（粤教版必修1）物理：4.3《探究牛顿第二定律》学案

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第三节 探究牛顿第二定律
本节要求我们根据上节探究的关系定量分析质量、合力和加速度的关系，简单认识认识牛顿第二定律。
一．学法指导
（一）、加速度与力的定量关系
1．实验目的：采用变量控制法，保持滑块的质量不变，探究其加速度与所受合力之间的定量关系。
2．实验与探究
（1） 实验过程：
① 让滑块在砝码拉力作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、 HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 、砝码的质量m、两光电门间的距离s。
② 保持滑块质量不变，增加（或减少）祛码的数量来改变拉力的大小，重复实验3次。
③ 用公式计算出滑块的加速度
④ 数据分析：设计实验表格，将滑块质量不变时的实验数据记入表格并进行分析。由数据分析得出的结论：当物体的质量不变时加速度与合力成正比。
（2） 重要说明：砝码受到的重力不等于滑块受到的拉力。通过对砝码进行受力分析可知，如果两者相等，砝码所受的合力将为零，下落过程应该是匀速直线运动，这显然与事实不符。加速度越大，即砝码的合力越大，砝码所受拉力与重力相差越大。要将砝码的重力近似看作是滑块所受的拉力，实验过程中物体的加速度应较小，即砝码的质量应远小于滑块的质量。
（3） 利用实验数据作出a－F关系图象得到：当质量一定的时候，a－F关系图象是过原点的一条直线，说明了在滑块质量不变时，加速度a与合力F成正比。
（二）、加速度与质量的定量关系
1．实验目的：变量控制法，保持滑块受力不变，研究其加速度与质量之间的定量关系。
2．实验与探究
（1） 实验过程：
① 保持祛码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记下滑块通过光电门的速度 HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 、。
② 在滑块上增加（或减少）橡皮泥来改变滑块的质量，重复进行几次，记下实验数据。
③ 用公式 HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 计算出滑块的加速度。
④ 数据分析：设计实验表格，记录实验数据并作出— HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 图像，根据图像我们不难发现其是一条经过原点的直线，所有在合外力一定的前提下加速度和物体的质量成反比。
二．例题分析
【例1】某同学在做“当外力一定时，加速度和质量的关系”的实验时，得到下表中的实验数据（1） 请用图象来处理这些数。（2） 根据作出的图象，你能得列什么结论？
【解析】（1） 首先计算每组的值，再作出 HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 —的图像，如图4-9所示。
（2） 由于得到的 HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 —图像，是一条通过原点的直线，所以可以得出的结论：在外力一定时，物体的加速度与物体的质量成反比。
评注：图象具有能直观地看出两个物理量的关系和有效减小实验误差，并排除实验中的错误数据优点。描点作图时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑。
【例2】在“验证牛顿第二定律”实验中，为验证小车质量M不变时，a与F成正比，滑块质量M和砝码质量m分别选取下列四组值
A．M＝500g，m分别为50g、70g、100g、125g
B．M＝500g，m分别为20g、30g、40g、50g
C．M＝200g，m分别为50g、70g、100g、125g
D．M＝200g，m分别为30g、40g、50g、60g
若其它操作都正确，那么在选用一组值测量时所画出的a-F图线较准确，在选用此组值，m取______克时实验误差较大。[来源:21世纪教育网]
【解析】探究滑块质量M不变时，加速度与外力F的定量关系，是用祛码的重力代替滑块的拉力，为了减小实验误差，应使m <评注：由于砝码的重力只是近似等于滑块的拉力，加速度越大，两者差别也会越大，为了尽量减小误差，应使砝码质量m与滑块质量M之间的关系满足m＜＜M。
三．跟踪训练
1．一物体由静止状态开始做匀变速直线运动，可以由刻度尺测出______和秒表测出______，由公式______计算物体的加速度。
2．加速度与物体的______、______之间有关系，要同时确定它们之间的关系，一般采用______，即先保持______测量另外两个量之间的关系。
3．在“探究加速度与物体所受合力的关系”实验中，小车的运动是______，实验中通过改变______来改变小车所受的合外力，加速度的方向与小车______相同。
