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1、第四章 牛顿运动定律,4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系,学习目标：,1、学会通过实验探究物体加速度与 力、质量的关系,2、在实验中掌握打点计时器的用法,3、对自己的实验结果进行归纳分析,什么叫物体运动状态的改变？物体运动状态改变的原因是什么？物体运动状态的改变即速度的改变即产生加速度由牛顿第一定律可知力是改变物体运动状态的的原因由此可知加速度与外力有关，那加速度还与什么有关呢？如图，当我们用同样的外力推空车和推满载的车时有什么区别？空车更容易被推动由此可猜想加速度还与质量有关那这些猜想是否正确？如果正确，究竟加速度与质量以及外力又有什么具体关系呢？,新课导入,控制变量法,实验探究:加速
2、度与力、质量的关系,“a”与“F”、“m”二个物理量均有关系，应该从何处入手呢？,所以本次的探究思路自然而然地确定为两个方面：一是保证质量不变，探究加速度与外力的关系时；二是保证外力一定，探究加速度与质量的关系时。最后综合得出加速度与质量及外力的关系。,在初中阶段我们研究“欧姆定律”、“导体电阻的影响因素”时都接触到一种方法是？,研究方法,探究实验,一、实验器材：,小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平,1、小车质量的测量用。,天平,2、打点计时器的用途是：,打出纸带，,测量计算小车的加速度。,3、如何才能给小车提供一个恒定的 合外力？,4、如何来测量小车所
3、受的合外力？,例1、如图一个木块正在倾角为为的 三角斜面上匀速下滑，试求斜面 的动摩擦因数。,问2：如果此时给物体加上一个沿斜面向 下的力F，那物体现在受到的合外 力是多少？,5、如何来平衡摩擦力？,我们将长木板倾斜一定角度，此时物体在斜面上,受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断）,6、绳子的拉力等于钩码的重量吗？为什么？,不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力。,7、什么情况下钩码重力可以近似等于 绳子拉力即小车所受的合外力？,当砂和砂桶质量比小车质量小得多时（1/6），绳子的拉力近似等于砂和砂
4、桶的重力，即小车受到合外力近似等于砂和砂桶的重力。,实验装置图,A、加速度与合外力的关系,实验基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在不同的合力 作用下物体的加速度，分析加速度与合外力 的关系。,0.10 0.146,0.20 0.302,0.30 0.428,0.40 0.592,0.50 0.751,数据处理：加速度与力的关系,如何更直观地处理数据？,B、加速度与质量的关系:,实验的基本思路：保持物体所受的合外 力相同，测量不同质 量的物体在该力的作 用下的加速度，分析 加速度与质量的关系。,数据处理：加速度与质量的关系,另一种方案,以小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、钩码、天平、刻度
5、尺、宽口夹子,实验器材：,由于两小车同时启动、同时停止,故运动时间相同,怎样测量（或比较）物体的加速度,实验数据处理:,1、加速度与力的关系,2、加速度与质量的关系:,牛顿第二定律:,（1）内容：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体 的质,（2）数学表达式：a,F=kma,即：,当各物理量均选国际单位时，k=1,则有：F=m a,(3)1N定义：使质量是1kg的物体产生1m/s2加速度的力 叫做1N，即N=1kg m/s2,F,a,1/m，,量成反比。,牛顿第二定律更一般的表述：,物体的加速度的大小跟所受的合外力成正比；跟物体的质量成反比;加速度的方向跟合力的方向相同,F=m a,F为合外力,如
