牛頓第二定律

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高三 來(lái)源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
一、【內(nèi)容與解析】
1.內(nèi)容:牛頓第二定律。
2.解析:本講的內(nèi)容牛頓第二定律指的是物體的加速度跟所受的外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合力的方向相同,其核心是F=ma,理解它關(guān)鍵就是要注意力和加速度都是矢量,它們的關(guān)系除了數(shù)量大小的關(guān)系外,還有方向之間的關(guān)系。明確力和加速度方向,也是正確列出方程的重要環(huán)節(jié)。若F為物體受的合外力,那么a表示物體的實(shí)際加速度;若F為物體受的某一個(gè)方向上的所有力的合力,那么a表示物體在該方向上的分加速度;若F為物體受的若干力中的某一個(gè)力,那么a僅表示該力產(chǎn)生的加速度,不是物體的實(shí)際加速度。。學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)力和加速度,本節(jié)課的內(nèi)容牛頓第二定律就是在此基礎(chǔ)上的發(fā)展。教學(xué)的重點(diǎn)是會(huì)用牛頓第二定律解題,解決重點(diǎn)的關(guān)鍵是注意解題的要領(lǐng),明確研究對(duì)象,對(duì)物體進(jìn)行受力分析,然后進(jìn)行正交分解。
二、【教學(xué)目標(biāo)與解析】
1.教學(xué)目標(biāo)
(1).理解牛頓第二定律,能夠運(yùn)用牛頓第 二定律解決力學(xué)問(wèn)題
(2).理解力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,會(huì)進(jìn)行相關(guān)的判斷
(3).掌握應(yīng)用牛頓第二定律分析問(wèn)題的基本方法和基本技能
2. 目標(biāo)解析
(1)理解牛頓第二定律就是指物體的加速度跟所受的外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合力的方向相同,即F=ma。
(2).理解力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,會(huì)進(jìn)行相關(guān)的判斷就是指若F為物體受的合外力,那么a表示物體的實(shí)際加速度;若F為物體受的某一個(gè)方向上的所有 力的合力,那么a表示物體在該方向上的分加速度;若F為物體受的若干力中的某一個(gè)力,那么a僅表示該力產(chǎn)生的加速度,不是物體的實(shí)際加速度。
三、【問(wèn)題診斷分析】
在本節(jié)課的教學(xué)中,學(xué)生可能遇到的問(wèn)題是對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的不理解,產(chǎn)生這一問(wèn)題的原因是沒(méi)考慮方向。要解決這一問(wèn)題,就要注意力和加速度都是矢量,它們的 關(guān)系除了數(shù)量大小的關(guān)系外,還有方向之間的關(guān)系。明確力和加速度方向,也是正確列出方程的重要環(huán)節(jié)。
四、【教學(xué)支持條件分析】
五、【教學(xué)過(guò)程】
問(wèn)題一:牛頓第二定律的內(nèi)容是什么?
物體的加速度跟所受的外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合力的方向相同,即F=ma (其中的F和m、a必須相對(duì)應(yīng))
點(diǎn)評(píng):特別要注意表述的第三句話(huà)。因?yàn)榱图铀俣榷际鞘噶浚鼈兊年P(guān)系除了數(shù)量大小的關(guān)系外,還有 方向之間的關(guān)系。明確力和加速度方向,也是正確列出方程的重要環(huán)節(jié)。
若F為物體受的合外力,那么a表示物體的實(shí)際加速度;若F為物體受的某一個(gè)方向上的所有力的合力,那么a表示物體在該方向上的分加速度;若F為物體受的若干力中的某一個(gè)力,那么a僅表示該力產(chǎn)生的加速度,不是物體的實(shí)際加速度。
問(wèn)題二:怎樣理解牛頓第二定律?
