1、13 牛顿第二定律学习目标 1.知道牛顿第二定律的内容、表达式的确切含义.2.知道国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的.3.能应用牛顿第二定律解决简单的实际问题.一、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.表达式 F ma，其中力 F 为物体受到的合外力， F 的单位用牛顿(N).二、力的单位1.力的国际单位：牛顿，简称牛，符号为 N.2.“牛顿”的定义：使质量为 1 kg 的物体产生 1 m/s2的加速度的力叫做 1 N，即 1 N1_kgm/s 2.1.判断下列说法的正误.(1)由 F ma 可知，物体所受的合
2、外力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比.()(2)公式 F ma 中，各量的单位可以任意选取.()(3)任何情况下，物体的加速度的方向始终与它所受的合外力方向一致.()(4)物体的运动方向一定与它所受合外力的方向一致.()(5)使质量是 1 kg 的物体产生 1 m/s2的加速度的力叫做 1 N.()(6)公式 F ma 中， a 实际上是作用于物体上每一个力所产生的加速度的矢量和.()2.光滑桌面上有 A、 B 两个物体，已知 mA2 mB.当用 F10 N 的水平力作用在 A 上时，能使A 产生 5 m/s2的加速度，当用 2F 的水平力作用在 B 上时，能使 B 产生的加速度为_m
3、/s2.答案 20【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】水平面上加速度的求解一、对牛顿第二定律的理解2(1)从牛顿第二定律可知，无论多么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箱子，却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？(2)从匀速上升的气球上掉下一个物体(不计空气阻力)，物体离开气球的瞬间，物体的加速度和速度情况如何？答案 (1)不矛盾.因为牛顿第二定律中的力是指合外力.我们用力提一个放在地面上很重的箱子，没有提动，箱子受到的合力 F0，故箱子的加速度为零，箱子仍保持不动，所以上述现象与牛顿第二定律并没有矛盾.(2)物体离开气球瞬间物体只受重力，加速度大小为 g，方向
4、竖直向下；速度方向向上，大小与气球速度相同.1.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： F 是合力时，加速度 a 指的是合加速度，即物体的加速度； F 是某个力时，加速度 a 是该力产生的加速度.2.牛顿第二定律的六个性质性质 理解因果性力是产生加速度的原因，只要物体所受的合力不为 0，物体就具有加速度矢量性F ma 是一个矢量式.物体的加速度方向由它受的合力方向决定，且总与合力的方向相同瞬时性 加速度与合外力是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失同体性 F ma 中， m、 a 都是对同一物体而言的独立性作
5、用在物体上的每一个力都产生加速度，物体的实际加速度是这些加速度的矢量和相对性物体的加速度是相对于惯性参考系而言的，即牛顿第二定律只适用于惯性参考系例 1 (多选)下列对牛顿第二定律的理解正确的是( )A.由 F ma 可知， m 与 a 成反比B.牛顿第二定律说明当物体有加速度时，物体才受到外力的作用C.加速度的方向总跟合外力的方向一致D.当合外力停止作用时，加速度随之消失答案 CD3解析 虽然 F ma，但 m 与 a 无关，因 a 是由 m 和 F 共同决定的，即 a ，且 a 与 F 同时产Fm生、同时消失、同时存在、同时改变； a 与 F 的方向永远相同.综上所述，A、B 错误，C、D
6、正确.【考点】牛顿第二定律的理解【题点】对牛顿第二定律的理解合外力、加速度、速度的关系1.力与加速度为因果关系：力是因，加速度是果.只要物体所受的合外力不为零，就会产生加速度.加速度与合外力方向是相同的，大小与合外力成正比.2.力与速度无因果关系：合外力方向与速度方向可以相同，可以相反，还可以有夹角.合外力方向与速度方向相同时，物体做加速运动，相反时物体做减速运动.3.两个加速度公式的区别a 是加速度的定义式，是比值定义法定义的物理量， a 与 v、 v、 t 均无关； a 是 v t Fm加速度的决定式，加速度由其受到的合外力和质量决定.例 2 (多选)初始时静止在光滑水平面上的物体，受到一
