐标系，设人在斜坡上滑下的加速度为1，由牛顿第二定律得g θ-Ff1=1，FN1-gc θ=0，由摩擦力计算公式得Ff1=μFN1，联立解得人滑下的加速度为1=g( θ-μc θ)=10×(06-05×08)=2/2(2)人在水平滑道上受力如下图所示，由牛顿第二定律得Ff2=2，FN2-g=0由摩擦力计算公式得Ff2=μFN2，联立解得人在水平滑道上运动的加速度大小为2=μg=5 /2设从斜坡上滑下的距离为LAB，对AB段和B段分别由匀变速运动的公式得v-0=21LAB,0-v=-22L联立解得LAB=509．在高速公路上以v＝108 /速度行驶的汽车，急刹车后车轮迅速停止转动，与地面间的动摩擦因μ＝08乘客如果系上安全带，人和车同时停止．如果没有系安全带，由于惯性乘客将以原速度向前冲出，与座位前方硬物碰撞．设碰后人的速度变为反向，大小变为02v，碰撞时间为003 ，求系了安全带后可使乘客受到的力减小为不系安全带时撞击力的多少分之一？答案1 150解析以v方向为正方向，设乘客的质量为，乘客与车的总质量为M，汽车的速度v0＝108 /＝30 /，急刹车后汽车的加速度为1由牛顿第二定律知μMg＝M1，得1＝μg＝8 /2乘客如果系上安全带，将和汽车一起减速，受到的作用力为F1由牛顿第二定律得F1＝1＝8如果没有系安全带，乘客受到硬物的撞击力为F2，乘客的加速度为2，则2的大小为2＝v2－(－v)Δ＝1 200 /2，方向为运动的反方向．得F2＝2＝1 200，故F2F1＝150，即乘客不系安全带时受到硬物的撞击力是系了安全带后受到的作用力的150倍．。

4.3《牛顿第二定律》教案一、教学目标（一）知识与技能1．掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式，理解公式中各物理量的意义及相互关系。

2．知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。

3．会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算。

（二）过程与方法通过牛顿第二定律的应用能深切感受到科学源于生活并服务于生活，激发学生学习物理的兴趣。

（三）情感态度与价值观通过学习物理的研究方法，认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法。

二、教学重点理解牛顿第二定律。

三、教学难点1．对牛顿第二定律的理解。

2．运用正交分解法求合力。

四、教学准备多媒体课件、粉笔、导学案、达标检测。

五、教学过程新课导入：展示教学三维目标师：同学们，你们想一下：在地球上，哪些仪器可以测量物体的质量？生：天平、秤、电子称、弹簧测力计等等。

师：如果是在太空，这些仪器还能测出物体的质量吗？生：不能。

师：那么，在太空上怎么测量物体的质量呢？（同学思考）师：展示太空质量仪测宇航员体重视频。

（激发学生学习兴趣，想要知道其中的秘密）新课讲解：师：回忆上节实验课《探究加速度与力、质量的关系》中加速度与力、质量的关系，画出a与F、a与1/m的图像。

生：在导学案上画出图像（提前发导学案，上课直接使用）师：我们得出什么结论？生：当m一定时，a与F成正比；F一定时，a与m成反比。

师：如何用数学式子把以上的结论表示出来？生：a∝F/m师：加速度a是什么量？力F是什么量？质量m是什么量？a与F在方向上有什么关系？生：加速度a是矢量，力F是矢量，质量m是标量，a与F在方向相同。

师：对，那么我们如何用语言把牛顿第二定律表达出来呢？生：物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。

师：加速度的方向与合外力的方向始终一致，我们说牛顿第二定律具有同向性。

师：如何把以上式子写成等式？生：需要引入比例常数k，a＝kF/m师：我们可以把上式再变形为F=kma师：我们运用公式时，单位要统一。

《4.3牛顿第二定律》教学设计通过上节课的学习，我们知道（1）当保持物体质量不变时，物体的加速度与它所受力成正比。

加速度与力的关系用数学式子表示就是：a∝F（2）当保持物体受力不变时，物体的加速度跟质量成反比。

加速度与质量的关系用数学式子表示就是：a∝1/m力、加速度、质量到底有没有具体的数量关系？今天我们来找出这个数量关系一、牛顿第二定律的表达式思考讨论：小车的加速度a与它所受的作用力F 成正比，与它的质量m成反比。

