2020-2021物理粵教版第一冊教師文檔：第4章 第3節(jié)牛頓第二定律含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年物理新教材粵教版必修第一冊教師文檔：第4章第3節(jié)牛頓第二定律含解析第三節(jié)牛頓第二定律學(xué)習(xí)目標(biāo)：1。［物理觀念]知道數(shù)據(jù)采集器、位移傳感器、牛頓第二定律內(nèi)容，了解國際單位中1N的定義，能解釋物理現(xiàn)象．2。[科學(xué)思維]理解數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并掌握其過程,能用牛頓第二定律解決相關(guān)問題．3.［科學(xué)探究]學(xué)會通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律，并根據(jù)曲線擬合得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,學(xué)會與他人合作探究．4。［科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]學(xué)會在解決實(shí)際問題中，保持實(shí)事求是和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，激發(fā)科學(xué)探究和學(xué)習(xí)物理科學(xué)的興趣．閱讀本節(jié)教材，回答第110頁和第111頁“討論與交流"并梳理必要知識點(diǎn)：教材P110“討論與交流"提示：g＝9.8N/kg＝eq\f（9.8kg·m·s－2,kg)＝9。8m·s－2,兩者關(guān)系是等價的．教材P111“討論與交流”提示:無矛盾．因?yàn)槲矬w所受合力為0,故a也為0，因此提不動它．一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的過程及結(jié)果分析1．?dāng)?shù)據(jù)采集器：數(shù)據(jù)采集器可以通過各種不同的傳感器，將各種物理量轉(zhuǎn)換成電信號記錄在計算機(jī)中,由于采樣率足夠高，每秒可以達(dá)到20萬次，因而能記錄下物理量的瞬間變化．2．位移傳感器：記錄物體運(yùn)動過程中位移隨時間的變化情況．然后由計算機(jī)軟件算出各點(diǎn)的速度的大小，并作出速度—時間圖像．3．結(jié)果分析（1)保持滑塊的質(zhì)量m不變、改變拉力F，得到滑塊在不同拉力下的速度—時間圖像，分別求出各速度-時間圖像的加速度a,研究a與F的關(guān)系．（2)保持拉力F不變，改變滑塊的質(zhì)量m，得到滑塊在不同質(zhì)量下的速度-時間圖像,分別求出各速度—時間圖像的加速度a,研究a與m的關(guān)系．說明：數(shù)據(jù)采集器精度高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，誤差?。⑴ｎD第二定律及其數(shù)學(xué)表示1．牛頓第二定律：物體的加速度與物體所受到的作用力成正比,與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同．2．國際上規(guī)定，質(zhì)量為1kg的物體獲得1m/s2的加速度時，所受的合外力為1N.3．在國際單位制中，公式a＝keq\f（F,m)中的比例系數(shù)k為1，因此，牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為F＝ma.所以應(yīng)用公式F＝ma進(jìn)行計算時，F(xiàn)、m、a的單位必須統(tǒng)一為國際單位．說明:公式F＝ma中的F多指合外力．1．思考判斷（正確的打“√"，錯誤的打“×")（1)保持m不變，改變力F,作出圖像可得a與eq\f(1，F(xiàn))成正比． （×）(2)保持F不變，改變質(zhì)量m，作出圖像可得a與eq\f（1，m）成正比． （√)(3)在任何情況下,物體的加速度方向始終與它所受的合外力方向一致． （√)（4）在F＝kma中的比例系數(shù)k在國際單位制中才等于1. (√)2．（多選)下列對牛頓第二定律的表達(dá)式F＝ma及其變形公式的理解,正確的是（)A．