實驗：探究加速度與力和質量的關系

1、實驗：探究加速度與力、質量的關系實驗：探究加速度與力、質量的關系宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室牛一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)牛一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。變這種狀態(tài)。牛一定律，又稱慣性定律；物體保持原來勻牛一定律，又稱慣性定律；物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質，稱為慣速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質，稱為慣性；物體的慣性只和質量有關，質量越大，性；物體的慣性只和質量有關，質量越大，慣性越大。慣性越大。由牛一定律可知：由牛一定律可知：物體不受外力物體不受外力所

2、受合外力為零所受合外力為零物體處于靜止或勻速直線運動物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，即運動狀態(tài)不變。狀態(tài)，即運動狀態(tài)不變。那么設想：如果物體所受合外力那么設想：如果物體所受合外力不為零不為零，則物體運，則物體運動會怎樣？動會怎樣？物體物體不受力不受力時時的運動情況的運動情況點球守門員撲球法拉利法拉利F2003-GA賽車與賽車與著名戰(zhàn)斗機著名戰(zhàn)斗機“颶風颶風2000”思考：思考：物體加速度物體加速度a和哪些因素有關？和哪些因素有關？你是怎么知道的？你是怎么知道的？第二節(jié)第二節(jié) 心動 不如行動學習目標學習目標 ：1、學會通過實驗探究物體加速度與、學會通過實驗探究物體加速度與 力、質量的關系力、質量

3、的關系 2、在實驗中掌握打點計時器的用法、在實驗中掌握打點計時器的用法 3、對實驗數據進行科學處理、對實驗數據進行科學處理 對實驗結果進行歸納分析對實驗結果進行歸納分析 1、物體受到的合外力不為零是物體產生、物體受到的合外力不為零是物體產生 加速度的原因，即力是物體產生加加速度的原因，即力是物體產生加 速度的原因速度的原因。 回憶分析回憶分析2、質量也將決定物體加速度的大小。、質量也將決定物體加速度的大小。 加速度大小與物體受力大小有關加速度大小與物體受力大小有關加速度還與物體質量有關加速度還與物體質量有關質量一定時，受力越大，其加速度越大質量一定時，受力越大，其加速度越大受力一定時，質量越小

4、，其加速度越大。受力一定時，質量越小，其加速度越大。 這里的力指物體所受合力這里的力指物體所受合力明確幾個問題明確幾個問題:1.實驗要說明什么問題實驗要說明什么問題?3.如何由實驗得出結論如何由實驗得出結論?2.怎么設計這個實驗怎么設計這個實驗? a與與F關系關系? a與與m關系關系?1.測量哪些量測量哪些量?2.怎么測量怎么測量?數據處理數據處理控制一個量控制一個量不變不變 a、F、m m： a:F:天平天平打點計時器打點計時器物體所受的物體所受的合力合力研究方法：研究方法：控制變量法控制變量法保持物體的質量不變，測量物體在不同保持物體的質量不變，測量物體在不同作用下的加速度，分析加速度與合

5、外力作用下的加速度，分析加速度與合外力的關系。的關系。保持物體所受力合外力相同，測量不同保持物體所受力合外力相同，測量不同質量的物體在該力下的加速度，分析加質量的物體在該力下的加速度，分析加速度與質量的關系。速度與質量的關系。制定實驗方案、設計實驗制定實驗方案、設計實驗 小車、打點計時器、紙帶、小車、打點計時器、紙帶、學生電源、一端帶滑輪的長木板、細學生電源、一端帶滑輪的長木板、細線、刻度尺、天平、鉤碼線、刻度尺、天平、鉤碼2.物體的質量用測量物體的質量用測量天平天平1.怎樣測量物體的加速度？怎樣測量物體的加速度？3.怎樣給小車提供一個恒定的合力？怎樣給小車提供一個恒定的合力？實驗器材：實驗器

