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1、牛 頓 第 二 定 律,1、牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)過程,2、牛頓第二定律的推導(dǎo)及意義,3、牛頓第二定律的運(yùn)用,1、什么是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變?其原因是什么?,2、物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變除了與力有關(guān),還與哪些因素有關(guān)?,物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變指的是物體的速度發(fā)生了變化;其原因是受到了力的作用,還與質(zhì)量有關(guān),物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變,速度發(fā)生了改變,產(chǎn)生了加速度,,,實(shí)質(zhì),實(shí)質(zhì),,與力和質(zhì)量有關(guān),聯(lián)系,?,1、力是使物體產(chǎn)生加速度的原因。,決定物體加速度大小的
2、因素有哪些?,2、質(zhì)量是物體慣性大小的量度,質(zhì)量越大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變。,復(fù)習(xí),物體的加速度與什么有關(guān)?,回顧:我們是怎樣研究電流與電壓和電阻的關(guān)系?,控制變量法,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),物體的質(zhì) 量m和物體受的外力F。,物體加速度a與F 質(zhì)量m是什么關(guān)系呢?,猜想?,實(shí)驗(yàn)裝置如圖:,可加減砝碼改變小車和砝碼的總質(zhì)量,可加減鉤碼改變小車和砝碼所受的力,1、 控制變量m.探討加速度a與F的關(guān)系,原理:如圖示,F1=2 F2在相同的時(shí)間內(nèi),s1=
3、 a1t2,s2 = a2t2,S1/ s2=a1/a2,測(cè)量s1 s2,,,,第一次演示,0.2,0.098,2,0.98,0.49,第一次,第二次演示,實(shí)驗(yàn)結(jié)論:,質(zhì)量一定,即,實(shí)驗(yàn)看到:,質(zhì)量一定,加速度與力成正比,即a=kF,,第一次演示,0.4,0.196,4,3.92,0.245,第一次,第二次演示,實(shí)驗(yàn)結(jié)論:,所受外力一定,即,實(shí)驗(yàn)看到:,所受外力一定,加速度與質(zhì)量成反比,即,,實(shí)驗(yàn)1:小車的質(zhì)量相同時(shí),研究小車的
4、拉力與加速度的關(guān)系:,實(shí)驗(yàn)2:控制變量F,小車的拉力相同時(shí),研究小車的質(zhì)量與加速度的關(guān)系:,m2=2m1, s1/s2=a1/a2 測(cè)量s1 ,s2,實(shí)驗(yàn)表明:s1=2s2,實(shí)驗(yàn)表明:,,,s1/s2=2/1,練習(xí):,1、質(zhì)量為 m 的物體在力F的作用下產(chǎn)生的加速度為 a ,那么要使 物體的加速度變?yōu)樵瓉淼?倍,則應(yīng)_______________________。,質(zhì)量減半或者F加倍,其中 k 為比例常數(shù),當(dāng)所有物理量均取國(guó)際單
5、位(即:力的單位取 N ,質(zhì)量單位取 kg ,加速度單位取 m/s2 )時(shí):k =1,此時(shí)關(guān)系式變?yōu)椋?F =ma此即為牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。,,,思考:,1、在牛頓第二定律的表達(dá)式 F = ma 中,哪些是矢量,哪些是標(biāo)量?,m 是標(biāo)量,F(xiàn) 和 a 是矢量。,2、在這兩個(gè)矢量中它們的關(guān)系是怎么樣?,“力是產(chǎn)生加速度的原因”,即物體受力方向
6、決定物體的加速度方向。故力 F 的方向和加速度 a 的方向是一致的。,3、一輛小汽車的質(zhì)量 m1=8.0×102kg ,所載乘客的質(zhì)量是 m2=2.0×102kg ,用同樣大小的牽引力,如果不載人時(shí)小汽車產(chǎn)生的加速度是a1=1.5 m/s2,載人時(shí)產(chǎn)生的加速度a2是多少(忽略阻力),解:由牛頓第二定律: F = ma 可知牽引力的大小 F = m1 a1
7、 = 8.0×102× 1.5 =1.2× 103N,由于載人和不載人時(shí)牽引力是同樣大的,故:,注意事項(xiàng):,1.矢量性:(a與F合方向相同),2.瞬時(shí)性:(a與F合 同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)消失,同時(shí)變化),3.同體性:( a與F合 , m都屬于同一物體,既研究對(duì)象統(tǒng)一性),4.獨(dú)立性:(X方向的合外力產(chǎn)生X軸方向的加速度,Y方向的合外產(chǎn)生Y軸方向的加速度,Fx=
8、max Fy=may a2=a2x+a2y,此前我們所講述的是物體只受到一個(gè)力作用的情況,物體受幾個(gè)力作用時(shí),牛頓第二定律公式 F = ma 中的 F 表示合力,這樣我們可以把牛頓第二定律進(jìn)一步表述為:,一個(gè)物體質(zhì)量是2kg,受到互成1200角的兩個(gè)力 F1 = 10 N 和 F2 = 10 N 的共同作用,這個(gè)物體產(chǎn)生的加速度是多大?,解法1:先由平行四邊形法則可知, F1、 F2、F合 構(gòu)成 了一