那么，对于任何物体都是这样的吗？甲猜想中的a-F图像乙根据实际数据作出的a-F图像多次类似的实验发现：每次实验的点都可以拟合成直线，而这些直线与坐标轴的交点又都十分接近原点。

大量的实验和观察到的事实都可以得出：物体的加速度a与它所受的作用力F成正比，与它的质量m成反比。

1．牛顿第二定律的内容物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

这就是牛顿第二定律。

2．牛顿第二定律可表述为：a∝F/m也可以写成等式：F＝km a其中k是比例系数。

注意：实际物体所受的力往往不止一个，式中F 指的是物体所受的合力。

3．牛顿第二定律更一般的表述：物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比；加速度的方向跟合力的方向相同。

＝km aF合牛顿第二定律不仅阐述了力、质量和加速度三者数量间的关系，还明确了加速度的方向与力的方向一致。

思考与讨论：取质量的单位是千克（kg），加速度的单位是米每二次方秒（m/s2），根据上述牛顿第二定律中由于阻力不变，根据牛顿第二定律，汽车在平直路面上运动的加速度将保持不变。

由加速度可以求出汽车受到的阻力。

如图，重新起步后，汽车在平直路面上受到牵引力和阻力。

由于二者大小都不变，所以汽车的加速度恒定不变。

根据牛顿第二定律可以求出汽车运动的加速度：解：以汽车为研究对象。

设汽车运动方向为x 轴正方向，建立一维坐标系。

取消动力后，汽车做匀减速直线运动。

高中物理4.3牛顿第二定律导学案新人教版必修4、3牛顿第二定律导学案新人教版必修1教学目标1、掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式2、理解公式中各物理量的意义及相互关系3、知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的4、会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算一、牛顿第二定律：【定义】XXXXX：物体加速度的大小跟合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。

比例式：或。

等式：其中k是比例系数。

（公式中的F是合外力，而ma是作用效果，不要看成力，它们只是大小相等）力的单位K是比例常数，那k 应该是多少呢？力的单位是kg*m/s2，后来为了纪念牛顿，把kg*m/s2称做“牛顿”，用N表示。

公式：【牢记】XXXXX：1、F与a的同向性。

2、F与a的瞬时性。

3、力的独立性原理。

4、F可以突变，a可以突变，但v不能突变。

5、牛二只适用于惯性参考系6、牛二适用于宏观低速运动的物体7、是定义式、度量式；是决定式。

两个加速度公式，一个是纯粹从运动学（现象）角度来研究运动；一个从本质内因进行研究。

就像农民看云识天气，掌握天气规律，但并不知道云是如何形成的，为什么不同的云代表不同的天气。

就像知道有加速度却不知道为何会有。

8、不能认为牛一是牛二在合外力为0时的特例。

二、用牛顿第二定律解题的方法和步骤1、明确研究对象（隔离或整体）2、进行受力分析和运动状态分析，画出示意图3、规定正方向或建立直角坐标系，求合力F合4、列方程求解①物体受两个力：合成法②物体受多个力：正交分解法(沿运动方向和垂直于运动方向分解)(运动方向)（垂直于运动方向）例1、从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。

可是我们用力提一个很重的物体时却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？答：没有矛盾，从角度来看，因为提不动，所以静止，则合外力为0，所以加速度也为0；从角度来看，物体受三个力，支持力、重力、向上提的力。

4.3牛顿第二定律（导学案）知识和技能：1、掌握牛顿第二定律的内容和数学公式。

2、理解公式中各物理量的意义及相互关系。

3、知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。

4、会用牛顿第二定律的公式进行计算和处理有关问题。

过程与方法：1、通过对上节课实验结论的总结，归纳并总结出牛顿第二定律，体会大师的做法和勇气。

2、培养学生的概括能力和分析推理能力。

情感态度与价值观：1、渗透物理学研究方法的教育。

2、认识到由实验归纳总结物理规律的科学方法。

重·难点：1、牛顿第二定律的理解。

2、理解k=1时，F=ma.课前自主学习一、回顾上节内容，回答以下问题：1、通过上节课的实验，我们知道当物体的质量不变时，物体的加速度与其所受的合力之间存在什么关系？2、当物体所受的合力不变时，物体的加速度与其质量之间存在什么关系？二、牛顿第二定律1、内容：物体运动的加速度大小跟其所受的合力成，跟成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。