(1)瞬時(shí)性:加速度與合外力在每個(gè)瞬時(shí)都有大小、方向上的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這種對(duì)應(yīng)關(guān)系表現(xiàn)為:合外力恒定不變時(shí),加速度也保持不變。合外力變化時(shí)加速度也隨之變化。合外力為零時(shí),加速度也為零
(2)矢量性:牛頓第二定律公式是矢量式。公式 只表示加速度與合外力的大小關(guān)系.矢量式的含義在于加速度的方向與合外力的方向始終一致.
(3)同一性:加速度與合外力及質(zhì)量的關(guān)系,是對(duì)同一個(gè)物體(或物體系)而 言,即 F與a均是對(duì)同一個(gè)研 究對(duì)象而言.
(4)相對(duì)性;牛頓第二定律只 適用于慣性參照系
(5)局限性:牛頓第二定律只適用于低速運(yùn)動(dòng)的宏觀(guān)物體,不適用于高速運(yùn)動(dòng)的微觀(guān)粒子
【例1】 如圖所示,如圖所示,輕彈簧下端固定在水平面上。一個(gè)小球從彈簧正上方某一高度處由靜止開(kāi)始自由下落,接觸彈簧后把彈簧壓縮到一定程度后停止下落。在小球下落的這一全過(guò)程中,下列說(shuō)法中正確的是
A.小球剛接觸彈簧瞬間速度最大
B.從小球接觸彈簧起加速度變?yōu)樨Q直向上
C.從小球接觸彈簧到到達(dá)最低點(diǎn),小球的速度先增大后減小
D.從小球接觸彈簧到到 達(dá)最低點(diǎn),小球的加速度先減小后增大
解析:小球的加速度大小決定于小球受到的合外力。從接觸彈簧到到達(dá)最低點(diǎn),彈力從零開(kāi)始逐漸增大,所以合力先減小后增大,因此加速度先減小后增大。當(dāng)合力與速度同向時(shí)小球速度增大,所以當(dāng)小球所受彈力和重力大小相等時(shí)速度最大。選CD。
變式練習(xí)1:如圖所示.彈簧左端固定,右端自由伸長(zhǎng)到O點(diǎn)并系住物體m.現(xiàn)將彈簧壓縮到A點(diǎn),然后釋放,物體一直可以運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn).如果物體受到的阻力恒定,則
A.物體從A到O先加速后減速
B.物體從A到O加速運(yùn)動(dòng),從O到B減速運(yùn)動(dòng)
C.物體運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)所受合力為零
D.物體從A到 O的過(guò)程加速度逐漸減小
解析:物體從A到O的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,彈力方向向右.初始階段彈力大于阻力,合力方向向右.隨著物體向右運(yùn)動(dòng),彈力逐漸減小,合力逐漸減小,由牛頓第二定律可知,此階段物體的加速度向右且逐漸減小,由于加速度與速度同向,物體的速度逐漸增大.所以初始階段物體向右做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng).
當(dāng)物體向右運(yùn)動(dòng)至AO間某點(diǎn)(設(shè)為O′)時(shí),彈力減小到等于阻力,物體所受合力為零,加速度為零,速度達(dá)到最大.
此后,隨著物體繼續(xù)向右移動(dòng),彈力繼續(xù)減小,阻力大于彈力,合力方向變?yōu)橄蜃螅罯點(diǎn)時(shí) 彈力減為零,此后彈力向左且逐漸增大.所以物體從O′點(diǎn)后的合力方向均向左且合力逐漸增大,由牛頓第二定律可知,此階段物體的加速度向左且逐漸增大.由于加速度與速度反向,物體做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng).
正確選項(xiàng)為A、C.
點(diǎn)評(píng):(1)解答此題容易犯的錯(cuò)誤就是認(rèn)為彈簧無(wú)形變時(shí)物體的速度最大,加速度為零.這顯然是沒(méi)對(duì)物理過(guò)程認(rèn)真分析,靠定勢(shì)思維得出的結(jié)論.要學(xué)會(huì)分析動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,分析時(shí)要先在腦子里建立起一幅較為清晰的動(dòng)態(tài)圖景,再運(yùn)用概念和規(guī)律進(jìn)行推理和判斷.