6、材：實驗裝置實驗裝置圖圖宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室例：例：平衡摩擦力平衡摩擦力將長木板不帶滑輪一端適當墊高，使將長木板不帶滑輪一端適當墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。力平衡。怎樣就算平衡好摩擦力了？怎樣就算平衡好摩擦力了？4.如何測定小車受到的合力？如何測定小車受到的合力？5.繩子拉力大小繩子拉力大小?鉤碼的重力。鉤碼的重力。小于小于6.什么情況下，繩子拉力近似等于什么情況下，繩子拉力近似等于鉤碼重力即小車所受的合力？鉤碼重力即小車所受的合力？理論計算發(fā)現(xiàn)：當鉤碼質量比小車質量理論計算發(fā)現(xiàn)：當鉤碼質量比小車質量小很多時（小很

7、多時（ ），繩子拉力近似等），繩子拉力近似等于鉤碼重力即小車所受的合力于鉤碼重力即小車所受的合力1 / 6測加速度法測加速度法方案一：方案一：實驗裝置實驗裝置圖圖方案一：方案一：宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室實驗探究實驗探究1.探究加速度與合力的關系探究加速度與合力的關系實驗基本思路：保持小車的質量不變，實驗基本思路：保持小車的質量不變，測量小車在不同作用下的加速度，分析測量小車在不同作用下的加速度，分析加速度與合力的關系。加速度與合力的關系。做實驗做實驗 、得數據、填表格一、得數據、填表格一、作圖象、進行分析、形成結論作圖象、進行分析、形成結論怎樣改變合力？怎樣改變合力？F

8、 F N Na/ma/ms s -2 -20.150.150.300.300.450.450.600.600.750.750 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.50 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.50.10 0.10 0.1460.20 0.20 0.3020.30 0.30 0.4280.40 0.40 0.5920.50 0.50 0.7512.探究加速度與質量的關系探究加速度與質量的關系實驗基本思路：保持小車所受合力相同，測量實驗基本思路：保持小車所受合力相同，測量不同質量的小車在該力下的加速度，分析加速不同質量的小車在該力下的加速度，分析加速度與質量的關系。度與質量的關系。

9、做實驗做實驗 、得數據、填表格二、得數據、填表格二、作圖象、交流分析、形成結論作圖象、交流分析、形成結論怎樣改變小車的質量？怎樣改變小車的質量？宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室m m kgkga/ma/ms s -2 -20.20.20.40.40.60.60.80.81.01.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2a/ma/ms s -2 -20.20.20.40.40.60.60.80.81.01.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg /kg -1 -

10、1m m1 1/kg /kg -1 -12.502.502.002.001.331.331.001.000.830.83m m1 10.400 0.400 0.8610.500 0.500 0.6920.750 0.750 0.4701.000 1.000 0.3521.200 1.200 0.290實驗須知：實驗須知： 1.平衡摩擦力平衡摩擦力 2.小車開始時要靠近打點計時器小車開始時要靠近打點計時器 3. 探究探究a與與F關系時，可在小車上放關系時，可在小車上放兩個的鉤碼兩個的鉤碼,F=mg g=9.8m/s2 4.小車質量小車質量m= g，各種鉤碼質，各種鉤碼質量看標注量看標注 5.打點

11、計時器打點周期打點計時器打點周期T=0.02s 心動 不如行動方案二：方案二：比較法比較法宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室方案二方案二：以小車、一端帶滑輪的長木板、：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。夾子為實驗器材，研究小車的運動。注意：只有當盤和砝碼的質量要比小車的注意：只有當盤和砝碼的質量要比小車的質量小得多時，小車所受拉力才近似等于質量小得多時，小車所受拉力才近似等于盤和砝碼的總重力。盤和砝碼的總重力。1.1.怎樣測量（或比較）物體的加速度？怎樣測量（或比較）物體的加速度？2