由F＝ma可知,物體所受的合力與物體的質(zhì)量成正比，與物體的加速度成反比B．由m＝eq\f(F，a)可知，物體的質(zhì)量與其所受的合力成正比，與其運(yùn)動的加速度成反比C．由a＝eq\f(F，m)可知，物體的加速度與其所受的合力成正比，與其質(zhì)量成反比D．由m＝eq\f（F,a)可知，物體的質(zhì)量可以通過測量它的加速度和它所受的合力而求出CD[牛頓第二定律的表達(dá)式F＝ma表明了各物理量之間的數(shù)量關(guān)系，即已知兩個量，可求第三個量，但物體的質(zhì)量由物體本身決定，與受力無關(guān)；作用在物體上的合力,是由和它相互作用的物體共同產(chǎn)生的，與物體的質(zhì)量和加速度無關(guān)，故排除選項A、B，選項C、D正確．]3．根據(jù)牛頓第二定律,下列敘述正確的是（)A．物體加速度的大小跟它的質(zhì)量和速度大小的乘積成反比B．物體所受合外力必須達(dá)到一定值時，才能使物體產(chǎn)生加速度C．物體加速度的大小跟它所受作用力中的任何一個力的大小成正比D．當(dāng)物體的質(zhì)量改變但其所受合力的水平分力不變時,物體的水平加速度的大小與其質(zhì)量成反比D［根據(jù)牛頓第二定律得知，物體加速度的大小跟質(zhì)量成反比，與速度無關(guān)，故A錯誤;力是產(chǎn)生加速度的原因，只要有力,就會產(chǎn)生加速度，力與加速度是瞬時對應(yīng)的關(guān)系，故B錯誤;物體加速度的大小跟物體所受的合外力成正比,而不是跟它所受作用力中的任何一個力的大小成正比，故C錯誤;當(dāng)物體的質(zhì)量改變但其所受合力的水平分力不變時,根據(jù)牛頓第二定律可知,物體水平加速度的大小與其質(zhì)量成反比，故D正確．]對牛頓第二定律的理解根據(jù)牛頓第二定律可知，只要有力就可以產(chǎn)生加速度，而地面上停著一輛汽車，此人用了很大的力也不能使汽車做加速運(yùn)動．請?zhí)骄浚?1)甲同學(xué)說，根據(jù)這個事實(shí)，說明牛頓第二定律是錯誤的，這種說法對嗎？(2）怎樣解釋題中所出現(xiàn)的現(xiàn)象？提示：(1）不對．(2)汽車所受合力為零，故加速度為零，不能加速運(yùn)動．1．牛頓第二定律中的六個特征因果性力是產(chǎn)生加速度的原因,只要物體所受的合力不為0，物體就具有加速度矢量性物體的加速度方向由它受的合力方向決定，且總與合力的方向相同瞬時性加速度與合外力是瞬時對應(yīng)關(guān)系，同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失同體性F＝ma中F、m、a都是對同一物體而言的獨(dú)立性作用在物體上的每一個力都產(chǎn)生加速度，物體的實(shí)際加速度是這些加速度的矢量和局限性物體的加速度是相對于慣性參考系而言的，即牛頓第二定律只適用于慣性參考系2．合外力、加速度、速度的關(guān)系（1）力與加速度為因果關(guān)系,但無先后關(guān)系，力是因，加速度是果．加速度與合外力方向總相同、大小與合外力成正比．(2）合外力與速度無因果關(guān)系．合外力與速度方向可能同向，可能反向，也可能成任意一個角度;合外力與速度方向同向時，物體做加速運(yùn)動,反向時，物體做減速運(yùn)動．（3)兩個加速度公式的區(qū)別a＝eq\f（Δv，Δt)是加速度的定義式，是比值法定義的物理量，a與v、Δv、Δt均無關(guān)；a＝eq\f（F,m）是加速度的決定式,它揭示了產(chǎn)生加速度的原因及決定因素：加速度由其受到的合外力和質(zhì)量決定．【例1】（多選)關(guān)于牛頓第二定律，下列說法中正確的是(）A．加速度和力是瞬時對應(yīng)關(guān)系，即加速度與力是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失的B．物體只有受到力的作用時,才有加速度，才有速度C．任何情況下，加速度的方向總與合外力方向相同,也總與速度的方向相同D．當(dāng)物體受到幾個力的作用時，可把物體的加速度看成是各個力單獨(dú)作用時產(chǎn)生的各個加速度的矢量和［思路點(diǎn)撥]加速度與合外力瞬時對應(yīng)，與速度無關(guān)．