高一物理4.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系

由牛頓第一定律可知：物體不受外力所受合外力為零物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。那么設(shè)想：如果物體所受合外力不為零，則物體運(yùn)動(dòng)會(huì)怎樣改變？溫故知新:物體不受力(或F合=0)時(shí)第二節(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)：

心動(dòng)不如行動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、學(xué)會(huì)通過實(shí)驗(yàn)探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2、在實(shí)驗(yàn)中復(fù)習(xí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用法3、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納分析思考：物體加速度a和哪些因素有關(guān)？你是怎么知道的？牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。牛一定律，又稱慣性定律；物體保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，稱為慣性；物體的慣性只和質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以改變。溫故知新:力是產(chǎn)生加速度的原因質(zhì)量與加速度有關(guān)加速度大小與物體受力大小有關(guān)質(zhì)量一定時(shí)，受力越大，其加速度越大受力一定時(shí)，質(zhì)量越小，其加速度越大。這里的力指物體所受合力●加速度還與物體質(zhì)量有關(guān)●明確幾個(gè)問題:1.實(shí)驗(yàn)要說明什么問題?3.如何由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論?2.怎么設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?a與F關(guān)系?a與m關(guān)系?①.測(cè)量哪些量?②.怎么測(cè)量?數(shù)據(jù)處理控制一個(gè)量不變

a、F、m

m：a:F:天平打點(diǎn)計(jì)時(shí)器物體所受的合力控制變量法制定實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1.怎樣測(cè)量物體的加速度？2.如何測(cè)定小車受到的合力？實(shí)驗(yàn)裝置圖打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端帶有定滑輪的長木板小車細(xì)線鉤碼(或裝有沙子的小桶)紙帶制定實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1.怎樣測(cè)量物體的加速度？2.如何測(cè)定小車受到的合力？3.什么情況下，繩子拉力近似等于鉤碼重力即小車所受的合力？θ平衡摩擦力將長木板不帶滑輪一端適當(dāng)墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。怎樣就算平衡好摩擦力了？前期準(zhǔn)備：4.繩子拉力大?。撸撸?鉤碼的重力。小于理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鉤碼質(zhì)量比小車質(zhì)量小很多時(shí)（），繩子拉力近似等于鉤碼重力即小車所受的合力，因此鉤碼的質(zhì)量要比小車的質(zhì)量小很多測(cè)加速度法方案一：實(shí)驗(yàn)探究1.探究加速度與合力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)基本思路：保持小車的質(zhì)量不變，測(cè)量小車在不同作用力下的加速度，分析加速度與合力的關(guān)系。怎樣改變合力？為防止紙帶記錄錯(cuò)誤，可以在每次打完紙帶后在紙帶上記錄下本次實(shí)驗(yàn)時(shí)外力的大小(即鉤碼的質(zhì)量)。F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5當(dāng)小車質(zhì)量不變時(shí)次數(shù)F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？2.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)基本思路：保持小車所受合力相同，測(cè)量不同質(zhì)量的小車在該力下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。怎樣改變小車的質(zhì)量？為防止紙帶記錄錯(cuò)誤，可以在每次打完紙帶后在紙帶上記錄下本次實(shí)驗(yàn)時(shí)小車的質(zhì)量。m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1當(dāng)拉力不變時(shí)次數(shù)m/kga/m·s-212345/kg-12.502.001.331.000.83m10.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290用如下圖所示的裝置研究在作用力F一定時(shí)，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量B．按圖裝好實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量E．保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)F．分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)算出加速度的值G．作a－M關(guān)系圖象，并由圖象確定a－M關(guān)系(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是________，該步驟應(yīng)排在________步實(shí)驗(yàn)之后．(2)在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是________，應(yīng)把________改為________．(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀_______，應(yīng)把________改為________．【解析】實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6V以下交流電壓的學(xué)生電源上．作a－M關(guān)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－1/M關(guān)系圖象．方案二：比較法1、控制m相同，探討加速度a與F的關(guān)系x1x2F1F2F1,

F2，在相同的時(shí)間內(nèi):x1=a1t2x2=a2t2a1/

a2=x1/x2測(cè)量出x1、x2，則可得a與F關(guān)系

2、控制F相同，探討加速度a與m的關(guān)系同理測(cè)量出x1、x2，則可得a與m關(guān)系

實(shí)驗(yàn)器材：小車、一端帶兩個(gè)定滑輪的長木板、粗線、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、寬口夾子1．整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車和砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個(gè)初速度，若在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是均勻的，則表明平衡了摩擦力，否則必須重新調(diào)整小木板的位置．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)2．每次實(shí)驗(yàn)時(shí)必須滿足m小車>>m砝碼，只有如此，砝碼和小盤的總重力才可近似視為與小車受到的拉力相等．3．改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且在小車到達(dá)定滑輪前應(yīng)按住小車．4．各紙帶的加速度a，都應(yīng)是該紙帶的平均加速度．5．作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線的兩側(cè)．1．小車質(zhì)量m應(yīng)比重物的質(zhì)量m′大得多，其原理將在后面的牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用中專門討論．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一．由于小車的質(zhì)量和速度較大，夾子不易夾住小車的后拖線；有些時(shí)候夾子夾住一根拖線，而另一根未被夾住，對(duì)應(yīng)小車仍向前運(yùn)動(dòng)，這些都是造成位移誤差的原因．3．測(cè)量誤差．誤差分析某實(shí)驗(yàn)小組的幾名同學(xué)在探究加速度與物體的質(zhì)量以及外力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)物體的質(zhì)量一定時(shí)，分別根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出了不同的實(shí)驗(yàn)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(shí)長木板傾角過大B．形成圖乙的原因是平衡摩擦力時(shí)長木板傾角過小C．形成圖丙的原因是平衡