7、个逐渐减小的方向不变的水平力的作用，则这个物体运动情况为 ( )A.速度不断增大，但增大得越来越慢B.加速度不断增大，速度不断减小C.加速度不断减小，速度不断增大D.加速度不变，速度先减小后增大答案 AC解析 水平面光滑，说明物体不受摩擦力作用，物体所受到的水平力即为其合外力.水平力逐渐减小，合外力也逐渐减小，由公式 F ma 可知：当 F 逐渐减小时， a 也逐渐减小，但速度逐渐增大.【考点】牛顿第二定律的理解【题点】合外力、加速度、速度的关系二、牛顿第二定律的简单应用1.解题步骤(1)确定研究对象.(2)进行受力分析和运动情况分析，作出受力和运动的示意图.(3)求合力 F 或加速度 a.(
8、4)根据 F ma 列方程求解.42.解题方法(1)矢量合成法：若物体只受两个力作用，应用平行四边形定则求这两个力的合力，加速度的方向即物体所受合力的方向.(2)正交分解法：当物体受多个力作用时，常用正交分解法求物体所受的合外力.建立坐标系时，通常选取加速度的方向作为某一坐标轴的正方向(也就是不分解加速度)，将物体所受的力正交分解后，列出方程 Fx ma， Fy0.特殊情况下，若物体的受力都在两个互相垂直的方向上，也可将坐标轴建立在力的方向上，正交分解加速度 a.根据牛顿第二定律Error!列方程求解.例 3 如图 1 所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向 37
9、角，小球和车厢相对静止，小球的质量为 1 kg，不计空气阻力.( g 取 10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)图 1(1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况；(2)求悬线对小球的拉力大小.答案 (1)7.5 m/s2，方向水平向右 车厢可能水平向右做匀加速直线运动或水平向左做匀减速直线运动(2)12.5 N解析 解法一(矢量合成法)(1)小球和车厢相对静止，它们的加速度相同.以小球为研究对象，对小球进行受力分析如图甲所示，小球所受合力为 F 合 mgtan 37.由牛顿第二定律得小球的加速度为a gtan 37 g7.5 m/s2，加速度方向水平向右.车厢的加速度与小F
10、合m 34球相同，车厢做的是水平向右的匀加速直线运动或水平向左的匀减速直线运动.(2)由图可知，悬线对球的拉力大小为 FT 12.5 N.mgcos 37解法二(正交分解法)(1)建立直角坐标系如图乙所示，正交分解各力，根据牛顿第二定律列方程得x 方向： FTx may 方向： FTy mg0即 FTsin 37 maFTcos 37 mg05解得 a g7.5 m/s 234加速度方向水平向右.车厢的加速度与小球相同，车厢做的是水平向右的匀加速直线运动或水平向左的匀减速直线运动.(2)由(1)中所列方程解得悬线对球的拉力大小为FT 12.5 N.mgcos 37【考点】牛顿第二定律的简单应用
11、【题点】水平面上加速度的求解例 4 如图 2 所示，质量为 4 kg 的物体静止于水平面上.现用大小为 40 N、与水平方向夹角为 37的斜向上的力拉物体，使物体沿水平面做匀加速运动( g 取 10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8).图 2(1)若水平面光滑，物体的加速度是多大？(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为 0.5，物体的加速度大小是多少？答案 (1)8 m/s 2 (2)6 m/s 2解析 (1)水平面光滑时，物体的受力情况如图甲所示由牛顿第二定律： Fcos 37 ma1解得 a18 m/s 2(2)水平面不光滑时，物体的受力情况如图乙所示Fcos 37 Ff m
12、a2FN Fsin 37 mgFf F N联立解得 a26 m/s 2.【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】水平面上加速度的求解61.(对牛顿第二定律的理解)(多选)下列关于牛顿第二定律的说法中正确的是( )A.物体的加速度大小由物体的质量和物体所受的合力大小决定，与物体的速度无关B.物体的加速度方向只由它所受的合力方向决定，与速度方向无关C.物体所受的合力方向和加速度方向及速度方向总是相同的D.一旦物体所受的合力为零，则运动物体的加速度立即为零，其运动也就逐渐停止了答案 AB解析 根据牛顿第二定律，物体的加速度的大小由合力的大小和质量决定，加速度的方向由合力的方向决定，二者方向一定相同，而