2、表达式：a∝或F∝或F＝.三、力的单位1、在国际单位制中，力的单位是，符号为，它是根据牛顿第二定律定义的，使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力，叫做1N，即1N＝2、比例系数k的意义①在F＝kma中，k的选取有一定的。

②在国际单位制中k＝1，牛顿第二定律的数学表达式为，式中F、m、a的单位分别为、、。

四．自主检测1、下列对牛顿第二定律的表达式F＝ma及其变形式的理解，正确的是（）A、由F＝ma可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比B、由m=F/a可知，物体的质量与其所受合力成正比，与其运动的加速度成反比C、由a=F/m可知，物体的加速度与其所受合力正比，与其质量成反比D、由m=F/a可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力求出2、由牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，可是当我们用一个很小的力去推很重的桌子时，却推不动，这是因为（）A、牛顿第二定律不适用于静止的物体B、桌子的加速度很小，速度增量很小，眼睛不易觉察到C、推力小于静摩擦力，加速度是负的D、桌子所受的合力为零3、力F1单独作用于某物体时产生的加速度是3m/s2，力F2单独作用于些物体时产生的加速度是4 m/s2，两力同时作用于此物体时产生的加速度可能是（）A、1 m/s2B、5 m/s2C、4 m/s2D、8 m/s24、在牛顿第二定律的表达式F＝kma中，有关比例系数k的下列说法中正确的是（）A、在任何情况下k都等于1B、k的数值由质量、加速度和力的大小决定C、k的数值由质量、加速度和力的单位决定D、在国际单位制中k＝15、光滑水平桌面上有一个质量m＝2kg的物体，它在水平方向上受到互成90°角的两个力的作用，这两个力都是14N，这个物体加速度的大小是多少？沿什么方向？课内互动探究一、牛顿第二定律的简单应用例1：如图所示，质量为m的滑块沿倾角为θ的斜面加速下滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为μ，求滑块的加速度？变式训练：1、一个质量m＝500g的物体，在水平面上受到一个F=1.2N的水平拉力，水平面与物体间的动摩擦因数μ＝0.06，求物体加速度的大小（g=10 m/s2）师生总结牛顿第二定律应用时的一般步骤：1.明确研究对象。

班级：姓名：4．3 牛顿第二定律导学案【三维目标】情感态度与价值观渗透物理学研究方法的教育，体验物理方法的魅力.知识与技能1.掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式.2.理解公式中各物理量的意义及相互关系.3.知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的.4.会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算.过程与方法1.以实验为基础，归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律.2.认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法.【学习重点】掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式、会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算【学习难点】会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算【方法指导】自主探究、交流讨论、自主归纳【复习巩固】1、通过上节课的实验，我们知道当物体的质量不变时，物体的加速度与其所受的力之间存在什么关系？2、当物体所受的力不变时，物体的加速度与其质量之间存在什么关系？3、当物体所受的合力和物体的质量都发生变化时，物体的加速度和其所受合力、质量之间存在怎样的关系呢？【学习过程】一、自主探究牛顿第二定律的得出①m一定时，加速度与合外力成比；即：②F一定时，加速度与质量成比；即：③由此可得，加速度与作用力和质量的关系表达为；注意：实际物体所受的力往往不止一个，这时式中F指的是物体所受的合力二、牛顿第二定律1、内容：物体运动的加速度大小跟其所受的作用力成，跟成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

2、表达式：a∝或F∝或F＝.三、力的单位1、在国际单位制中，力的单位是，符号为，它是根据牛顿第二定律定义的，使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力，叫做1N，即1N＝2、比例系数k的意义①在F＝kma中，k的选取有一定的。

