师:同学们,这节课我们来学习高一物理必修一牛顿第二定律的内容。首先,我们来看一个视频。2013 年 6 月 20 日上午,神舟十号内的航天员们在天宫一号向我们进行中国首次太空授课,看看他们做的实验。

  “我就给大家表演一个悬空打坐吧。”

  “诶,那我还有大力神功呢。”

  师:同学们想想看,在太空中处于完全失重状态下要如何称量质量?该怎么办呢?不用担心,我们有专门测质量的装置——质量测量仪。同学们看,这就是质量测量仪,这是一个人体支架,这是一个浮称,用来固定待测航天员。下面就由我和指令长来给大家演示一下测质量的过程。同学们可以先目测一下指令长的质量有多少。好,现在我们开始演示,首先让指令长固定在质量测量仪上,然后我把连接运动机构的钢丝绳拉到指定位置,准备开始拉力,使它回到初始位置,这样就测出了质量。好,让摄像师来个特写,看看指令长的质量是多少呢?嗯,74 千克。同学们,你们猜对了吗?

  在太空中可以用质量测量仪来测质量,它的使用原理到底是什么呢?学习了这节课的内容,同学们就会明白了。在上节课中,我们通过实验探究加速度与力、质量之间的关系,得到实验结论:在质量一定时,物体加速度的大小与它受到的作用力成正比;在作用力一定时,物体加速度的大小与它的质量成反比。大量的实验结果和观察到的事实都可以得出与上节课实验相同的结论。这就是牛顿第二定律的内容。

  牛顿第二定律:物体的加速度与物体所受到的作用力成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与作用力的方向相同。写成表达式是(a)与(F/m)成正比,写成等式是(a = k \times F/m),其中(k)是比例系数。当(k)取(1)时,公式写成(F = ma)。也就是使(1)千克的物体获得(1)米每二次方秒加速度的力等于(1)千克·米每二次方秒。人们为了纪念牛顿,把力的单位“千克·米每二次方秒”称作牛顿,用符号(N)来表示。也就是当我们把力取牛顿为单位,质量取千克为单位,加速度取米每二次方秒为单位时,牛顿第二定律的公式写成(F = ma)。

  原来质量测量仪利用的就是牛顿第二定律的原理。将宇航员固定在支架上,支架对宇航员提供恒定的拉力(F)来拉动宇航员,同时测出运动过程中的加速度(a)。已知力和加速度,就可以用牛顿第二定律求出质量,这就是动力学方法测质量。

  我们来思考这样一个问题:根据牛顿第二定律,力作用在物体上就会使物体产生加速度。那为什么用较小的力提地上较重的箱子却没有提动呢?这是否与牛顿第二定律相矛盾?我们来对箱子受力分析。箱子受到重力和较小的拉力,此时还有地面的支持力。三个力使箱子处于平衡状态,合力为零。当物体受多个力时,牛顿第二定律中的(F)指的是物体所受合力,所以此时箱子的加速度为(0),继续保持静止。

  在 2023 年 8 月 21 日,中国车手马清华驾驶中国赛车在世界赛车比赛中获得冠军。这是中国车手驾驶中国赛车在世界顶级比赛中的首个冠军,向世界展示了中国赛车的实力。结合牛顿第二定律,我们来思考如何提高赛车的性能,使赛车加速更快,获得更大的加速度呢?根据牛顿第二定律,力是使物体产生加速度的原因。物体的加速度大小取决于合力和物体质量,可以通过减轻车身的质量,同时提高发动机的动力,使赛车获得更大的加速度,制造出更优质的赛车。

  根据牛顿第二定律,力使物体产生加速度,所以力与加速度具有瞬时对应关系,同时产生,同时变化,同时消失。行驶中的汽车紧急刹车时,其受到的合力瞬间由向前的动力变成向后的阻力,其加速度大小和方向也会同时发生变化。

  下面我们来看例题一:下列对牛顿第二定律表达式(F = ma)及其变形公式的理解正确的是( )

  A. 由(a = F/m)可知物体的加速度与其所受合力成正比,与其质量成反比,符合牛顿第二定律,正确。

  B. 由(m = F/a)可知物体的质量与其所受合力成正比,与其加速度成反比。质量不是由力和加速度决定,所以不能这样表述。

  C. 加速度的方向总跟合外力的方向一致,符合牛顿第二定律,正确。

  D. 当外力停止作用时,加速度不会立刻消失。根据力与加速度的瞬时性,当外力停止作用时,加速度立刻同时消失。

  正确答案是AC。

  我们来简单梳理一下对牛顿第二定律的理解。根据牛顿第二定律,力是物体产生加速度的原因,加速度的大小取决于合外力和质量,加速度的方向取决于合外力的方向。力的大小或方向发生突变时,加速度将同时变化。

  我们来看例题二:质量为(10)千克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为(0.2)。与此同时,物体受到一个水平向右的推力(F = 20)牛的作用,求物体的加速度。

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《物理 必修1 第4章 第三节 牛顿第二定律 逐字稿-3,818字 第5版》.docx
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