12、.2.怎樣提供和測量物體所受的拉力怎樣提供和測量物體所受的拉力F F ？1、控制、控制m相同，探討相同，探討加速度加速度a與與F的關系的關系實驗方案原理：實驗方案原理：如圖所示如圖所示x1x2F1F2F1, F2，在相同在相同的時間內的時間內:x1= a1t221x2 = a2t221a1/ a2=x1/x2測量出測量出x1 、x2 2、控制、控制F相同，探討相同，探討加速度加速度a與與m的關系的關系宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室保持物體的保持物體的質量不變質量不變，測量物體在不同的力，測量物體在不同的力作用下的加速度，分析加速度與力的關系作用下的加速度，分析加速度與力的關系

13、位移位移x x1 1/cm/cm位移位移x x2 2/cm/cm(M+m(M+m2 2) )（g g） ( (表表示示F F2 2大小大小) )盤中砝碼盤中砝碼mm2 2（g g）300 0 10 300 0 10 50502020303040406060盤中砝碼盤中砝碼mm1 1（g g）(M+m(M+m1 1) )（g g） ( (表表示示F F1 1大小大小) )7070F F2 2 F F1 1x x2 2 / /x x1 10 0 x x2 2x x1 1F F2 2F F1 1F Fa aa a1 1a a2 2為什么為什么x2 /x1可以表示小車可以表示小車2的的a？為什么為什么

14、F2 F1可以表示小車可以表示小車2的的F?思考：思考：宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室(M+m(M+m1 1) )(M+m(M+m2 2) )保持物體所受的保持物體所受的力相同力相同，測量不同質量的物，測量不同質量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質體在該力作用下的加速度，分析加速度與質量的關系量的關系300 6 50300 6 50車上砝車上砝碼碼m m1 1（g g）位移位移x x1 1/cm/cm1001005050150150200200250250車上砝碼車上砝碼 m m2 2（g g）位移位移x x2 2/cm/cm小車小車1 1質量質量M M1 1小車小車

15、2 2質量質量M M2 2300300 x x2 2 / /x x1 10 0MM2 2 MM1 1x x2 2x x1 1MM2 2MM1 1MM1 1 MM2 2MM1 1MM2 2a am m1 1a a1 1a a2 2為什么為什么x2 /x1可以表示小車可以表示小車2的的a？為什么為什么M2 M1可以表示小車可以表示小車2的的M?為什么為什么M2 / M1又表示小車又表示小車2的的1/M?思考：思考：小結小結探究加速度與力、質量的關系探究加速度與力、質量的關系1.研究方法：研究方法：2.數據處理方法：數據處理方法：3.結論：結論：控制變量法控制變量法圖象法圖象法aF a1/mFam1

16、整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的質量還是改變小車和砝碼改變小盤和砝碼的質量還是改變小車和砝碼的質量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩的質量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力是指使小車所受動力擦力是指使小車所受動力(小車重力沿斜面小車重力沿斜面方向的分力方向的分力)與小車所受阻力與小車所受阻力(包括小車所受包括小車所受摩擦力和打點計時器對小車之后所拖紙帶的摩擦力和打點計時器對小車之后所拖紙帶的摩擦力摩擦力)大小相等平衡摩擦力時，應在小大小相等平衡摩擦力時，應在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個初速度，

17、若在紙帶上打出的點的間隔是一個初速度，若在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，則表明平衡了摩擦力，否則必須重均勻的，則表明平衡了摩擦力，否則必須重新調整小木板的位置新調整小木板的位置實驗注意事項實驗注意事項2平衡摩擦力后，每次實驗時必須滿足在小平衡摩擦力后，每次實驗時必須滿足在小車上所加砝碼的質量遠大于砝碼和小盤的總車上所加砝碼的質量遠大于砝碼和小盤的總質質量的條件下進行只有如此，砝碼和小盤的量的條件下進行只有如此，砝碼和小盤的總總重力才可視為與小車受到的拉力相等重力才可視為與小車受到的拉力相等3改變拉力和小車質量后，每次開始時小改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器車應盡量靠近打

