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4.3 牛顿第二定律(导学案)【含答案解析】高一物理同步备课系列(人教版2019必修第一册).docxVIP

4.3 牛顿第二定律(导学案)【含答案解析】高一物理同步备课系列(人教版2019必修第一册).docx

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第3节牛顿第二定律

导学案

【学习目标】

1.掌握牛顿第二定律的内容及数学表达式。

2.理解公式中各物理量的意义及相互因果关系。

3.会用牛顿第二定律公式进行有关计算。

【学习重难点】

1.掌握牛顿第二定律的内容及数学表达式,理解公式中各物理量的意义。(重点)

2.会用牛顿第二定律公式进行有关计算。(重点难点)

3.瞬时加速度问题。(重点难点)

【知识回顾】

1.加速度和力的关系

以加速度a为纵坐标,以外力F为横坐标,作出a-F关系图像,如图所示:

2.加速度和质量的关系

以加速度a为纵坐标,以小车及砝码的总质量M或eq\f(1,M)为横坐标作出a-M或a-eq\f(1,M)关系图像,如图所示:

3.实验结论

(1)保持物体质量不变时,物体的加速度a与所受合外力F成正比。

(2)在力F不变时,物体的加速度a与质量M成反比。

【自主预习】

1.牛顿第二定律及其表达式

(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)表达式:F=kma,k是比例系数,F是物体所受的合力。2.力的单位

(1)比例系数k的意义:F=kma中k的数值由F、m、a三个物理量的单位共同决定,若三量都取国际单位,则k=1,所以牛顿第二定律的表达式可写成F=ma。

(2)力的单位:牛顿,符号是N。

(3)1N的物理意义:使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力,称为1N,即1N=1kg·m/s2。

【课堂探究】

思考与讨论:

赛车质量小、动力大,容易在短时间内获得较大的速度,也就是说,赛车的加速度大。物体的加速度a与它所受的作用力F以及自身的质量m之间存在什么样的定量关系呢?通过上节的探究实验,你找到了吗?

复习与回顾:

(1)探究物体质量一定时,物体加速度与力的关系三种可能图像

思考与讨论:

①在a-F图像中,过原点的那条直线是否符合你在做探究实验前对加速度和力的关系猜想呢?

②在a-F图像中,那两条不过原点的两条直线否符合你在做探究实验前对加速度和力的关系猜想呢?出现这两种情况的原因,你认为有哪些?如果消除这些影响因素,你认为物体的加速度和力的关系是什么样子的?

(2)作用在物体上的外力一定时,物体加速度与质量的关系图像

一、牛顿第二定律的表达式

1.内容:物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。这就是牛顿第二定律。

2.公式:F=kma

3.意义:牛顿第二定律不仅阐述了力、质量和加速度三者的数量关系,还明确了加速度和力的方向关系。

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加速度与力、质量的关系,我们应该怎样确定力的单位?

力的单位

(一)力的单位

1.F=kma中k的数值取决于F、m、a的单位的选取。

2.当k=1时,质量m=1kg的物体,在某力作用下获得a=1m/s2的加速度所需要的力:

F=ma=1kg×1m/s2=1kg·m/s2

3.把1kg·m/s2叫做“一个单位”的力,力F的单位就是千克米每二次方秒。后人为了纪念牛顿,把它称作“牛顿”,用符号N表示。

(二)牛顿第二定律表达式的变化

在质量的单位取千克(kg),加速度的单位取米每二次方秒(m/s2),力的单位取牛顿(N)时,牛顿第二定律可以表述为:F=ma。

思考:对上述表达式我们在应用时还需要注意哪些方面呢?

思考与讨论:

(1)我们讲力是改变物体运动状态的原因,你在学习了牛顿第二定律后,能否说一说对这种说法的重新认识?

(2)我们在探究加速度与力、质量关系的实验中为什么要平衡摩擦力,平衡摩擦力后,我们研究的力实际上可以看做是小车所受的什么力?

(3)在探究加速度与力、质量关系的实验中除小车所受绳拉力要产生加速度以外,它所受的其他力要不要也产生加速度呢?这些其他力产生的加速度矢量合等于多少呢?

(三)对牛顿第二定律的进一步理解

1.对表达式F=ma的理解:

(1)单位统一:表达式中F、m、a三个物理量的单位都必须是国际单位。

(2)F的含义:指的是物体所受的合力。

(3)“=”的含义:不仅表示左右两边数值相等,也表示方向相同,即物体加速度的方向与它所受合力的方向相同。

2.牛顿第二定律的五个性质

(1)因果性:力是使物体产生加速度的原因

(2)矢量性:F=ma是一个矢量式,应用时应先规定正方向。

(3)瞬时性:合力与加速度具有瞬时对应关系。

(4)同一性:合力与加速度对应同一研究对象。

(5)独立性:作用于物体上的每一个力各自产生加速度,F1=ma1,F2=ma2…而物体的实际加速度则是每个加速度的矢量和,合力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律,如Fx=m

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