9、個(gè)等邊三角形,故 F合 =10 N a = F合 /m =10/2 = 5 m/s2,,物體的加速度跟物體所受的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比加速度的方向跟合力的方向相同。即 F合 = ma,練習(xí):,解法2:先分別求出 F1、 F2 產(chǎn)生的加速度a1、 a2 再根據(jù)平行四邊形法則求 a1、 a2 的合加速度a合,a1 = F1/m =10/2 = 5 m/s2
10、 a2 = F2/m =10/2 = 5 m/s2由于加速度的方向與力的方向一至,故a1、 a2也成1200角a1、 a2、a合 構(gòu)成了一個(gè)等邊三角形,故 a合 =5 m/s2,答:沒有矛盾,由公式F合=ma看,F(xiàn)合為合外力,無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度,這個(gè)力應(yīng)是合外力。現(xiàn)用力提一很重的物體時(shí),物體仍靜止,說明合外力為零。由受力分析可知F+N-mg=0。,例2、下列說法中正確的是( )A.物體所受合外力
11、越大,加速度越大。B.物體所受合外力越大,速度越大。C.物體在外力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)合外力逐漸減小時(shí),物體的速度逐漸減小。D.物體的加速度大小不變一定受恒力作用,根據(jù)牛頓第二定律,物體受的合外力決定了物體的加速度。而加速度大小和速度大小無關(guān)。所以,B說法錯(cuò)誤。,例2、下列說法中正確的是( )A.物體所受合外力越大,加速度越大。B.物體所受合外力越大,速度越大。C.物體在外力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)合外
12、力逐漸減小時(shí),物體的速度逐漸減小。D.物體的加速度大小不變一定受恒力作用,加速度是矢量,其方向與合外力方向一致。加速度大小不變,若方向發(fā)生變化時(shí),合外力方向必然變化。D說法錯(cuò)。,答案:A,練習(xí):,1、 一質(zhì)量為1Kg的物體只受到兩個(gè)大小米2N和3N的共點(diǎn)力作用, 則這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的加速度的范圍是____________________。,1 m/s2 ≤ a ≤ 5 m/s2,2、25N的力作用在一個(gè)物體上,能使它產(chǎn)生 2
13、m/s2的加速度, 則要使它產(chǎn)生 5 m/s2的加速度,作用力為__________________。,分析:由于是同一個(gè)物體,故質(zhì)量不變。先可以由F1 = 25N和 加速度 a1 = 2 m/s2 求出質(zhì)量,再由 F2 = ma 求出作用力 F2 = ma2 =12.5×5 = 62.5N,62.5N,1.質(zhì)量為m的物體放在粗糙水平面上受水平F時(shí)產(chǎn)生加速度為a1 ,當(dāng)水平力為2
14、F時(shí),加速度a2,關(guān)于a1 與a2 的關(guān)系正確的是: ( ),解析:關(guān)鍵要考慮摩擦力f。,2.物體受幾個(gè)力作用處于靜止?fàn)顟B(tài),若將其中一個(gè)力逐漸減小到0,再逐漸恢復(fù)到原值,物體加速度和速度怎樣變化?,答案:加速度先增大后減小,速度一直增大.,小試牛刀:,A. a2 = 2a1 B. a2 < 2a1 C. a2 > 2a1 D.
15、a1 = a2,C,,由a1 =(F-f)/m, a2 =(2F-f)/m >2(F -f) =2 a1,思考:一力作用在質(zhì)量m1 的物體上能產(chǎn)生3m/s2 ,該力作用在質(zhì)量為m2的物體上能產(chǎn)生1.5 m/s2 的加速度,若將 m1 m2 合為一體能使它產(chǎn)生多大的加速度?,以m1 為研究對(duì)象:F= m1 ×3則m1 =F/3,以m2 為研究對(duì)象:F= m2 × 1.5 則m2 =F/1.5,以整體為研究對(duì)象:F=
16、(m1 + m2 )a則a=F/ (m1 + m2 )=1 m/s2,,分析指導(dǎo):,1 、為了安全,在公路上行駛的汽車之間應(yīng)保持必要的距離已知某高速公路的最高限速 v = 144 km/h 。假設(shè)前方車輛突然停止,后車司機(jī)從發(fā)現(xiàn)這一情況,經(jīng)操縱剎車,到汽車開始減速所經(jīng)歷的時(shí)間(即反應(yīng)時(shí)間)t = 0.50s 。剎車時(shí)汽車受到的阻力的大小F 為汽車重力的0.40倍。該高速公路上汽車間的距離 s 至少應(yīng)為多少(g = 10 m/s2),
17、分析:汽車間的距離 s = s1 +s2 汽車在 s1 做勻速直線運(yùn)動(dòng) s1 = v t 在s2 汽車做初速度 v0 = 144 km/h v t = 0 的勻減速直線運(yùn)動(dòng),解: s1 = v t = 40×0.5 =20 m,S2 = 400 m,S = S1+ S2 = 420 m,,小結(jié):,1.加速度a與F的關(guān)系:物體質(zhì)量一定時(shí),加速度a與合外
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