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    高中物理網

    牛頓第二定律

    王尚老師微信

    本文詳細介紹牛頓第二定律,包括牛頓第二定律的由來,牛頓第二定律公式,實驗論證過程,力的單位的由來等內容。我們首先來看王尚老師為牛頓第二定律錄制的視頻,在視頻的下方有該考點的詳細解析。

    手機端看視頻不方便,建議在電腦端登陸www.q6113.com查看,設置為全屏模式調高清分辨率。更多視頻請關注王尚微信teacherws

    視頻1:牛頓第二定律典型題分析

    視頻2:牛頓第二定律典型題分析

    牛頓第二定律

    物體的加速度跟所受的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合力的方向相同。

    牛頓第二定律公式表示:a=F合/m;

    注意,牛頓第二定律的公式表述和我們常用的F合=ma不同。我們常用的公式,嚴格來說是牛頓第二定律的變型式。

    特別要注意牛頓第二定律的第三句表述。因為力和加速度都是矢量,它們的關系除了數量大小的關系外,還有方向之間的關系。

    明確力和加速度方向,也是正確列出方程的重要環節。

    對于高一的學生來說,在剛學習這里的時候,最好規定出研究的正方向。

    牛頓第二定律確立了力和運動的關系,明確了物體的受力情況和運動情況之間的定量關系。

    加速度是聯系物體的受力情況和運動情況的橋梁(或紐帶)。

    力的單位的由來

    我們現在來看這個物理wuli.in公式,覺得很簡單;但是物理學家們得到這個公式,太不容易了。 為什么?因為當時連力的清晰的定義都沒有,更別說力的單位了。 

    牛頓第二定律的描述中,并沒有提到正比、反比中的比例系數。 

    不知道在看牛頓第二定律內容時,有幾個同學注意到了,我們上面寫的表達式沒有寫比例系數k,寫的是a=F/m;即取的比例系數為最基本的自然數:1;嚴格來說,牛頓第二定律的表達式是:a=k*(F/m); 

    當時的“力的大小”,只能用一升水的力(指的是一千克的重力)、兩升水的力來定性地做描述。

    在得到a=k*(F/m)公式后,物理學家們就人為取k=1,這樣便從(F=k*ma=ma)中得到了力的單位: 

    力的單位:千克*米/二次方秒。王 尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高,歡迎添加微信teacherws咨詢。

    一牛頓的力,剛好能夠讓一千克的物體獲得一米每秒的加速度。 

    前面王尚提到的“一牛頓的力”,正是為了紀念牛頓,才將其名字作為力的單位的。力的單位簡稱牛,符號是N;

    牛頓第二定律實驗驗證

    牛頓第二定律實驗是高中生接觸到的第一個有難度的實驗。下面高中物理網為同學們做一個詳解。

    (1)牛頓第二定律實驗目的、原理實驗

    目的 驗證牛頓第二定律:物體的質量一定時,加速度與作用力成正比;作用力一定時,加速度與質量成反比。

    實驗原理:利用砂及砂桶通過細線牽引小車做加速運動的方法,采用控制變量法研究上述兩組關系。

    牛頓第二定律實驗

    如圖所示,通過適當的調節,使小車所受的阻力忽略,當M和m做加速運動時,可以得到

    牛頓第二定律實驗
     
    牛頓第二定律實驗

    驗證牛頓第二定律的實驗

    當M>>m時,可近似認為小車所受的拉力T等于mg; 本實驗第一部分保持小車的質量不變,改變m的大小,測出相應的a,驗證a與F的關系; 第二部分保持m不變,改變M的大小,測出小車運動的加速度a,驗證a與M的關系。王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高。歡迎添加微信teacherws咨詢。

    (2)實驗器材

    電磁打點計時器,紙帶及復寫紙,低壓交流電源,兩根導線,小車,一端附有滑輪的長木板,薄木板,小桶,細繩,砂,天平,刻度尺,砝碼.