13、加速度的大小和方向与物体的速度的大小和方向无关；根据牛顿第二定律的瞬时性特征，合力一旦为零，则加速度立即为零，速度不发生变化，物体做匀速直线运动，选项 A、B 正确，选项 C、D 错误.【考点】牛顿第二定律的理解【题点】对牛顿第二定律的理解2.(对牛顿第二定律的理解)(多选)在光滑的水平地面上放一个质量 m2 kg 的物体，现对该物体同时施加两个力 F1和 F2，其中 F13 N，方向水平向东， F24 N，方向水平向南，sin 370.6，则下列说法正确的是( )A.F1使物体产生大小为 1.5 m/s2、方向水平向东的加速度B.F2使物体产生大小为 2 m/s2、方向水平向南的加速度C.物
14、体的加速度的大小为 2.5 m/s2，方向为东偏南 37D.物体的加速度的大小为 2.5 m/s2，方向为南偏东 37答案 ABD解析 根据牛顿第二定律，力是产生加速度的原因，某个力产生的加速度等于该力与物体质量的比值，方向与该力的方向相同，这是力的独立作用的原理，所以 A、B 正确.而物体的加速度等于物体所受的合外力与物体质量的比值，方向与合外力的方向相同，故 C 错误，D 正确.【考点】牛顿第二定律的理解【题点】对牛顿第二定律的理解3.(合外力、加速度、速度的关系)物体在与其初速度方向相同的合外力作用下运动，取 v0方向为正时，合外力 F 随时间 t 的变化情况如图 3 所示，则在 0 t
15、1这段时间内( )图 3A.物体的加速度先减小后增大，速度也是先减小后增大7B.物体的加速度先增大后减小，速度也是先增大后减小C.物体的加速度先减小后增大，速度一直在增大D.物体的加速度先减小后增大，速度一直在减小答案 C解析 由题图可知，物体所受合力 F 随时间 t 的变化是先减小后增大，根据牛顿第二定律得：物体的加速度先减小后增大；由于合外力 F 方向与速度方向始终相同，所以物体加速度方向与速度方向一直相同，所以速度一直在增大，选项 C 正确.【考点】牛顿第二定律的理解【题点】合外力、加速度、速度的关系4.(水平面上加速度的求解)如图 4 所示，质量为 1 kg 的物体静止在水平面上，物体
16、与水平面间的动摩擦因数 0.5，物体受到大小为 20 N、与水平方向成 37角斜向右下的推力F 作用时，沿水平方向做匀加速直线运动，求物体加速度的大小.( g 取 10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)图 4答案 5 m/s 2解析 取物体为研究对象，受力分析如图所示，建立直角坐标系.在水平方向上： Fcos 37 Ff ma在竖直方向上： FN mg Fsin 37又因为： Ff F N联立并代入数据得： a5 m/s 2【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】水平面上加速度的求解5.(斜面上加速度的求解)如图 5 所示，一个物体从斜面的顶端由静止开始下滑，斜面倾角 30，斜
17、面始终静止不动，重力加速度 g10 m/s 2.图 5(1)若斜面光滑，求物体下滑过程的加速度有多大？(2)若斜面不光滑，物体与斜面间的动摩擦因数 ，物体下滑过程的加速度又是多大？36答案 (1)5 m/s 2 (2)2.5 m/s 2解析 (1)根据牛顿第二定律得： mgsin ma18所以 a1 gsin 10 m/s25 m/s 212(2)物体受重力、支持力和摩擦力，根据牛顿第二定律得mgsin Ff ma2FN mgcos Ff F N联立解得： a2 gsin g cos 2.5 m/s 2.【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】斜面上加速度的求解一、选择题考点一 牛顿第二定律的理
18、解1.(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 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FaC.由 a 可知，物体的加速度与其所受合力成正比，与其质量成反比FmD.由 m 可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合力求出Fa答案 CD解析 a 是加速度的决定式， a 与 F 成正比，与 m 成反比，C 正确； F ma 说明力是产生Fm加速度的原因，但不能说 F 与 m 成正比，与 a 成反比，A 错误； m 中 m 与 F、 a 皆无关，