4．在“探究加速度与物体质量的关系”实验中，设斜面与水平桌面夹角为 HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 ，小车质量为M，忽略小车与斜面的摩擦，小车所受合外力为______，增大小车的质量，可以通过______来实现保持合外力的大小不变。若小车与斜面之间有摩擦，且摩擦力为f，则小车运动中所受的合外力为______。
5．气垫导轨实验装置主要由导轨、滑块、______、 ______、______等组成，滑块在导轨上运动，导轨上的小孔喷出的气流使滑块所受的______减小到可以忽略的程度。
6．在“探究加速度与力、质量的关系”实验时，计算出加速度后，将测得的反映加速度a与力F的关系资料记录在表1中，将测得的反映加速度a和质量M关系的资料记录在表2中。
（1） 根据表中所列数据，分别画出a－F图象， HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 —图象。21世纪教育网
（2） 从图象可以判定：当M一定时，a与F的关系为______，当F一定时，a与M的关系为 。
（3） 由a一F图象可知，M＝______。
（4） 由— HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 图象可知，F＝______。
7．在做物体的质量一定，探究物体的加速度a和物体受到的合外力F的大小关系实验时，利用打点计时器打出的纸带计算出物体的加速度后，将计算出的加速度值记录在下面反映加速度a和力F的关系的表中
（1） 根据上表中所列数据，画出物体的a－F图象。
（2） 从图象可以判断出：当物体的质量M一定时，物体的加速度a与物体受到的合外力F的关系______
（3） 由作出的a－F图象可知：小车质量M=______ kg
8．某同学用如图4-10所示的装置探究牛顿第二定律的实验中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如表所示：
（1） 根据表中的数据在图中做出a－F图线
（2） 图线F轴上的截距的物理意义是______________________________
（3） 图线斜率的物理意义是______________________________
9．对于质量相等的甲、乙两个物体来说，下面哪个说法正确的是 （ ）
A．乙的加速度大，说明乙受到的合外力大
B．乙物体的速度比甲物体的大，说明乙物体受到的合外力大
C．由于乙物体的速度比甲物体的大，所以乙物体的加速度要比甲物体的大，
D．如果甲、乙两个物体受力方向相同，那么它们的运动方向一定相同
10．在探究牛顿第二定律实验中，为了探究滑块质量M不变时，加速度与外力F的定量关系，砝码质量m和滑块质量M分别选取下列四组值中的哪一组可使实验的系统误差最小（ ）
A．M=500g，m分别为50g、70g、100g、125g
B．M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g
C．M=200g，m分别为50g、75g、100g、125g
D．M=200g，m分别为30g、40g、50g、60g
11．在“探究牛顿第二定律”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．滑块所受的拉力一定等于砝码的重力
B．要将砝码的重力近似看作滑块所受的拉力，滑块的加速度不应太大
C．实验中为了尽量减小误差，应使滑块的质量远大于砝码的质量
D．实验中为了减小误差，应使滑块的加速度尽量大些
12．如果一位航天员漂浮在太空深处一个未知天体旁边，他用个人的力量能推动这个庞大的天体，使它产生加速度吗？
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参考答案:
第三节：探究牛顿第二定律
1、位移s；时间t；。2、质量m；所受合力F；控制变量法；其中一个量不变。3、匀变速直线；斜面的倾角；所受合力方向。4、 HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 ；减少斜面倾角； HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" EMBED Equation.3 －F。5、电源；光电门；光电数字计时器；摩擦力。6、（1）图略；（2）正比例关系、反比例关系；（3）0.5Kg；（4）1.02N。7、（1）图略；（2）a与F成正比；（3）0.5。8、（1）图略；（2）小车在运动中所受的摩擦力；（3）小车质量的倒数。9、A10、B11、BC12、能～虽然航天员个人的力量有限，而未知天体的质量可能很大，但力是物体运动状态改变的原因，所以庞大的天体仍能产生加速度，只是他的加速度很小，不容易察觉。
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