18、點計時器(或盡量遠離定滑或盡量遠離定滑輪的一端輪的一端)，并應先接通電源，再放開小車，并應先接通電源，再放開小車，且在小車到達定滑輪前應按住小車且在小車到達定滑輪前應按住小車4各紙帶的加速度各紙帶的加速度a，都應是該紙帶的平均，都應是該紙帶的平均加速度加速度5作圖象時，要使盡可能多的點在所作直作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線的兩側所作直線的兩側1小車質量小車質量m應比重物的質量應比重物的質量m大得多，大得多，其原理將在后面的牛頓運動定律的應用中專其原理將在后面的牛頓運動定律的應用中專門討論二者差距越小，圖象線

19、性越差門討論二者差距越小，圖象線性越差2夾口的密合性能差是造成誤差的原因之夾口的密合性能差是造成誤差的原因之一由于小車的質量和速度較大，夾子不易一由于小車的質量和速度較大，夾子不易夾住小車的后拖線；有些時候夾子夾住一根夾住小車的后拖線；有些時候夾子夾住一根拖線，而另一根未被夾住，對應小車仍向前拖線，而另一根未被夾住，對應小車仍向前運動，這些都是造成位移誤差的原因運動，這些都是造成位移誤差的原因3小車運動停止時不能與定滑輪相碰，如果小車運動停止時不能與定滑輪相碰，如果小車碰到定滑輪才松手讓夾子夾住拖線，則小車碰到定滑輪才松手讓夾子夾住拖線，則與定滑輪相碰的小車位移偏小，產生誤差與定滑輪相碰的小車

20、位移偏小，產生誤差誤差分析誤差分析用如下圖所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質量M的關系，某位同學設計的實驗步驟如下：宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室A用天平稱出小車和小桶及內部所裝砂子的質量B按圖裝好實驗器材C把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶D將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量E保持小桶及其中砂子的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗F分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值G作aM關系圖象，并由圖象確定aM關系(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是_

21、，該步驟應排在_步實驗之后(2)在上述步驟中，有錯誤的是_，應把_改為_(3)在上述步驟中，處理不恰當的是_，應把_改為_【解析解析】實驗中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 V以下交流電壓的學生電源上作aM關系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a關系圖象【答案答案】(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是平衡摩擦力，該步驟應排在按圖裝好實驗器材即B步實驗之后(2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟D，應把6 V電壓的蓄電池改為6 V以下交流電壓的學生電源(3)在上述步驟

22、中，處理不恰當的是步驟G，應把aM改為a宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室在探究加速度和力的關系時，我們使用了兩個完全相同的小車，水平拉小車的繩的另外一端分別掛有不同數目的鉤碼，設鉤碼的數目與對小車的拉力成正比，且操作符合實驗要求試根據下表中記錄的信息(表中小車位移單位為m)，得出加速度和力的關系.【解析解析】由于兩小車的運動可近似看成是初速度為零的勻加速運動，兩個小車運動的時間t相同，由位移公式xat2可知，加速度和位移成正比關系，也就是說，要知道加速度和力的關系怎樣，只需得出位移和力的關系由第一組數據可以知道，拉力之比為1 2，在誤差允許的范圍內，位移之比為，近似為1 2.同

23、樣分析另外兩組數據，會得出同樣的結論，即拉力和位移成正比，也就是說加速度和力成正比關系【答案答案】加速度和力成正比某實驗小組的幾名同學在探究加速度與物體的質量以及外力關系的實驗中，當物體的質量一定時，分別根據實驗數據畫出了不同的實驗圖象，如下圖所示，下列說法中正確的是()A形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大B形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小C形成圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大D形成圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小【解析解析】根據圖象可分析，甲、乙兩圖中，當外力F0時加速度a0，則說明F0時已經有加速度，這說明木板傾角過大木板的傾角越大，小車獲得的動力就越大，越容