②在国际单位制中k＝1，牛顿第二定律的数学表达式为，式中F、m、a的单位分别为、、。

四、问题自主探究1、交流讨论: 牛顿第二定律反映了加速度与力的关系A、因果关系：公式F=ma表明，只要物体所受合力不为零，物体就产生加速度，即力是产生加速度的。

课题：§4.3牛顿第二定律（第二课时）【学习目标】：1.加深巩固对牛顿第二定律的理解。

2.会用牛顿第二定律和运动学公式解决几种典型的动力学问题【学习重点】：会解决两类基本的动力学问题.【学习难点】：几种典型的动力学问题的解决方法的灵活应用【自主预习】：自我总结应用牛顿第二定律解题的基本步骤：【合作探究】：探究活动一：力和运动的关系例1、 下列关于力和运动关系的几种说法，正确的是( )A ．物体所受合力的方向，就是物体运动的方向B ．物体所受合力不为零时，其速度不可能为零C ．物体所受合力不为零，则其加速度一定不为零D ．物体所受合力变小时，物体一定作减速运动探究活动二：运用牛顿第二定律结合力的正交分解法解题(1)正交分解法是把一个矢量分解在两个互相垂直的坐标轴上的方法，其实质是将复杂的矢量运算转化为简单的代数运算．表示方法：⎩⎪⎨⎪⎧F x ＝F x1＋F x2＋F x3＋……＝ma x F y ＝F y1＋F y2＋F y3＋……＝ma y(2)为减少矢量的分解，建立坐标系时，确定x 轴正方向有两种方法：①分解力而不分解加速度 ：通常以加速度a 的方向为x 轴正方向，把力分解到坐标轴上，分别求合力：F x ＝ma ，F y ＝0.②分解加速度而不分解力：若分解的力太多，比较繁锁，可根据物体受力情况，使尽可能多的力位于两坐标轴上而分解加速度a，得a x和a y，根据牛顿第二定律得方程组F x＝ma x，F y＝ma y.例2、质量为m的木块，以一定的初速度沿倾角为θ的斜面向上滑动，斜面静止不动，木块与斜面间的动摩因数为μ，如图所示，求：(1)木块向上滑动的加速度；(2)若此木块滑到最大高度后，能沿斜面下滑，下滑时的加速度多大？探究活动三、连接体问题例3 、两个物体A和B，质量分别为m1和m2，互相接触放在光滑水平面上，如图所示，对物体A施以水平的推力F，则物体A对B的作用力等于( )A．F B.m 2m1＋m2F C.m1m2F D.m1m1＋m2F说明：(1)几个物体间彼此有力的相互作用而相对静止，这几个物体所组成的系统称为连接体．(2)可以把这几个相对静止的物体当做一个整体来处理，分析其受力，并应用牛顿第二定律解决求解力或加速度的问题．(3)求物体之间的相互作用力时，一般先取整体为研究对象求共同运动的加速度，然后采用隔离法求物体间的相互作用力.练习：如图所示，两个质量相同的物体1和2，紧靠在一起放在光滑的水平面上，如果它们分别受到水平推力F1和F2的作用，而且F1＞F2，则1施于2的作用力的大小为（）A．F1B．F2C．（F1+F2）/2 D．（F1-F2）/21 2F1F2探究活动四、应用牛顿第二定律分析瞬时问题例4：如图所示，质量分别为m A和m B的A和B两球用轻弹簧连接，A球用细绳悬挂起来，两球均处于静止状态．如果将悬挂A球的细线剪断，此时A和B两球的瞬时加速度各是多少？拓展探究(1)例题中将A、B间的弹簧换成弹性橡皮条，剪断悬挂A球的细线的瞬间，A、B的加速度分别为多大？(2)在例题中，将A、B之间的轻弹簧与悬挂A球的细绳交换位置，如果把A、B之间的细绳剪断则A、B 两球的瞬时加速度各是多少？【课堂小结】：【限时作业】：1、已知甲物体受到2N的力作用时，产生的加速度为4m/s2，乙物体受到3N的力作用时，产生的加速度为6m/s2，则甲、乙物体的质量之比m甲,m乙等于A．1：3 B．2：3 C．1：1 D．3：22、一个物体受到F1=4 N的力，产生a1=2 m/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？3、水平桌面上质量为1kg的物体受到2N的水平拉力，产生1.5m/s2的加速度。