(2)通過(guò)此題,可加深對(duì)牛頓第二定律中合外力與加速度間的瞬時(shí)關(guān)系的理解,加深對(duì)速度和加速度間關(guān)系的理解.譬如,本題中物體在初始階段,盡管加速度在逐漸減小,但由于它與速度同向,所以速度仍繼續(xù)增大.
問(wèn)題三.如何應(yīng)用牛頓第二定律解題?
①明確研究對(duì)象?梢砸阅骋粋(gè)物體為對(duì)象,也可以以幾個(gè)物體組成的質(zhì)點(diǎn)組為對(duì)象。設(shè)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為mi,對(duì)應(yīng)的加速度為ai,則有:F合 =m1a1+m2a2+m3a3+……+mnan
對(duì)這個(gè)結(jié)論可以這樣理解:先分別以質(zhì)點(diǎn)組中的每個(gè)物體為研究對(duì)象用牛頓第二定律:
∑F1=m1a1,∑F2=m2 a2,……∑Fn=mnan,將以上各式等號(hào)左、右分別相加,其中左邊所有力中,凡屬于系統(tǒng)內(nèi)力的,總是成對(duì)出現(xiàn)并且大小相等方向相反的,其矢量和必為零,所以最后得到的是該質(zhì)點(diǎn)組所受的所有外力之和,即合外力F。
②對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析。同時(shí)還應(yīng)該分析研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況(包括速度、加速度),并把速度、加速度的方向在受力圖旁邊畫(huà)出來(lái)。
③若研究對(duì)象在不共線(xiàn)的兩個(gè)力作用下做加速運(yùn)動(dòng),一般用平行四邊形定則(或三角形定則)解題;若研究對(duì)象在不共線(xiàn)的三個(gè)以上的力作用下做加速運(yùn)動(dòng),一般用正交分解法解題(注意靈活選取坐標(biāo)軸的方向,既可以分解力,也可以分解加速度)。
④當(dāng)研究對(duì)象在研究過(guò) 程的不同階段受力情況有變化時(shí),那就必須分階段進(jìn)行受力分析,分階段列方程求解。
解題要養(yǎng)成良好的習(xí)慣。只要嚴(yán)格按照以上步驟解題,同時(shí)認(rèn)真畫(huà)出受力分析圖,標(biāo)出運(yùn)動(dòng)情況,那么問(wèn)題都能迎刃而解。
【例2】如圖所示,質(zhì)量為4 kg的物體靜止于水平 面上,物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,物體受到大小為20N,與水平方向成30°角斜向上的拉力F作用時(shí)沿水平面做勻加速運(yùn)動(dòng),求物體的加速度是多大?(g取10 m/s2)
解析:以物體為研究對(duì)象,其受力情況如圖所示,建立平面直角坐標(biāo)系把F沿兩坐標(biāo)軸方向分解,則兩坐標(biāo)軸上的合力分別為
物體沿水平方向加速運(yùn)動(dòng),設(shè)加速度為a,則x軸方向上的加速度ax=a,y軸方向上物體沒(méi)有運(yùn)動(dòng),故ay=0,由牛頓第二定律得
所以
又有滑動(dòng)摩擦力
以上三式代入數(shù)據(jù)可解得物體的加速度a=0.58 m/s2
點(diǎn)評(píng):當(dāng)物體的受力情況較復(fù)雜時(shí),根據(jù)物體所受力的具體情況和運(yùn)動(dòng)情況建立合適的直角坐標(biāo)系,利用正交分解法來(lái)解.
變式練習(xí)2:質(zhì)量為2kg的物體放在水平地面上,與水平地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,現(xiàn)
對(duì)物體作用一向右與水平方向成37°,大小為10N的拉力F,使之向右做勻加速運(yùn)動(dòng),求物體運(yùn)動(dòng)的加速度?
六、本課小結(jié)


本文來(lái)自:逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaosan/65950.html

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