24、易出現(xiàn)甲、乙兩圖所對應的情況，因此選項A正確丙、丁兩圖中，當加速度a0時外力F0，即拉力不為零時加速度卻仍為零，這說明還有摩擦力沒有平衡掉，因此木板傾角過小，選項 D正確【答案答案】AD例3：若測得某一物體受力F一定時，a與M的關系數據如下表所示a/(ms2)2.042.663.233.98M/kg2.001.501.251.00例4實驗：在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，實驗裝置如下圖(1)所示宜昌市何老師（）理科教室宜昌市何老師（）理科教室(1)為驗證小車質量M不變時，a與F成正比小車質量M和沙及桶的質量m分別選取下列幾組數值：應該用哪組效果會好()AM500g，m分別為50g、7

25、0g、100g125gBM500g，m分別為20g、30g、40g、50gCM200g，m分別為50g、70g、100g125gDM200g，m分別為30g、40g、50g、60g(2)有兩位同學通過測量作出aF圖象，如上圖(2)所示甲、乙中的A、B圖線試分析：A圖線不通過坐標原點的原因是_；A圖線上部彎曲的原因是_；B圖線在縱軸上有截距的原因是_答案：(1)B(2)沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠未滿足沙和沙桶質量m遠小于小車的質量M平衡摩擦力時，長木板傾角過大，小車沿斜面向下分力大于摩擦力，使尚未對小車施加力時，小車已有加速度解析：實驗時，需要物體的質量遠小于小車的質量，效果才顯著自然界中存

26、在摩擦的影響，所以，要平衡摩擦力，這樣畫出的應是過原點的一條傾斜向上的直線為減小實驗誤差應使Mm，為此選B組數值誤差較小，所畫的aF圖線就會比較準確規(guī)律總結：(1)實驗原理中設定為光滑水平面情形，所以實驗中應平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不當就會帶來系統(tǒng)誤差(2)實驗中若把沙和沙筒所受的重力mg當做小車和砝碼(總質量為M)所受的拉力，須滿足mM的條件，這個條件越不滿足，所帶來的系統(tǒng)誤差也就越大例5某同學用如左下圖所示的裝置探究物體的加速度與作用力的關系時，他把砝碼的總重力作為小車的拉力，并依次測出了小車的加速度，然后畫出了如右下圖所示的圖象，該圖象雖是一條直線，但不通過坐標原點請你分析一下原

27、因，應如何改進實驗才能使實驗得出的結果通過坐標原點？答案：由題圖可知，當拉力從0增到F0的過程中，物體的加速度為零，說明小車處于靜止狀態(tài)，因此必然存在一個力與拉力大小相等、方向相反，這個力一定是小車受到的摩擦力可以使木板的一端抬高，使小車在木板上做勻速運動，這樣就可以消除摩擦力對實驗圖象的影響一、加速度與力的關系保持物體的_不變，測量物體在不同的力的作用下的_，分析_與_的關系課時訓練課時訓練二、加速度與質量的關系1實驗的基本思路，保持物體所受的力相同，測量不同_的物體在該力作用下的_，分析_與_的關系2實驗數據的分析，設計第二個表格，把不同物體在_的作用下的加速度填在表中在相同力的作用下，質量m越大，加速度a越小這可能是_，但也可能是_，甚至是更復雜的關系如果以_為縱坐標、_為橫坐標建立坐標系，根據a1/m圖象是不是_，就能判斷加速度a是不是與質量m成反比三、制定實驗方案的兩個問題這個實驗需要測量的物理量有：物體的加速度、物體所受的力、物體的質量_可以用天平測量，本實驗主要解決的主要問題是怎樣測量_和怎樣提供與測量_自主校對：一、質量加速度加速度力二、1.質量加速度加速度質量2.相同力“a與m成反比”“a與m2成反比”a1/m過原點的直線三、質量加速度物體所受的力1在用實驗探究加速度和力、質