19、Fa但可以通过测量物体的加速度和它所受到的合力求出，B 错误，D 正确.【考点】牛顿第二定律的理解【题点】对牛顿第二定律的理解2.一物块静止在粗糙的水平桌面上.从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平拉力作用.假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.以 a 表示物块的加速度大小， F 表示水平拉力的大小.能正确描述 F 与 a 之间关系的图象是( )9答案 C解析 物块在水平方向上受到拉力和摩擦力的作用，根据牛顿第二定律，有 F Ff ma，即F ma Ff，该关系为线性函数.当 a0 时， F Ff；当 F0 时， a .符合该函数关系Ffm的图象为 C.【考点】牛顿第二定律的理解【题点
20、】对牛顿第二定律的理解3.(多选)力 F1单独作用在物体 A 上时产生的加速度 a1大小为 5 m/s2，力 F2单独作用在物体A 上时产生的加速度 a2大小为 2 m/s2，那么，力 F1和 F2同时作用在物体 A 上时产生的加速度 a 的大小可能是( )A.5 m/s2 B.2 m/s2C.8 m/s2 D.6 m/s2答案 AD解析 设物体 A 的质量为 m，则 F1 ma1， F2 ma2，当 F1和 F2同时作用在物体 A 上时，合力的大小范围是| F1 F2| F F1 F2，即| ma1 ma2| ma ma1 ma2，加速度的大小范围为 3 m/s2 a7 m/s 2，故选 A
21、、D.【考点】牛顿第二定律的理解【题点】对牛顿第二定律的理解4.物体在力 F 作用下运动， F 的方向与物体运动方向一致，其 F t 图象如图 1 所示，则物体( )图 1A.在 t1时刻速度最大B.在 0 t1时间内做匀加速运动C.从 t1时刻后便开始返回运动D.在 0 t2时间内，速度一直在增大答案 D解析 根据牛顿第二定律得，物体质量不变，力越大时，加速度越大，由题图图象可知0 t1时间内力 F 逐渐增大，加速度逐渐增大， t1时刻力 F 最大，加速度最大，所以 0 t1时间内物体做加速度逐渐增大的变加速运动，B 错误； t1时刻后力 F 开始减小，但方向未发生变化，所以物体继续向前加速
22、运动，A、C 错误，D 正确.【考点】牛顿第二定律的理解10【题点】合外力、加速度、速度的关系考点二 牛顿第二定律的简单应用5.如图 2 所示，质量 m10 kg 的物体，在水平地面上向左运动，物体与水平地面间的动摩擦因数 0.2，与此同时，物体受到一个水平向右的推力 F20 N 的作用，则物体的加速度为(取 g10 m/s 2)( )图 2A.0 B.4 m/s2，水平向右C.2 m/s2，水平向右 D.2 m/s2，水平向左答案 B解析 物体受到的滑动摩擦力大小 Ff mg 20 N，方向水平向右，物体受到的合外力 F 合 F Ff40 N，方向水平向右，根据牛顿第二定律： F 合 ma，
23、 a4 m/s 2，方向水平向右.【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】水平面上加速度的求解6.如图 3 所示，有一辆汽车满载西瓜在水平路面上匀速前进.突然发现意外情况，紧急刹车做匀减速运动，加速度大小为 a，则中间一质量为 m 的西瓜 A 受到其他西瓜对它的作用力的大小是( )图 3A.m B.mag2 a2C.m D.m(g a)g2 a2答案 C解析 西瓜与汽车具有相同的加速度 a，对西瓜 A 受力分析如图， F 表示周围西瓜对 A 的作用力，则由牛顿第二定律得： ma，解得：F2 mg2F m ，故 C 对，A、B、D 错.g2 a2【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】水平面上加速度
24、的求解7.在静止的车厢内，用细绳 a 和 b 系住一个小球，绳 a 斜向上拉，绳 b 水平拉，如图 4 所示，现让车从静止开始向右做匀加速运动，小球相对于车厢的位置不变，与小车静止时相比，绳a、 b 的拉力 Fa、 Fb的变化情况是( )11图 4A.Fa变大， Fb不变B.Fa变大， Fb变小C.Fa不变， Fb变小D.Fa不变， Fb变大答案 C解析 以小球为研究对象，分析受力情况，如图所示，根据牛顿第二定律得，水平方向： Fasin Fb ma竖直方向： Facos mg0由题知 不变，由分析知 Fa不变，由知 Fb Fasin maa3C.a1a2， a2a2， a2a3答案 C解析
