11、牛頓第二定律及探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系

11、探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系及

牛頓第二定律一、探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系【實(shí)驗(yàn)原理】探究加速度a與力F、質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，應(yīng)用的基本方法是 ，即先控制一個(gè)參量一一小車的質(zhì)量M不變，討論加速度a與力F的關(guān)系；再控制小盤和磁碼的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車質(zhì)量M,討論加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系.【實(shí)驗(yàn)器材】打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、 電源、 、袪碼、 、導(dǎo)線.【實(shí)驗(yàn)步驟］一、 測質(zhì)量用天平測出小車和舷碼的總質(zhì)量M,小盤和袪碼的總質(zhì)量m,把測量結(jié)果記錄下來.二、 儀器安裝及平衡摩擦力2-按圖1把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在車上，即不給小車加牽引力.平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板.反復(fù)調(diào)整木板的傾角，直至小車拖著紙帶在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持 運(yùn)動(dòng)狀態(tài).這時(shí)，小車受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力 的分力平衡.三、保持 不變，研究a與F的關(guān)系把細(xì)繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，先 再 ,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，打完點(diǎn)后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上紙帶號碼.保持小車和確碼的質(zhì)量不變，在小盤里放入適量的舷碼，把小盤和舷碼的總質(zhì)量記錄下來，重復(fù)步驟4?在小盤內(nèi)再放入適量祛碼，記錄下小盤和舷碼的總質(zhì)量m",再重復(fù)步驟4,重復(fù)多次,得到幾條紙帶.在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值，并記錄在表格（一）內(nèi).表（一）實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m?s—2)小車受力F/N1234四、保持 不變，研究a與M的關(guān)系保持小盤內(nèi)的耘碼個(gè)數(shù)不變，在小車上放上祛碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動(dòng)打出紙帶.計(jì)算確碼和小車的總質(zhì)量M,并由紙帶計(jì)算出小車對應(yīng)的加速度.改變小車上確碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟7,并將所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表（二）中.表（二）實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m?s—2)小車和磁碼的總質(zhì)量M/kg1234【數(shù)據(jù)處理】需要計(jì)算各種情況下所對應(yīng)的小車加速度，可使用“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的方法：先在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，計(jì)算加速度.（1）根據(jù)表（一），用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示作用力F,作用力的大小F等于小盤和祛碼的總重力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點(diǎn)，如果這些點(diǎn)是在一條過原點(diǎn)的直線上，便證明了加速度a與作用力F成正比.如圖2所示.圖2圖3（2）根據(jù)表（二）.用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示小車和祛碼的質(zhì)量M,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)這些點(diǎn)落在一條類似反比函數(shù)的曲線上.我們猜想“與M可能成反比.為了檢驗(yàn)猜想的正確性，再用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示小車和舷碼總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點(diǎn).如果這些點(diǎn)落在一條過原點(diǎn)的直線上，就證明了加速度與質(zhì)量成反比.（如圖3所示）【注意事項(xiàng)】一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個(gè)合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受到的摩擦阻力.在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需要重復(fù)，即整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和舷碼的總質(zhì)量還是改變小車和舷碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加舷碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和祛碼的總質(zhì)量的條件下打出.只有如此，小盤和舷碼的總重力才可視為小車受到的拉力.改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車.例1、在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車來做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說法中正確的是（）平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將祛碼盤及盤內(nèi)祛碼通過定滑輪系在小車上連接舷碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動(dòng)小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，且應(yīng)先接電源再釋放小車同步訓(xùn)練1、在''探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于平衡摩擦力的說法中正確的是（）“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是想法讓小車受到的摩擦力為零“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是使小車所受的重力的下滑分力與所受到的摩擦阻力相平衡“平衡摩擦力”的目的就是要使小車所受的合力等于所掛鉤碼通過細(xì)繩對小車施加的拉力“平衡摩擦力”時(shí)應(yīng)將小車在鉤碼通過細(xì)繩和滑輪而拉動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行調(diào)整例2、如果物體在外力一定時(shí)的a—丄圖象為通過m原點(diǎn)的一條直線，則說明（）物體的加速度a與質(zhì)量m成正比物體的加速度a與質(zhì)量m成反比物體的質(zhì)量m與加速度a成反比物體的質(zhì)量m與加速度a成正比同步訓(xùn)練2、（2011-三明模擬）用如圖甲所示的裝置做“驗(yàn)證牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度a和小車所受拉力F的圖象為圖中的直線I,乙同學(xué)畫出的a-F圖象為下圖中的宜線II?宜線I、II在縱軸或橫軸上的截距較大，明顯超出了誤差范圍，下面給出了關(guān)于形成這種情況的四種解釋，其中可能正確的是（）實(shí)驗(yàn)前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力甲同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)，把長木板的末端抬得過高了實(shí)驗(yàn)前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力乙同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)，把長木板的末端抬得過高了同步訓(xùn)練3、在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，4、〃、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為5^=4.22cm、^c=4.65cm、Scn=5.08cm、'處=5.49cm、=5.91cm、?G=6?34cmo已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作效率為50Hz,則小車的加速度a= m/s理解要點(diǎn)： F=ma這種形式只是在國際單位制中才適用一般地說卩=仏，k是比例常數(shù)，它的數(shù)值與理解要點(diǎn)： F=ma這種形式只是在國際單位制中才適用一般地說卩=仏，k是比例常數(shù)，它的數(shù)值與F、m、a各量的單位有關(guān)。在國際單位制中，即F、m、a分別用N、kg.m/J作單位，k=l,才能寫為F=ma. 牛頓第二定律具有“四性”①矢童性： 。保留2位有效數(shù)字）。TOC\o"1-5"\h\zA B C D E F? ? ? ? ? ?二、牛頓第二定律1?牛頓第二定律的內(nèi)容，物體的加速度跟 成正比，跟 成反比，加速度的方向跟 方向相同。公式：

