牛顿第二定律教案(2)
表1
第一次 第二次
m/kg F1/N s/m F′/N s′/m
小车1 0.2 0.2 0.32 0.3 0.31
小车2 0.2 0.1 0.15 0.1 0.10
比较可得,在误差允许的范围内,a∝F。
(2)加速度跟质量的关系
将小车1上加0.2kg砝码,使m1=2m2;二小车前面绳端都挂一个钩码,使F1=F2。将二小车拉至同一起点处放开经一段时间使其同时停止,读出各小车位移记入表2:(投影)
表2
第一次 第二次
F/N m/kg s/m m/kg s/m
小车1 0.1 0.4 0.15
小车2 0.1 0.2 0.31
4.定律导出
成正比,跟物体的质量成反比,即牛顿第二定律的基本关系。写成数学
(2)上式可写为等式F=kma,式中k为比例常数。如果公式中的物理量选择合适的单位,就可以使k=1,则公式更为简单。
在国际单位制中,力的单位是牛顿。牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律来定义的:使质量是1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N,即1N=1kg·m/s2。
可见,如果都用国际单位制中的单位,就可以使k=1,那么公式则简化为F=ma,这就是牛顿第二定律的数学公式。
(3)当物体受到几个力的作用时,牛顿第二定律也是正确的,不过这时F代表的是物体所受外力的合力。牛顿第二定律更一般的表述是:
物体的加速度跟所受的外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。
数学公式是:F合=ma。
5.定律的理解
牛顿第二定律是由物体在恒力作用下做匀加速直线运动的情形下导出的,但由力的独立作用原理可推广到几个力作用的情况,以及应用于变力作用的某一瞬时。还应注意到定律表述的最后一句话,即加速度与合外力的方向关系,就是说,定律具有矢量性、瞬时性和独立性,所以掌握牛顿第二定律还要注意以下几点:
(1)定律中各物理量的意义及关系
F合是物体(研究对象)所受的合外力,m是研究对象的质量,如果研究对象是几个物体,则m为几个物体的质量和。a为研究对象在合力F合作用下产生的加速度;a与F合的方向一致。
(2)定律的物理意义
从定律可看到:一物体所受合外力恒定时,加速度也恒定不变,物体做匀变速直线运动;合外力随时间改变时,加速度也随时间改变;合外力为零时,加速度也为零,物体就处于静止或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律以简单的数学形式表明了运动和力的关系。
6.巩固练习
(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物体时却提不动它,这跟牛顿第二定律有无矛盾?为什么?
答:没有矛盾,由公式F=ma看,F合为合外力,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度,这个力应是合外力。现用力提一很重的物体时,物体仍静止,说明合外力为零。由受力分析可知F+N-mg=0。
(2)对一个静止的物体施加一个力,物体一定做加速运动,对吗?
答:略。理由同上。
(3)下面哪些说法不对?为什么?
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,物体的速度逐渐减小。
D.物体的加速度大小不变一定受恒力作用。
答;B、C、D说法不对。根据牛顿第二定律,物体受的合外力决定了物体的加速度。而加速度大小和速度大小无关。所以,B说法错误。物体做匀加速运动说明加速度方向与速度方向一致。当合外力减小但方向不变时,加速度减小但方向也不变,所以物体仍然做加速运动,速度增加。C说法错误。