AD[根據(jù)牛頓第二定律的瞬時性，選項A正確；物體只有受到力的作用時,才有加速度，但速度有無與物體是否受力無關(guān)，選項B錯誤；任何情況下，加速度的方向總與合外力方向相同,但與速度的方向沒關(guān)系，選項C錯誤；根據(jù)牛頓第二定律的獨(dú)立性，選項D正確．］加速度與速度(1)由牛頓第二定律可知合力與加速度有瞬時對應(yīng)關(guān)系，合力與加速度可以同時發(fā)生突變，但速度不能突變．（2）分析物體加速度的變化應(yīng)該從合外力入手，合外力增大，則加速度增大，但速度不一定增大．（3)直線運(yùn)動中,確定速度的變化情況，要從加速度方向和速度方向入手．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．下列說法正確的是（）A．物體所受合力為零時，物體的加速度可以不為零B．物體所受合力越大，速度越大C．速度方向、加速度方向、合力方向總是相同的D．速度方向可與加速度方向成任何夾角，但加速度方向總是與合力方向相同D［由牛頓第二定律F＝ma知,F合為零，加速度一定為零，選項A錯誤;對某一物體,F合越大，a越大，由a＝eq\f（Δv,Δt)知，a越大只能說明速度變化率越大，速度不一定越大，選項B錯誤;F合、a、Δv三者方向一定相同，而速度方向與這三者方向不一定相同，選項C錯誤,D正確．］牛頓第二定律的應(yīng)用方法及瞬時加速度問題如圖所示，一只貓在桌邊猛地將桌布從魚缸下拉出，魚缸最終沒有滑出桌面．若魚缸、桌布、桌面兩兩之間的動摩擦因數(shù)均相等．請?zhí)骄浚?1)桌布對魚缸的滑動摩擦力的方向?（2)魚缸在桌布上滑動時加速度大小和在桌面上滑動時加速度大小有什么關(guān)系？提示:(1）魚缸相對桌布向左滑動，故桌布對魚缸的滑動摩擦力方向向右．（2）因?yàn)轸~缸與桌布、魚缸與桌面間的動摩擦因數(shù)相等，所以魚缸在桌布上加速與在桌面上減速時，加速度大小相等．1．解題方法（1)矢量合成法：若物體只受兩個力作用時,應(yīng)用平行四邊形定則求這兩個力的合力,加速度的方向即是物體所受合外力的方向．（2）正交分解法：當(dāng)物體受多個力作用時，常用正交分解法求物體的合外力．①建立坐標(biāo)系時，通常選取加速度的方向作為某一坐標(biāo)軸的正方向(也就是不分解加速度），將物體所受的力正交分解后,列出方程Fx＝ma，F(xiàn)y＝0.②特殊情況下，若物體的受力都在兩個互相垂直的方向上，也可將坐標(biāo)軸建立在力的方向上，正交分解加速度a。根據(jù)牛頓第二定律eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Fx＝max，F(xiàn)y＝may)）求合外力．2．輕繩、輕桿、輕彈簧、橡皮條四類模型的比較(1)四類模型的共同點(diǎn)質(zhì)量忽略不計,都因發(fā)生彈性形變產(chǎn)生彈力，同時刻內(nèi)部彈力處處相等且與運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)．(2)四類模型的不同點(diǎn)彈力表現(xiàn)形式彈力方向彈力能否突變輕繩拉力沿繩收縮方向能輕桿拉力、支持力不確定能輕彈簧拉力、支持力沿彈簧軸線不能橡皮條拉力沿橡皮條收縮方向不能【例2】（多選）如圖所示，質(zhì)量為m的球與彈簧Ⅰ和水平細(xì)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，豎直向下B．若剪斷Ⅱ，則a＝eq\f(T2，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，豎直向上［思路點(diǎn)撥]①剪斷水平線Ⅱ瞬間，彈簧形變來不及恢復(fù)．②剪斷輕彈簧瞬間,輕彈簧的形變量能瞬間恢復(fù)．AB[繩子未斷時，受力如圖甲，由共點(diǎn)力平衡條件得T2＝mgtanθ，T1＝eq\f(mg,cosθ).剛剪斷彈簧Ⅰ瞬間，細(xì)線彈力突變?yōu)?，故小球只受重力,加速度為g，豎直向下,故A正確，C錯誤；剛剪斷細(xì)線瞬間，彈簧彈力和重力不變，受力如圖乙；由幾何關(guān)系，F(xiàn)合＝T1sinθ＝T2＝ma，因而a＝eq\f(T1sinθ,m）＝eq\f(T2,m)，故B正確,D錯誤．故選A、B。]