②瞬時(shí)性:所以它適合解決物體在某一 或某一時(shí)刻的力和加速度的關(guān)系問題。③獨(dú)立性：作用于物體上的每一個(gè)力各自產(chǎn)生的加速度都遵從牛頓第二定律，而物體的實(shí)際加速度則是每個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢童和，分力和加速度的各個(gè)方向上的分量關(guān)系也遵從牛頓第二定律,④相對性： -也遵從牛頓第二定律,牛頓第二定律的適用范圍（1） 牛頓第二定律只適用于 （相對地面靜止或勻速宜線運(yùn)動(dòng)的參考系。）（2） 牛頓第二定律只適用于 、低速運(yùn)動(dòng)（遠(yuǎn)小于光速）的情況。例題例1.質(zhì)量為m的物體放在傾角為a的斜面上，物體和斜面間的動(dòng)摩擦系數(shù)為卩，如沿水平方向加一個(gè)力F,使物體沿斜面向上以加速度a做勻加速

（1） 當(dāng)桿在水平方向上固定時(shí)，調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小,使小球在桿上勻速運(yùn)動(dòng)。這時(shí)小球所受的風(fēng)力為小球所受重力的0?5倍，求小球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)。（2） 保持小球所受風(fēng)力不變，使桿與水平方向間夾角為37。并固定，則小球從靜止出發(fā)在細(xì)桿上滑下距離s所需時(shí)間為多少？（sin37°=0.6,cos37°=0.8）同步訓(xùn)練4、地面上放一木箱，質(zhì)量為40kg,用100N的力與水平成37。角推木箱，如圖所示，恰好使木箱勻速前進(jìn).若用此力與水平成37。角向斜上方拉木箱，木箱的加速度多大？（取g=10m/s\sin37°=0.6,cos37°=0.8）例2.如圖所示，質(zhì)量為m的人站在自動(dòng)扶梯上，扶梯正以加速度a向上減速運(yùn)動(dòng)，a與水平方向的夾角為e,求人受的支持力和摩擦力。例4?