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4.2探究加速度和力、质量的关系2
国际制单位是由基本单位和导出单位组成的. 在力学中,选用m(长度)、kg(质量)、s(时 间)作为基本单位. 其他单位如N(牛顿)a(加速度)都是由这三个 基本单位导出来的,这种单位就叫导出单位. 采用国际制单位后,在计算所列的等式中就不用 写出每个物理量的单位了,只需写出待求量的单位就 行了. * * 第二节 牛顿第二定律 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 实验原理: ① 加速度与外力的关系:用相同的小车(即质量一定),通过增加钩码的数量(即增加物体所受外力F)看小车对应的加速度值。 ② 加速度与质量的关系:在绳子上挂相同的钩码(即外力一定),通过在小车上增加砝码(即增加小车的质量)看小车对应的加速值。 实验设计: 动手体验: 加速度与外力之间的关系; 加速度与质量之间的关系; Flash实验 提问: ① 实验中木板为什么要稍微垫高一点? ② 实验中为什么钩码的质量要远小于 小车的质量? ③ 使用打点计时器时是先释放纸带还是 先打开打点计时器的电源?为什么? 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1N= 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 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 ① 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. ② 矢量性:加速度方向始终和引起这个加速度的外力一致. ③ 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. ④ 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。 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157KN.设列车的总质量为100 t , 列车所受阻力为 重力的0.1 .如果列车受该持 续牵引力牵引做匀加速直线运 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. 力学单位制: 例题剖析: *
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