加速度与质量和力的关系.ppt

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

2、量法,实验探究:加速度与力、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

3、的 合外力？,4、如何来测量小车所受的合外力？,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

4、时 （1/6），绳子的拉力近似等于砂和砂桶的重力，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

5、端带滑轮的长木板、粗线、 砝码、钩码、天平、刻度尺、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

6、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

7、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,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

8、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： 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，

9、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

10、，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

11、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，

12、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

13、.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

14、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

15、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

16、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。 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

17、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）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

18、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

19、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,