    (3)實驗步驟及器材調整

    (1)用天平測出小車和小桶與砂的質量M和m,把數值記錄下來;

    (2)按圖上圖所示把實驗器材安裝好;

    (3)平衡摩擦力:在長木板的不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板,反復移動其位置,直至后面的紙帶連好并不掛砂桶的小車剛好在斜面上保持勻速運動為止;

    (4)將砂桶通過細繩系在小車上,接通電源放開小車,使小車運動,用紙帶記錄小車的運動情況,取下紙帶,并在紙帶上標上號碼;

    (5)保持小車的質量不變,改變砂桶中的砂量(確保M>>m)重復步驟(4),每次記錄必須在相應的紙帶上做上標記,列表格將記錄的數據填寫在表內;

    (6)建立坐標系,王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高。歡迎添加微信teacherws咨詢。用縱坐標表示加速度,橫坐標表示力,在坐標系上描點,畫出相應的圖線以驗證倪與F的關系;

    (7)保持砂及小桶的質量不變,改變小車的質量(在小車上增減砝碼),重復上述步驟(5)、(6)驗證a與M的關系;

    (4)操作注意事項

    (1)在牛頓第二定律實驗中,必須平衡摩擦力,方法是將長木板的一端墊起,而墊起的位置要恰當.在位置確定以后,不能再更換傾角;

    (2)改變m和M的大小時,每次小車開始釋放時應盡量靠近打點計時器,而且先通電再放小車;

    (3)每次利用紙帶確定a時,應求解其平均加速度;

    (5)數據處理及誤差分析

    (1)該實驗原理中T=牛頓第二定律實驗; 可見要在每次實驗中均要求M>>m,只有這樣,才能使牽引小車的牽引力近似等于砂及砂桶的重力;

    (2)在平衡摩擦力時,墊起的物體的位置要適當,長木板形成的傾角既不能太大也不能太小,同時每次改變M時,不再重復平衡摩擦力;

    (3)在驗證a與M的關系時,作圖時應將橫軸用l/M表示,這樣才能使圖象更直觀;

    牛頓第二定律由牛頓提出

    牛頓第二運動定律的常見表述是:物體加速度的大小跟作用力成正比,跟物體的質量成反比,且與物體質量的倒數成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。

    該定律是由艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學的數學原理》一書中提出的。牛頓第二運動定律和第一、第三定律共同組成了牛頓運動定律,闡述了經典力學中基本的運動規律。

    牛頓第二運動定律只適用于慣性參考系。慣性參考系是指牛頓運動定律成立的參考系,在非慣性參考系中牛頓第二運動定律不適用。但是,通過慣性力的引入,可以使牛頓第二運動定律的表示形式在非慣性系中使用。

    牛頓第二定律學習問題與王尚老師回復

    王尚老師物理答疑

    學生問題1:牛頓第二定律實驗常考點有哪些?

    王尚老師:常考點有兩個:1利用重力切向分力(傾角)來平衡摩擦力;2小桶與砝碼的質量遠遠小于小車的質量。牛頓第二定律的驗證實驗,其實是探究加速度與外力、加速度與質量關系的實驗。因此,大步驟分為兩步,分別為(1)探究a-F的實驗。其中F為拉力,在實驗中近似等于小桶和砝碼的重力。(2)探究a-M的實驗。其中M為小車的質量,利用直角坐標系處理數據時,我們一般是建立a-(1/M)的坐標。

    學生問題2:王老師,我能把牛頓第一定律看做第二定律的一種特殊情況嗎?加速度為零的特殊案例。

    王尚老師:是的。你可以把牛頓第一定律理解為牛頓第二定律的特殊情況,即加速度為零的特殊情況。這時候,根據牛頓第二定律F=ma可知,物體所受到的合外力為零,這與牛頓第一定律的描述是完全一致的。牛頓第一定律描述為:一切物體在沒有受到力的作用時,總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態,除非作用在它上面的力迫使它改變這種運動狀態。我建議你把《物理自診斷》專題10的例1,例4,例5做一遍,把視頻都看一遍。

    學生問題3:牛頓第二定律研究對象如何確定?

    王尚老師:研究復雜的牛頓動力學問題,首先要明確研究對象。一般來說我們先以整體為研究對象,再研究個體;這樣考慮問題更符合解題規律。研究幾個物體構成的整體是有前提條件的,其各個組成部分運動情況應完全相同,具有相同的速度、加速度(相對位置不能有變化)。上述王尚老師的分析是解題經驗,具體選擇哪個物體為研究對象,還是要結合題意來討論。我建議你把《物理自診斷》專題10與11的例題認真做一做,把我錄制的配套視頻都看一遍。

    參考文獻

    牛頓三大定律http://www.q6113.com/zongjie/b1/33.html

    牛頓第一定律http://www.q6113.com/zongjie/b1/61.html

    探究加速度與力、質量關系的實驗http://www.q6113.com/zongjie/b1/62.html

    牛頓第三定律http://www.q6113.com/zongjie/b1/65.html

    牛頓簡介http://www.q6113.com/baike/001/19.html

    作者:王尚,蘇陽。校正:齊思源。版權歸屬高中物理網(www.q6113.com),嚴禁轉載。

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