人教版高中物理必修1第四章4．2实验：探究加速度与力、质量的关系4．3牛顿第二定律课件（共33张PPT）

(共33张PPT)
4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
4.3牛顿第二定律
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
什么是物体运动状态的改变？根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？
如果物体的速度不变我们就说它的运动状态不变；如果物体速度的大小或方向改变了，我们就说它的运动状态改变了，也就是说，速度是描述物体运动状态的物理量。
物体运动状态的改变指的是物体的速度发生了变化。
力是改因变物体运动状态的原
力
运动状态变化
速度变化
产生加速度
描述速度变化快慢的物理量
推论：力是产生加速度的原因
由牛一定律可知：
物体不受外力
所受合外力为零
物体处于静止或匀速直线运动状态，即运动状态不变。
那么设想：如果物体所受合外力不为零，则物体运动会怎样？
产生加速度
物体的加速度与什么因素有关呢？
1、物体加速度的大小与它受力的大小有关。
2、物体加速度的大小还与物体的质量有关。
物体的质量一定时、受力越大，它获得的加速度越大；物体受力一定时，它的质量越小，加速度度也越大。然而，物理学不满足于这样的定性描述。我们还想知道，物体的加速度与它受的力、它的质量有什么定量关系。
下面通过实验探究这两个间题。
一、实验方案
1、实验目的
2、实验设计
加速度a与力F的关系
加速度a与力F的关系
1、测量哪些量
2、怎么测量
控制变量法

m：
a:
F:
天平
打点计时器
物体所受的合力
a、F、m
3、利用表格分析数据
二、参考案例
绳拉小车的力是小车受到的合力吗？
不是，所以要平衡摩擦力
平衡摩擦力：
mg
F1
FN
f
F1平衡摩擦力 f。
将长木板不带滑轮一端适当垫高，使小车的沿斜面匀速下滑。
四、实验探究
实验基本思路：1、保持小车的质量m不变，通过改变砝码盘中砝码的质量对小车产生不同的拉力F，测量小车在不同作用力下的加速度。并记录在表中。
a
F/N
实验基本思路：2、保持悬挂砝码不变，通过改变小车的质量m,测量小车在不同的质量下的加速度。并记录在表中。
a
m/kg
五、实验结论
加速度a与力F成正比、与质量m成反比即：
六、牛顿第二定律
物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
F合 ＝ kma
F合 ＝ ma
取k = 1
F指的是物体所受的合力
m为物体的质量
a是物体的加速度，注意方向
单位：1牛=1千克 · 米/秒2
解析F合 ＝ ma
1 、矢量关系：速度的方向与合力的方向相同
2 、同体关系：F、m、a各量必须对应同一个物体
3、因果关系：力是产生加速度的原因
4、瞬时关系:a与F同时产生、同时变化、同时消失。作用力突变，a的大小方向随着改变，是瞬时的对应关系；有力即有加速度；合外力消失，加速度立刻消失；所以加速度与力一样，可以突变，而速度是无法突变的。
2、当合外力减小时，加速度也随之减小，物体将做减速运动。
1、力一旦停止作用，加速度也会为零，物体将静止。
类比于开车加油门和熄火后车的运动状态。
例1：某质量为1100kg的汽车在平直路面上试车，当达到100km/h的速度时关闭发动机，经过70s停下来，汽车受到的阻力是多大？重新起步加速时牵引力为2000N，产生的加速度应为多大？假定试车过程中汽车受到的阻力不变。
分析由于路面水平，汽车在竖直方向受到的重力与地面的支持力大小相等、方向相反，合力为0、所以只需要考虑汽车在水平方向的运动。在水平方向，只有牵引力和阻力，使汽车产生加速度的力是这两个力的合力。
竖直方向合力为0
F牵和F阻的合力产生加速度a，用牛二定律F=ma可求。
联立方程即可。
解：
正常行驶
关闭发动机
负号表示阻力方向与汽车前进方向相反
打开发动机重新起步
代入数据得:
解题的一般步骤：
（1）确定研究对象
（2）对这个物体进行受力分析
①先重力
②再支持力
③其它力，最后摩擦力
（3）建立直角坐标系应用二力平衡或
转化为四力平衡求合力F合
mg
（4）根据牛顿第二定律列方程F合=ma。
例2：一个物体，质量是2㎏，受到互成120o角的两个力F1和F2的作用。这两个力的大小都是10N，这个物体的加速度是多少？
（1）确定研究对象
（2）对这个物体进行受力分析
（3）建立直角坐标系应用二力平衡或转化为四力平衡求合力F合
（4）根据牛二定律列方程F合=ma。
解：
=0
（4）根据牛二定律列方程F合=ma。
代入数据得:
说一说
质量不同的物体，所受的重力不一样，它们自由下落时加速度却是一样的。你怎样解释。
（1）确定研究对象
（2）对这个物体进行受力分析
（3）建立直角坐标系应用二力平衡或转化为四力平衡求合力F合
（4）根据牛二定律列方程F合=ma。
解：
用动力学方法测质量
大家都知道，质量可以用天平来测量。可是在宇宙空间怎样测质量?设想，你自己就是一艘带有喷气发动机的飞船，你用力推一个质量未知的物体，当用カ一定时，它的质量越大产生的加速度就越小…知道了所用的力和物体的加速度，根据牛顿第二定律就能得出物体的质量了。这就是动力学的方法。飞船的推力是已知的，飞船的加速度应该怎样测出?
