11、牛顿第二定律及探究加速度与力和质量的关系

11、探究加速度与力和质量的关系及

牛顿第二定律一、探究加速度与力和质量的关系【实验原理】探究加速度a与力F、质量M的关系时，应用的基本方法是 ，即先控制一个参量一一小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系；再控制小盘和磁码的质量不变，即力F不变，改变小车质量M,讨论加速度a与质量M的关系.【实验器材】打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木板、小车、小盘、 电源、 、袪码、 、导线.【实验步骤］一、 测质量用天平测出小车和舷码的总质量M,小盘和袪码的总质量m,把测量结果记录下来.二、 仪器安装及平衡摩擦力2-按图1把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车加牵引力.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板.反复调整木板的倾角，直至小车拖着纸带在斜面上运动时可以保持 运动状态.这时，小车受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力 的分力平衡.三、保持 不变，研究a与F的关系把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘，先 再 ,打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码.保持小车和確码的质量不变，在小盘里放入适量的舷码，把小盘和舷码的总质量记录下来，重复步骤4•在小盘内再放入适量祛码，记录下小盘和舷码的总质量m",再重复步骤4,重复多次,得到几条纸带.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值，并记录在表格（一）内.表（一）实验次数加速度a/(m•s—2)小车受力F/N1234四、保持 不变，研究a与M的关系保持小盘内的耘码个数不变，在小车上放上祛码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带.计算確码和小车的总质量M,并由纸带计算出小车对应的加速度.改变小车上確码的个数，重复步骤7,并将所对应的质量和加速度填入表（二）中.表（二）实验次数加速度a/(m•s—2)小车和磁码的总质量M/kg1234【数据处理】需要计算各种情况下所对应的小车加速度，可使用“研究匀变速直线运动”的方法：先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，计算加速度.（1）根据表（一），用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,作用力的大小F等于小盘和祛码的总重力，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度a与作用力F成正比.如图2所示.图2图3（2）根据表（二）.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和祛码的质量M,根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，发现这些点落在一条类似反比函数的曲线上.我们猜想“与M可能成反比.为了检验猜想的正确性，再用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和舷码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点.如果这些点落在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比.（如图3所示）【注意事项】一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力.在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动.实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和舷码的总质量还是改变小车和舷码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力.每条纸带必须在满足小车与车上所加舷码的总质量远大于小盘和祛码的总质量的条件下打出.只有如此，小盘和舷码的总重力才可视为小车受到的拉力.改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.例1、在利用打点计时器和小车来做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，下列说法中正确的是（）平衡摩擦力时，应将祛码盘及盘内祛码通过定滑轮系在小车上连接舷码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动小车释放前应靠近打点计时器，且应先接电源再释放小车同步训练1、在''探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是（）“平衡摩擦力”的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力的下滑分力与所受到的摩擦阻力相平衡“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳对小车施加的拉力“平衡摩擦力”时应将小车在钩码通过细绳和滑轮而拉动运动过程中进行调整例2、如果物体在外力一定时的a—丄图象为通过m原点的一条直线，则说明（）物体的加速度a与质量m成正比物体的加速度a与质量m成反比物体的质量m与加速度a成反比物体的质量m与加速度a成正比同步训练2、（2011-三明模拟）用如图甲所示的装置做“验证牛顿第二定律”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象为图中的直线I,乙同学画出的a-F图象为下图中的宜线II•宜线I、II在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况的四种解释，其中可能正确的是（）实验前甲同学没有平衡摩擦力甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了实验前乙同学没有平衡摩擦力乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了同步训练3、在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验中得到的一条纸带，4、〃、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为5^=4.22cm、^c=4.65cm、Scn=5.08cm、'处=5.49cm、=5.91cm、»G=6・34cmo已知打点计时器的工作效率为50Hz,则小车的加速度a= m/s理解要点： F=ma这种形式只是在国际单位制中才适用一般地说卩=仏，k是比例常数，它的数值与理解要点： F=ma这种形式只是在国际单位制中才适用一般地说卩=仏，k是比例常数，它的数值与F、m、a各量的单位有关。在国际单位制中，即F、m、a分别用N、kg.m/J作单位，k=l,才能写为F=ma. 牛顿第二定律具有“四性”①矢童性： 。保留2位有效数字）。TOC\o"1-5"\h\zA B C D E F• • • • • •二、牛顿第二定律1•牛顿第二定律的内容，物体的加速度跟 成正比，跟 成反比，加速度的方向跟 方向相同。公式：

②瞬时性:所以它适合解决物体在某一 或某一时刻的力和加速度的关系问题。③独立性：作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律，而物体的实际加速度则是每个力产生的加速度的矢童和，分力和加速度的各个方向上的分量关系也遵从牛顿第二定律,④相对性： -也遵从牛顿第二定律,牛顿第二定律的适用范围（1） 牛顿第二定律只适用于 （相对地面静止或匀速宜线运动的参考系。）（2） 牛顿第二定律只适用于 、低速运动（远小于光速）的情况。例题例1.质量为m的物体放在倾角为a的斜面上，物体和斜面间的动摩擦系数为卩，如沿水平方向加一个力F,使物体沿斜面向上以加速度a做匀加速

（1） 当杆在水平方向上固定时，调节风力的大小,使小球在杆上匀速运动。这时小球所受的风力为小球所受重力的0・5倍，求小球与杆间的动摩擦因数。（2） 保持小球所受风力不变，使杆与水平方向间夹角为37。并固定，则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少？（sin37°=0.6,cos37°=0.8）同步训练4、地面上放一木箱，质量为40kg,用100N的力与水平成37。角推木箱，如图所示，恰好使木箱匀速前进.若用此力与水平成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.如图所示，质量为m的人站在自动扶梯上，扶梯正以加速度a向上减速运动，a与水平方向的夹角为e,求人受的支持力和摩擦力。例4•