大学物理教案：探究动力学中的牛顿第二定律

第2讲 牛顿第二定律 两类动力学问题

考点一 牛顿第二定律的理解

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，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

(2)公式：F＝ma。

(3)物理意义：它表明了力是产生加速度的原因。

(4)适用范围：①只适用于研究惯性系中运动与力的关系，不能用于非惯性系；

②只适用于解决宏观物体的低速运动问题，不能用来处理微观粒子高速运动问题。

2．单位制

(1)定义：由基本单位和导出单位一起组成了单位制。

(2)分类

①基本单位：基本物理量的单位。力学中的基本物理量有三个，它们是质量、时间、长度，它们在国际制中的单位分别是kg、s、m。

②导出单位：由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。

[思维诊断]

(1)物体加速度的方向与所受合外力的方向一定相同。( )

(2)对静止在光滑水平面上的物体施加一水平力，当力刚开始作用瞬间，物体立即获得加速度。( )

(3)物体所受合外力越大，加速度越大。( )

(4)物体所受合外力越大，速度越大。( ) (5)物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。( )

(6)物体的加速度大小不变一定受恒力作用。( )

(7)千克、秒、米、库仑、安培均为国际单位制的基本单位。( )

(8)物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系，同时确定了物理量间的单位关系。( )

答案： (1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)×

(8)√

[题组训练]

1．[对牛顿第二定律及变形公式的理解](多选)下列对牛顿第二定律的表达式F＝ma及其变形公式的理解，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＝Fa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

C．由a＝Fm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

大学物理实验教案

实验名称 牛顿第二定律的验证

教学时数 2学时

教学目的

和要求 1．熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。

2．熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。

3．学会测量物体的速度和加速度。

4．学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。

教学重点 1、气垫导轨和光电计时系统的调节和使用。

2、速度和加速度的测量方法。

3、验证牛顿第二定律。

教学难点 1、气垫导轨和光电计时系统的调节和使用。

2、速度和加速度的测量方法。

教学容 1、光电计时系统的工作原理和使用方法

2、气垫导轨的检查和调平法（静态调平法和动态调平法）

3、测量粘性阻尼系数b

4、测量加不同砝码0m时的加速度

5、验证牛顿第二定律

教学方法 先讲授，然后实际演示操作要点。

教学手段 学生操作，随堂检查操作情况。根据学生的操作情况将容易犯错的问题做重点提示，学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提问。

时间分配 讲授30分钟，学生操作70分钟。

板书设计 实验目的、测量关系式、数据记录表格。

主要参

考资料 1、述武等，《普通物理实验》（第四版）[M]. ：高等教育，2007.

2、庚兴，《大学物理实验》[M]. ：科学技术文献，2004.

3、黄水平，《大学物理实验》[M]. ：机械工业，2012.

4、徐扬子，丁益民，《大学物理实验》[M]. ：科学，2006.

5、蓉，《基础物理实验教程》[M]. ：师大学，2008.

实验名称：牛顿第二定律的验证

实验目的：

1．熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。

2．熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。

3．学会测量物体的速度和加速度。

4．学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。

实验仪器：

气垫导轨（L-QG-T-1500/5.8） 滑块

电脑通用计数器（MUJ-ⅡB） 电子天平

1 大学物理实验教案

实验项目 在气轨上测定物体的速度和加速度并验证牛顿第二定律

教学目的 1.熟悉气轨和数字毫秒计的使用方法。

2.测定滑块运动的速度和加速度。

3.验证牛顿第二定律。

实验原理 1. 速度大小的测定

要测定物体的速度大小，只需测出通过已知距离△X所需的时间△t即可。本实验是在气垫导轨的滑块上安装一个开口遮光片，使滑块在导轨上运动，并进入设在气轨上某位置的光电门。当开口遮光片的前缘遮蔽光敏管时测时器开始计数，当开口遮光片的后缘再遮蔽光敏管时，测时器停止计数。如图所示，测时器上显示的数字即为开口遮光片移动△X=21LL距离的时间，由此可算出滑块通过光电门的平均速度大小，其中2L为遮光框总宽度，1L为遮光框后半部分的宽度。

tXV

当△t很小时，V近似等于滑块通过光电门所在点的瞬时速度大小。

2．加速度大小的测定

若滑块受一恒力作用，则它将作匀加速运动，在气轨上 S1和S2位置各放置一个光电门。根据上述测定速度大小的方法，分别测出滑块通过两光电门位置时的速度大小V1和V2，那么滑块的加速度大小a为：

)(2212122SSVVa (3-1)

3．验证牛顿第二定律

气轨调平后，用一系有砝码盘的涤纶带跨过气垫轴承连接在滑块上，如图所示，若滑块的质量为m1，砝码连同盘的质量为m2，涤纶带张力为

T，则有：

amTgm22

amT1 2 解得： ammgm)(212 (3-2)

令 21mmM gmW2

上式化为 MaW (3-3)

(3-3)式就是牛顿第二定律的表达式，式中加速度a的大小可由(3-1)式计算求得。要验证牛顿第二定律可分为两步：

1

“操千曲而后晓声 观千剑而后识器” 简单的事情重复做，你就是专家！---金博教育

辅导讲义

授课主题 牛顿第二定律，两类动力学问题

教学目标 1、掌握解决两类基本问题的方法

2、掌握牛顿第二定律的瞬时性解题技巧

教学重难点 1、 弹簧模型的受力分析

2、 斜面模型的受力分析

授课日期及时段 2019年2月11日

教学内容

知识点、两类动力学问题

1．动力学的两类基本问题

第一类：已知受力情况求物体的运动情况。第二类：已知运动情况求物体的受力情况。

2．解决两类基本问题的方法

以加速度为“桥梁”，由运动学公式和牛顿第二定律列方程求解，具体逻辑关系如图：

对牛顿第二定律的理解

2

“操千曲而后晓声 观千剑而后识器” 简单的事情重复做，你就是专家！---金博教育

1．牛顿第二定律的“五个性质”

2．合力、加速度、速度的关系

自己思考！！！

1．[应用牛顿第二定律定性分析]如图1所示，弹簧左端固定，右端自由伸长到O点并系住质量为m的物体，现将弹簧压缩到A点，然后释放，物体可以一直运动到B点。如果物体受到的阻力恒定，则( )

图1

A．物体从A到O先加速后减速

B．物体从A到O做加速运动，从O到B做减速运动

C．物体运动到O点时，所受合力为零

D．物体从A到O的过程中，加速度逐渐减小

牛顿第二定律的瞬时性

3

“操千曲而后晓声 观千剑而后识器” 简单的事情重复做，你就是专家！---金博教育

2【典例】 (2016·安徽合肥一中二模)两个质量均为m的小球，用两条轻绳连接，处于平衡状态，如图2所示。现突然迅速剪断轻绳OA，让小球下落，在剪断轻绳的瞬间，设小球A、B的加速度分别用a1和a2表示，则( )

图2

A．a1＝g，a2＝g B．a1＝0，a2＝2g

C．a1＝g，a2＝0 D．a1＝2g，a2＝0

【拓展延伸1】 把“轻绳”换成“轻弹簧”

3在【典例】中只将A、B间的轻绳换成轻质弹簧，其他不变，如图3所示，则典例选项中正确的是( )