第四章牛頓運動定律 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 能運用基本的測量方法測量加速度大小 并進(jìn)行實際操作 2 通過探究認(rèn)識到加速度與外力和質(zhì)量有關(guān) 并能與生活中的經(jīng)驗相聯(lián)系 3 對影響加速度大小的因素進(jìn)行合理的假設(shè)和判斷 得出自己的結(jié)論 4 理解加速度與物體受到的合外力 物體質(zhì)量的定量關(guān)系 什么是物體運動狀態(tài)的改變 根據(jù)牛頓第一定律 物體運動狀態(tài)改變的原因是什么 物體運動狀態(tài)的改變指的是物體的速度發(fā)生了變化 力是改變物體運動狀態(tài)的原因 力 運動狀態(tài)變化 速度變化 產(chǎn)生加速度 力是產(chǎn)生加速度的原因 復(fù)習(xí)思考 物體的加速度a可能和哪些因素有關(guān) F1 F2 m1 m2 結(jié)論 當(dāng)物體質(zhì)量一定時 物體的加速度隨著力的增大而增大 結(jié)論 當(dāng)力的大小一定時 物體加速度隨著質(zhì)量的增大而減小 思考與討論 一 實驗探究 1 研究目的 定量分析a與F m的關(guān)系 2 研究方法 控制變量法 A m一定時 a與F的定量關(guān)系 B F一定時 a與m的定量關(guān)系 問題1 怎樣測量加速度 問題2 如何才能給小車提供一個恒定合外力 3 如何測量 用打點計時器 在原有知識上引出實驗方案 用打點計時器測加速度的方法和公式是什么 方案一 小車 打點計時器 紙帶 一端帶滑輪的長木板 細(xì)線 砝碼 鉤碼 刻度尺 天平為器材 研究小車運動 鉤碼的總重力G當(dāng)作小車受到的拉力F 從打點計時器打出的紙帶計算出小車的加速度a 用天平測出小車的質(zhì)量M 4 實驗裝置 方案評估 在實驗方案中有什么問題需要改進(jìn) 如何改進(jìn) 平衡摩擦力 將木板的一端適當(dāng)墊高 不掛托盤 給小車一定的初速度 小車拖動紙帶運動 打點計時器在紙帶上打點 觀察點距是否相等 m M時 細(xì)繩對小車的拉力近似等于托盤和砝碼的總重量 0 100 146 0 200 302 0 300 428 0 400 592 0 500 751 如何更直觀地處理數(shù)據(jù) 5 數(shù)據(jù)處理 結(jié)論 a F 結(jié)論 a 1 m 注意 這里的力指的是物體所受的合外力 1 m一定 加速度a與F的定量關(guān)系 2 F一定 加速度a與m的定量關(guān)系 6 實驗結(jié)論 方案二 以小車 一端帶滑輪的長木板 粗線 砝碼 鉤碼 天平 刻度尺 寬口夾子為實驗器材 研究小車的運動 注意 只有當(dāng)盤和砝碼的質(zhì)量要比小車的質(zhì)量小得多時 小車所受細(xì)繩的拉力才近似等于盤和砝碼的總重力 二 其它方案 實驗方案二原理 由于兩小同時啟動 同時停止 故運動時間相同 F a 加速度與力關(guān)系 M2 M1 M1 M2 a 加速度與質(zhì)量關(guān)系 你是否還有其他的探究方案 利用氣墊導(dǎo)軌來探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 例1 甲 乙兩同學(xué)在 探究加速度與合外力F的關(guān)系 時 分別得到如圖所示的圖象 說明兩位同學(xué)做實驗時的哪一個物理量取值始終不同 并比較其大小 課堂練習(xí) 圖中在力F相同時 甲 乙圖線中較大斜率的乙圖線對應(yīng)加速度大 說明其狀態(tài)易改變 即質(zhì)量小 可見 乙 丙兩位同學(xué)實驗用小車總質(zhì)量不同 且m甲 m乙 例2 某同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出a F a M圖線 表明實驗中的問題是 沒有平衡掉摩擦力 平衡摩擦力過度 未滿足M m 例1 如圖一個木塊正在傾角為 為的三角斜面上勻速下滑 試求斜面的動摩擦因數(shù) 問2 如果此時給物體加上一個沿斜面向下的力F 那物體現(xiàn)在受到的合外力是多少 本節(jié)課我們用了一種方法 研究了兩個關(guān)系 解決了兩個問題 得到了兩個結(jié)論 一種方法 控制變量法兩個關(guān)系 加速度與力關(guān)系 加速度與質(zhì)量關(guān)系兩個問題 加速度測量問題 力的測量問題兩個結(jié)論 加速度與力正比 加速度與質(zhì)量反比 1 實驗的研究方法 控制變量法2 實驗的注意事項 平衡摩擦力 m M3 數(shù)據(jù)的處理方法 圖象法要點 設(shè)法使圖線成一條 過原點的 直線4 實驗結(jié)論 質(zhì)量一定時 加速度與力的大小成正比 力的大小一定時 加速度與質(zhì)量成反比 小結(jié) 實驗反思 本實驗中 我們認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力等于托盤和砝碼的總重量 請根據(jù)力和運動的關(guān)系分析 小車的拉力等于托盤和砝碼的總重量的條件是什么 答 托盤和砝碼處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)當(dāng)托盤向下加速運動時 拉力F mg 怎樣才能使小車的拉力近似等于托盤和砝碼的總重量 答 加速度越大 拉力F與mg相差越大托盤和砝碼的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M 1 鉤碼的總重力G與小車受到的拉力F大小相等嗎 不等于 因為鉤碼向下加速 所以繩子的拉力小于鉤碼的重力 因此小車受到的拉力F略小于鉤碼的總重力G 解決方法 鉤碼改用砂桶 使砂桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量 問題思考 當(dāng)砝碼質(zhì)量比小車質(zhì)量小得多時 1 6 繩子的拉力近似等于砝碼的重力 即小車受到合外力近似等于砝碼的重力 2 什么情況下鉤碼重力可以近似等于繩子拉力即小車所受的合外力 小車受到的拉力F略大于小車受到的合力 解決方法 平衡摩擦力 3 小車受到的拉力F等于小車受到的合力嗎 將長木板傾斜一定角度 應(yīng)該等于arctanu 此時物體在斜面上受到的合外力為0 做實驗時肯定無法這么準(zhǔn)確 只要把木板傾斜到物體在斜面上大致能夠勻速下滑 可以根據(jù)紙帶上的點來判斷 做實驗前不掛重物 小車連上紙帶且打點計時器要工作狀態(tài) 分析 M T Ma 1 m mg T ma 2 由 1 2 可得 T mg 1 m M 3 由 3 式可知 只有m M時 才可得m M 0 即T mg 1 為什么只有m M才能得到T mg 分析 G1 f 重力沿平行與軌道方向的分力G1平衡小車所受軌道上的摩擦力f 此后小車若受到細(xì)繩沿平行與軌道方向上的拉力即為所受合力 2 為什么要調(diào)節(jié)軌道的坡度