4.3 牛顿第二定律导学案【学习目标】（1）知道牛顿第二定律的内容并能准确表述（2）理解并会书写牛顿第二定律的数学表达式及分量式。

（3）理解牛顿第二定律的六个性质，并能用六个性质解决物理问题。

（4）知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。

【学习过程】（一）牛顿第二定律1、牛顿第二定律的内容：物体的加速度a跟所受的作用力F成，跟物体的质量m成，加速度的方向跟作用力方向。

2、力的单位定义：使质量是1千克的物体产生1米/秒2加速度的力，叫做1个力的单位。

为纪念科学家牛顿，我们把1个力的单位叫做1牛顿。

即：1牛=1千克·米/秒2 3、数学表达式分量式（二）牛顿第二定律的理解a A = a B =★牛顿第二定律的内涵探究2----学以致用一个物体，质量是2㎏，受到互成120o 角的两个力F 1和F 2的作用,此外没有其他的力.这两个力的大小都是10N ，这个物体产生的加速度是多大? ★牛顿第二定律的内涵探究3----聚焦生活、建立模型 如图所示，一竖直弹簧下端固定于水平地面，小球从弹簧的正上方自由下落到弹簧上端，直至小球下降到最低点的过程中，试分析小球的F 合和a 、v 如何发生变化。

★牛顿第二定律的内涵探究3----学以致用、还原生活如图所示,质量相同的A 、B 两球用细线悬挂于天花板上且静止不动。

两球间是一个轻质弹簧，如果突然剪断悬线，则在剪断悬线瞬间A 球加速度为____；B 球加速度_____．（三）课后思考1、请观察彩虹圈的实验，试着利用本节的内容解释一下2、牛顿第一定律和牛顿第二定律是什么关系？3、公式a＝ΔvΔt和 a＝Fm的区别（四）课堂小结三、课后巩固、配套练习1要点辨析（1）牛顿第一定律是牛顿第二定律在合外力为零时的特例。

( )（2）我们用较小的力推一个很重的箱子，箱子不动，可见牛顿第二定律不适用于较小的力。

( )（3）加速度的方向跟作用力的方向没必然联系。

( )（4）由牛顿第二定律可知，质量大的物体其加速度一定小。

4.3 牛顿第二定律 学案学习目标1.理解牛顿第二定律的内容，知道牛顿第二定律表达式的确切含义2.会用牛顿第二定律处理两类动力学问题学习重点牛顿第二定律学习难点牛顿第二定律的意义自主学习一、牛顿第二定律1.牛顿第二定律的内容，物体的加速度跟 成正比，跟 成反比，加速度的方向跟 方向相同。

2.公式：3.理解要点：（1）F=ma 这种形式只是在国际单位制中才适用一般地说F ＝kma ，k 是比例常数，它的数值与F 、m 、a 各量的单位有关。

在国际单位制中，即F 、m 、a 分别用N 、kg 、m/s 2作单位，k=1，才能写为F=ma.（2）牛顿第二定律具有“四性”①矢量性：物体加速度的方向与物体所受 的方向始终相同。

②瞬时性：牛顿第二定律说明力的瞬时效应能产生加速度，物体的加速度和物体所受的合外力总是同生、同灭、同时变化，所以它适合解决物体在某一 或某一 时的力和加速度的关系问题。

③独立性：作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律，而物体的实际加速度则是每个力产生的加速度的矢量和，分力和加速度的各个方向上的分量关系F x =max也遵从牛顿第二定律，即：F y =ma y④相对性：物体的加速度必须是对相对于地球静止或匀速直线运动的参考系而言的。

4.牛顿第二定律的适用范围（1）牛顿第二定律只适用于（相对地面静止或匀速直线运动的参考系。

）（2）牛顿第二定律只适用于 （相对于分子、原子）、低速运动（远小于光速）的情况。

例题例1.质量为m 的物体放在倾角为α的斜面上，物体和斜面间的动摩擦系数为μ，如沿水平方向加一个力F ，使物体沿斜面向上以加速度a例2.如图所示，质量为m 的人站在自动扶梯上，扶梯正以加速度a 向上减速运动，a 与水平方向的夹角为θ，求人受的支持力和摩擦力。

F例3.风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力，现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室，小球孔径略大于细杆直径。