25、对物块 1，由牛顿第二定律得Fcos 60 Ff ma1， (mg Fsin 60) ma1F2对物块 2，由牛顿第二定律得Fcos 60 Ff ma2， (mg Fsin 60) ma2F2对物块 3，由牛顿第二定律得 F Ff ma3， mg ma312 F212比较得 a1a3a2，所以 C 正确.【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】水平面上加速度的求解9.竖直起飞的火箭在推力 F 的作用下产生 10 m/s2的加速度，若推力增大到 2F，则火箭的加速度将达到( g 取 10 m/s2)( )A.20 m/s2 B.25 m/s2C.30 m/s2 D.40 m/s2答案 C解析 推力
26、为 F 时， F mg ma1，当推力为 2F 时，2 F mg ma2.联立以上两式可得： a230 m/s2，故 C 正确.【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】竖直方向上加速度的求解10.如图 6 所示，在与水平方向成 角、大小为 F 的力作用下，质量为 m 的物块沿竖直墙壁加速下滑，已知物块与墙壁间的动摩擦因数为 .则下滑过程中物块的加速度大小为(重力加速度为 g)( )图 6A.a g g B.a g Fcos mC.a g D.a g Fsin m Fsin Fcos m答案 D解析 将 F 分解可得，物块在垂直于墙壁方向上受到的压力为 FN Fcos ，则墙壁对物块的支持力为 F
27、N FN Fcos ；物块受到的滑动摩擦力为 Ff F N F cos ；由牛顿第二定律，得 mg Fsin Ff ma，得 a g .Fsin Fcos m【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】竖直方向上加速度的求解二、非选择题11.(水平面上加速度的求解)质量为 40 kg 的物体放在水平面上，某人用绳子沿着与水平方向成 37角斜向上的方向拉着物体前进，绳子的拉力为 200 N，已知物体与水平面间的动摩擦因数为 0.5，物体的加速度是多少？若在拉的过程中突然松手，此时物体的加速度是多少？13(g 取 10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)答案 0.5 m/s 2，方向与运
28、动方向相同 5 m/s 2，方向与运动方向相反解析 物体受力如图所示，将拉力 F 沿水平方向和竖直方向分解.在两方向分别列方程：Fcos 37 Ff ma.Fsin 37 FN mg.又 Ff F N.联立解得 a0.5 m/s 2，方向与运动方向相同.当突然松手时，拉力 F 变为零，此后摩擦力变为Ff mg 200 N，由牛顿第二定律得 Ff ma解得 a5 m/s 2，方向与运动方向相反.【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】水平面上加速度的求解12.(竖直方向上加速度的求解)将质量为 0.5 kg 的小球，以 30 m/s 的速度竖直上抛，经过2.5 s 小球到达最高点(取 g10 m/
29、s 2).求：(1)小球在上升过程中受到的空气阻力大小(视为恒定)；(2)小球在最高点时的加速度大小；(3)若空气阻力不变，小球下落时的加速度为多大？答案 (1)1 N (2)10 m/s 2 (3)8 m/s 2解析 (1)设小球上升时，加速度为 a，空气阻力为 F，则 v at， mg F ma把 v30 m/s， t2.5 s， m0.5 kg 代入得 F1 N(2)小球到达最高点时，因速度为零，故不受空气阻力，故加速度大小为 g，即 10 m/s2(3)当小球下落时，空气阻力的方向与重力方向相反，设加速度为 a，则mg F ma，得 a8 m/s 2.【考点】牛顿第二定律的简单应用【题
30、点】竖直方向上加速度的求解13.(斜面上加速度的求解)如图 7 所示，质量为 m 的木块以一定的初速度沿倾角为 的斜面向上滑动，斜面静止不动，木块与斜面间的动摩擦因数为 ，重力加速度为 g.图 7(1)求向上滑动时木块的加速度的大小和方向；14(2)若此木块滑到最大高度后，能沿斜面下滑，求下滑时木块的加速度的大小和方向.答案 (1) g(sin cos )，方向沿斜面向下(2)g(sin cos )，方向沿斜面向下解析 (1)以木块为研究对象，木块上滑时对其受力分析，如图甲所示根据牛顿第二定律有mgsin Ff ma， FN mgcos 0又 Ff F N联立解得 a g(sin cos )，方向沿斜面向下.(2)木块下滑时对其受力分析如图乙所示.根据牛顿第二定律有mgsin Ff ma， FN mgcos 0又 Ff F N联立解得 a g(sin cos )，方向沿斜面向下.【考点】牛顿第二定律的简单应用【题点】斜面上加速度的求解