兩類模型的形變特點(diǎn)（1）剛性繩模型(細(xì)鋼絲、細(xì)繩、輕桿等）：這類形變的發(fā)生和變化過程極短,在物體的受力情況改變（如某個力消失)的瞬間,其形變可隨之突變,彈力可以突變．(2）輕彈簧模型（輕彈簧、橡皮繩、彈性繩等)：此類形變發(fā)生改變需要的時間較長,在瞬間問題中，其彈力的大小不能突變，可看成是不變的．但如果剪斷輕彈簧、橡皮繩、彈性繩本身,則形變可瞬間恢復(fù)．若把上題變?yōu)槿鐖D情境：如圖所示，質(zhì)量為m的小球用水平彈簧系住，并用傾角為30°的光滑木板AB托住,小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)．當(dāng)木板AB突然向下撤離的瞬間，小球的加速度為(）A．0B．大小為eq\f（2\r(3）,3）g，方向豎直向下C．大小為eq\f(2\r(3),3)g，方向垂直于木板向下D．大小為eq\f(\r（3），3)g，方向水平向右C［未撤離木板前,小球受到重力mg、彈簧拉力F彈、木板支持力F，如圖所示．由平衡條件得Fcosθ＝mg，即F＝eq\f(mg，cosθ)。當(dāng)撤離木板的瞬間，由于彈簧彈力不能突變，當(dāng)木板的支持力F突然消失時，小球只受重力mg和彈簧彈力F彈的作用，它們的合力大小等于F，方向與F的方向相反，故加速度方向垂直于木板向下,大小為a＝eq\f(F,m)＝eq\f（2\r(3)，3）g。所以C正確．]［跟進(jìn)訓(xùn)練］2.如圖所示，質(zhì)量為1kg的物體，在水平面上向左運(yùn)動,物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0。2，與此同時，物體還受到一個水平向右的推力F＝2N的作用,g取10m/s2，則物體獲得的加速度大小及方向是()A．0 B．4m/s2，水平向右C．2m/s2，水平向左 D．2m/s2，水平向右B［物體向左運(yùn)動,受到向右的滑動摩擦力，F(xiàn)f＝μmg＝2N，物體所受合外力為F合＝F＋Ff＝4N，由牛頓第二定律得a＝4m/s2，方向水平向右，選項B正確．]3。如圖所示，質(zhì)量皆為m的A、B兩球之間系著一個不計質(zhì)量的輕彈簧，放在光滑水平臺面上,A球緊靠墻壁，今用力F將B球向左推壓彈簧，平衡后，突然將力F撤去的瞬間(）A．A的加速度為eq\f(F，2m） B．A的加速度為eq\f（F,m)C．B的加速度為eq\f(F,2m） D．B的加速度為eq\f（F,m）D［對A球，F(xiàn)撤去前后受力不變，a始終為0,故A、B錯誤．對B球,撤去F后瞬間,彈簧彈力大小不突變,大小等于F，故B的加速度變?yōu)閍B＝eq\f(F,m)，故D正確．］1．物理觀念:數(shù)字采集器、位移傳感器、牛頓第二定律．2．科學(xué)思維：F＝ma的理解與應(yīng)用．3．科學(xué)方法:圖像法、建模法、矢量合成與分解法．1．物體由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動，經(jīng)過時間t，物體的位移為s,速度為v，則(）A．由公式a＝eq\f(v，t）可知,加速度a由速度的變化量和時間決定B．由公式a＝eq\f（F，m）可知，加速度a由物體受到的合力和物體的質(zhì)量決定C．由公式a＝eq\f（v2，2s)可知，加速度a由物體的速度和位移決定D．由公式a＝eq\f(2s,t2)可知，加速度a由物體的位移和時間決定B[牛頓第二定律定量地給出了加速度與物體受到的合外力和物體質(zhì)量的關(guān)系，因此，公式a＝eq\f(F,m）是加速度的決定式，而a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定義式,公式a＝eq\f（v2，2s)和a＝eq\f(2s，t2）給我們提供了兩種計算加速度的方法．］2．如圖所示,A、B質(zhì)量均為m，細(xì)線質(zhì)量可以忽略，重力加速度為g，在上方細(xì)線被燒斷瞬間，A、B的加速度大小分別是（）A．0、g B．g、gC．0、0 D．2g、0B[不可伸長的細(xì)線的拉力變化時間可以忽略不計，稱之為“突變彈力”，當(dāng)燒斷上方O、A間細(xì)線時，A、B間細(xì)線拉力突變?yōu)榱?，故aA＝aB＝g，B正確．]3．(多選）初始時靜止在光滑水平面上的物體，受到一個逐漸減