6、图，由此可见，要使赛车在最短时间内达到最大速度，除了要有较大的牵引力外，还应选用轻型材料使赛车的质量尽可能小,对牛顿运动定律的理解：,（1）a与F合的关系,统一性：定律中的物理量的单位必须统一用国际单位制，即力用N为单位，质量用kg为位，加速度用m/s2为单位,矢量性：加速度方向始终和引起这个加速度的外力一致,同时性：加速度和合外力是瞬时对应的关系，有外力才有加速度，外力不变，加速度不变，外力随时间改变，加速度也随时间改变，外力停止作用，加速度随即消失,独立性：每个外力对应于一个加速度，合外力对应于合加速度,对牛顿运动定律的理解：,F合一定,a一定,匀变速运动,F合变化,a变化,非匀变速运动,
7、F合=0,a=0,静止或匀速,（2）力和运动的关系,反馈练习：,下面说法正确的是（）A、物体所受合外力越大，加速度越大。B、物体所受合外力越大，速度也越大。C、物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的加速度逐渐减小，物体的速度也逐渐减小。,D、物体的加速度不变一定受恒力作用，物体的加速度改变一定不受恒力作用。,D,某同学根据测量数据画出a-F图线，表明实验中的问题是:,没有平衡掉摩擦力,动力学的两类基本问题,、已知物体的受力情况，要求确定物体的运动情况、已知物体的运动情况，要求推断物体的受力情况,动力学问题的求解,、基本思路,加速度是连接”力”和”运动”的桥梁,、一般步骤：
8、确定研究对象 进行受力情况及运动状态分析 选取正方向 统一单位，代入求解 检验结果,动力学问题的求解,动力学问题的求解,、注意事项（1）同体（2）同向（3）同时（4）同单位制（SI制）,倡导对问题先作定性和半定量分析，弄清问题的物理情景、找到正确解题的关键，以养成良好的思维品质和解题习惯。,一个静止在水平地面上的物体，质量是2Kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动，物体与水平地面间的滑动摩擦力是4.2N。求物体4s末的速度和4s内发生的位移。,一个滑雪的人，质量m=75kg，以V0=2m/s的初速度沿山坡匀加速地滑下，山坡的倾角=300，在t=5s的时间内滑下的路程s=60m，求滑
9、雪人受到的阻力(包括滑动摩擦力和空气阻力)。,一辆载货的汽车,总质量为4.0103Kg，运动中所受阻力恒为1.6103N，在不变的牵引力作用下由静止启动，若牵引力为.8103N，问：启动10s后汽车的速度达到多少？启动10s内汽车的位移是多少？,木块质量为8kg，放在水平地面上，在2N的水平恒力作用下从静止开始运动，经5s，位移为2.5m。求（1）木块运动的加速度（2）摩擦力的大小（3）若拉力作用10s后撤去，木块还能滑行多远？,如图所示，质量m=2Kg的物体静止在光滑的水平地面上，现对物体施加大小F=10N与水平 方向夹角370的斜向上的拉力，使物体向右做匀加速直线运动。已知sin370=0
10、.6,cos370=0.8取g=10m/s2，求物体5s末的速度及5s内的位移。,如图所示，质量m=2Kg的物体静止在光滑的水平地面上，现对物体施加与水平方向夹角370的斜向上的拉力F作用，使物体向右做匀加速直线运动。已知sin370=0.6,cos370=0.8取g=10m/s2，第5s末的速度为20m/s,求拉力F的大小。,如图所示，质量m=2Kg的物体静止在水平地面上，物体与水平面的滑动摩擦因数0.25。现对物体施加大小F=10N与水平 方向夹角370的斜向上的拉力，使物体向右做匀加速直线运动。已知sin370=0.6,cos370=0.8取g=10m/s2，求物体第5s末的速度及5s内
11、的位移各为多少。,如图所示，小物块以4m/s的初速度从倾角为30o的斜面底端向上滑，物块与斜面间的动摩擦因数为，g取10m/s2，斜面足够长，则：(1)上滑多长时间，速度减小一半？(2)物块上滑的最大距离是多少?,质量为100t的机车从停车场出发，经225m后，速度达到54kmh，此时，司机关闭发动机，让机车进站，机车又行驶125m才停在站上设运动阻力不变，求机车关闭发动机前所受到的牵引力,如图所示，一质量为m=5kg的物体沿水平地面向左运动，与地面间的动摩擦系数为=0.4，当物体向左的水平速度为1=10m/s开始受到一个水平向右的拉力F=30N作用。g取10m/s2，问(1)经过多长时间物体