在阅读下面一段前请先想一想，用这种方法测量一个物体的质量，例如一个小型空间站的质量，需要进行哪些测量，测量数据应该怎样处理。方法要尽可能简单、可行。
1966年曾在地球的上空完成了以牛顿第二定律为基础的测定质量的实验。实验时，用双子星号字宙飞船m1去接触正在軌道上运行的火箭组m2(后者的发动机已熄火)。接触以后，开动双子星号飞船的推进器，使飞船和火箭组共同加速(图4.3-4)。推进器的平均推力F等于895N，推进器开动时间为7s。测出飞船和火箭组的速度变化是0.91m/s。双子星号宇宙飞船的质量是已知的，m1＝3400kg，我们要求的是火箭的质量m2。
科学漫步
接下来的计算请同学们自己完成。
实际上，火箭组的质量m2已经事先测出，为360kg，与动力学方法测得的结果相差不到5％，正在预期的误差范围之内。这次实验的目的是要发展一种技术，找出测定轨道中人造天体的质量的方法。
1、从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，可是，我们用力提一个很重的箱子，却提不动它。这跟牛顿第二定律有没有矛盾?应该怎样解释这个现像。
课后习题解答：
解：
没有矛盾，牛顿第二定律中的力指的是合外力，当我们用力提一个很重的箱子，却提不动它，因为拉力和重力平衡了，合力为0，所以加速度为0。
2、一个物体受到F1＝4N的力，产生a1＝2m/s2的加速度，要使它产生a2＝6m/S2的加速度，需要施加多大的力?
（1）确定研究对象
（2）对这个物体进行受力分析
（3）建立直角坐标系应用二力平衡或转化为四力平衡求合力F合
（4）根据牛二定律列方程F合=ma。
解：
F1=ma1
4N=m×2m/s2
m=2kg
代入数据
解得
F2=ma2
F2=2kg×6m/s2
m=2kg
3、甲、乙两辆实验小车，在相同的力的作用下、甲车产生的加速度为15m/S2，乙车产生的加速度为4.5m/s2，甲车的质量是乙车的几倍?
（1）确定研究对象
（2）对这个物体进行受力分析
（3）建立直角坐标系应用二力平衡或转化为四力平衡求合力F合
解：
（4）根据牛二定律列方程F合=ma。
根据相关关系得：
（1）确定研究对象
（2）对这个物体进行受力分析
（3）建立直角坐标系应用二力平衡或转化为四力平衡求合力F合
（4）根据牛二定律列方程F合=ma。
解：
4、光滑水平桌面上有一个质量是2kg的物体，它在水平方向上受到互成90°角的两个力的作用，这两个力都是14N。这个物体加速度的大小是多少?沿什么方向?
=0
（4）根据牛二定律列方程F合=ma。
代入数据得:
5、水平路面上质量是30kg的手推车，在受到60N的水平推力时做加速度为1.5m/s2的匀加速运动。如果撮去推力，车的加速度是多少?
（1）确定研究对象
（2）对这个物体进行受力分析
（3）建立直角坐标系应用二力平衡或转化为四力平衡求合力F合
（4）根据牛二定律列方程F合=ma。
解：
撤去拉力后：
一、牛顿第二定律
物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
F合 ＝ ma
F指的是物体所受的合力
m为物体的质量
a是物体的加速度，注意方向
单位：1牛=1千克 · 米/秒2
1 、矢量关系：速度的方向与合力的方向相同
2 、同体关系：F、m、a各量必须对应同一个物体
3、因果关系：力是产生加速度的原因
4、瞬时关系:a与F同时产生、同时变化、同时消失。作用力突变，a的大小方向随着改变，是瞬时的对应关系；有力即有加速度；合外力消失，加速度立刻消失；所以加速度与力一样，可以突变，而速度是无法突变的。
课堂小结
解题的一般步骤：
（1）确定研究对象
（2）对这个物体进行受力分析
①先重力
②再支持力
③其它力，最后摩擦力
（3）建立直角坐标系应用二力平衡或
转化为四力平衡求合力F合
（4）根据牛顿第二定律列方程F合=ma。