12、的时间变为8m/s向右运动?(2)这段时间内物体通过的位移是多大?其方向如何?,F,1000T的列车由车站出发做匀加速直线运动，列车经过100s，通过的路程是1000m，已知运动阻力是车重的0.005倍，求列车机车的牵引力?,一颗质量为20g的子弹以500m/s的速度击穿一块厚度为4cm的固定木块后，速度变为400m/s，求：子弹在穿过木块时所受的平均阻力.,蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目，一个质量为60kg的运动员，从离水平网面3.2高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0高处。已知运动员与网接触的时间为1.2，若把在这段时间内网对运动员的作
13、用力当作恒力处理，求此力的大小（g取10m/s2）。,一质量为2kg的物体静止在水平地面上，在10N的水平拉力作用下，沿水平地面向右运动。已知物体与水平地面间的滑动摩擦系数为0.2，求：1)物体的加速度和2s内的位移多大？2)如果该拉力改为斜向上37方向，物体的加速度和2s内的位移多大？,例题剖析：,某高度公路列车的最大运行速度可达270km/h,机车持续牵引力为157设列车的总质量为100 t,列车所受阻力为重力的.1 如果列车受该持续牵引力牵引做匀加速直线运动，列车从开始启动到列车达到最大运行速度共需要多长时间？,迷你实验：,解析：由于小球要随瓶子向右做匀加速直线运动，根据矢量性即合外力应
14、与加速度方向相同可知合力水平向右，对其进受力分析可知小球在水平方向会有偏离,例题剖析：,如图1所示为竖直平面内的半径为R的圆环，AB是它的竖直直径，AC是光滑的斜面轨道。一个小球从A点由静止开始沿AC斜面滑下，求下滑的时间。,拓展：在图3中，AB是圆的竖直直径，小球沿不同的光滑斜面轨道由静止下滑，所需的时间相等。,牛顿运动定律的 应用（二）,一、共点力物体的平衡：,1、平衡状态：,2、平衡条件：,一个物体在共点力作用力下，如果保持 静止或者做匀速直线运动，我们就说这个物 体处于平衡状态。,静止或匀速直线运动,V0,a=0,F合0,共点力作用下物体的平衡条件：合外力为零 F合=0,1、二力平衡条
15、件：两个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。,2、三力平衡条件,任意两个力的合力与第三个大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。,例题,1、图中重物的质量为m，轻细线AO和BO的A、B端是固定的，平衡时AD是水平的，BO与水平面的夹角为求AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小,练习,如图所示，用两根绳子悬挂一个重力为20N的物体，物体处于静止。求两绳中的张力分别为多大？,物体受三个不平行外力作用而平衡，则这三个力的作用线必在同一平面内且为共点力,G,T,F,G,N1,N2,三力汇交原理,3、多力平衡条件,当物体受到几个力共点力的作用而平衡时，其中的任意一个力必定与余下的其它力的合力等大反向
16、。正交分解法 Fx=0 Fy=0,如图所示，某物体在四个共点力作用下处于平衡状态，若将F45N的力沿逆时针方向转动900，其余三个力的大小和方向都不变，则此时物体所受合力为（）A、0B、10NC、D、,C,课堂训练,1、如图，已知；G=20N、=370、=0.5，求：1）使物体沿竖直墙壁匀速向下运动的推力F=？2）当F=25N时，物体静止，求此时物体受到的摩擦力？,2、木块质量为m，放在斜面倾角为的斜面上，物体恰好匀速下滑，则：（1）物体与斜面间的动摩擦因素=？（2）现使物体沿斜面匀速上滑，需对木块施加多少沿斜面向上的推力？,课堂训练,3、如图，已知：=450、=300、G=100N，求：（1
17、）两绳拉力各为多少？（2）若绳1的最大拉力为300N，绳2的最大拉力为400N，则所挂物体最重为多少？,【几个概念】1.实重物体实际受到的重力大小称为实重。(即真实重量)2.视重测量出来的重力大小称为视重。(即表现出来的重量)3.超重视重大于实重，称为超重。4.失重视重小于实重，称为失重。5.完全失重视重等于零，称为完全失重。【特别提醒】无论是超重、失重还是完全失重，物体所受到的重力是不变的。不同的只是重力的作用效果。,（一）超重现象,设重物的质量为m，弹簧秤和重物以加速度a一起加速上升。对弹簧秤下重物受力分析如图：,由牛顿第二定律得,F合=F G=m a,故：F=G+m a G,由牛顿第三定
18、律可知：物体对弹簧秤的拉力 F=F G,总结：当物体存在向上的加速度时，它对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）大于物体所受重力的现象称为超重现象。,理论分析,（二）失重现象,设重物的质量为2Kg，和弹簧秤以2m/s2的加速度一起加速下降。(g=10m/s2)对重物受力分析如图：,由牛顿第二定律得,F合=G F=m a,故：F=G F合=m g m a=16N 20N,由牛顿第三定律可知，物体对弹簧秤的拉力F=F G,总结：当物体存在向下的加速度时，它对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）小于物体所受重力的现象称为失重现象。,理论分析,思考：如果加速度a=g，则F=？,（三）完全失重,当弹簧秤和重物以
19、加速度 a=g 竖直加速下降时，F=G m g=0,物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）为零，这就是“完全失重”现象。,解：当可乐瓶自由下落时，可乐瓶中的水处于完全失重状态，水的内部没有压力，故水不会流出。但可乐瓶中水的重力仍然存在，其作用效果是用来产生重力加速度。,理论分析,下面所示的情况中，对物体m来说，哪几种发生超重现象？哪几种发生失重现象？,m,v,a,m,v,a,甲,乙,丙,丁,NG 失重,NG 超重,NG 失重,NG 超重,总结：物体具有竖直向上的加速度，即处于超重状态；物体具有竖直向下的加速度，即处于失重状态。与运动的方向无关。,1、超重和失重是一种物理现象。,2、视重是指支持
20、物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力），是可以改变的。,3、物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重还是失重状态，重力不变。,视重 重力 a竖直向上 超重状态,视重 重力 a竖直向下 失重状态,超重还是失重由a方向决定，与v方向无关,本节内容总结,在航天飞机中所有和重力有关的仪器都无法使用！,弹簧测力计无法测量物体的重力，但仍能测量拉力或压力的大小。,无法用天平测量物体的质量,【观察与思考】？为什么心脏病人不宜乘坐？,利用完全失重条件的科学研究,液体呈绝对球形,制造理想的滚珠,制造泡沫金属,据报道，美国一产妇在完全失重的飞船里曾产下一男孩，现约8岁，该男孩所表现出的智力和体力远远超过了同龄
21、儿童，被美国人戏称为“小超人”。,在完全失重的空间里，科学家们可以进行大量的生物、生理、生化、物理、医学等实验，并能取得地面上进行同样实验无法达到的优秀效果。完全失重的空间里还有许多未被开垦的处女地，各国宇航局都力图率先在这些领域取得突破性进展，为此，发达国家的宇航局也曾向世人征求可在飞船里进行实验的方案。北京市一名中学生曾设计出一个方案：即研究在完全失重的条件下，人的思维反应速度是不变、变快还是变慢。受到了发达国家宇航局的关注。如果在座的各位同学在这方面有什么奇思妙想，不妨寄与我国宇航部门，希望将来在我国飞船上进行的实验里，有你们设计的方案。,如图，木块A与B用一轻弹簧相连，竖直放在木块C上，三者静止与地面，它们的质量之比是123。设所有接触面都光滑，当沿水平方向迅速抽出C的瞬间，A和B的加速度分别为多少？,一根轻弹簧上端固定，下端挂一质量为m的秤盘，盘中有一质量为m的物体。当盘静止时，弹簧长度比自然长度伸长了L；今向下拉盘，使弹簧再伸长L以后停止，然后松手放开。求刚刚松手时，物体对盘压力多大？,
