實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系同步課件-高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊(cè)

4.2、實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

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),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，也就是產(chǎn)生加速度的原因；加速度a與力F有關(guān)

課堂導(dǎo)入慣性：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)慣性與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變加速度a與質(zhì)量m有關(guān)

課堂導(dǎo)入物體運(yùn)動(dòng)的加速度a與什么因素有關(guān)呢？物體所受的力F有關(guān)物體本身的質(zhì)量m有關(guān)a、F、m之間的關(guān)系猜想？成

正

比成

反

比

課堂導(dǎo)入

如何探究一個(gè)物理量與兩個(gè)(或多個(gè))物理量之間的關(guān)系？我們應(yīng)該采用怎樣的實(shí)驗(yàn)研究方法？問(wèn)題與討論：實(shí)驗(yàn)研究方法：控制變量法保持m不變，研究a

與F的關(guān)系;保持F不變，研究a與m的關(guān)系。

課堂導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1)學(xué)會(huì)利用控制變量法研究物理規(guī)律；(2)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；(3)掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法①保持質(zhì)量M不變，研究a與F的關(guān)系。②保持拉力F不變，研究a與M的關(guān)系實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)裝置如圖，本實(shí)驗(yàn)把小車作為研究對(duì)象，需要測(cè)量的物理量有其中質(zhì)量可用，加速度可用

，拉小車運(yùn)動(dòng)的物體的重力可近似認(rèn)為等于小車所受的拉力（小車的總質(zhì)量M遠(yuǎn)大于砝碼加砝碼盤的質(zhì)量m，這樣可以減小誤差），故小車所受拉力可通過(guò)測(cè)量物體的重力間接得到。實(shí)驗(yàn)器材：、紙帶、復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤、細(xì)繩、交流電源、導(dǎo)線、、刻度尺、砝碼。加速度，力與質(zhì)量，天平測(cè)量

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器天平重物的總重力G當(dāng)作小車受到的拉力F從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算出小車的加速度a用天平測(cè)出小車的質(zhì)量m實(shí)驗(yàn)器材：小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平為器材，研究小車運(yùn)動(dòng)。①用天平稱出小車和砝碼的總質(zhì)量M，托盤和重物的總質(zhì)量m，把結(jié)果記錄下來(lái)。②把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，但不把懸掛托盤的細(xì)繩系在車上，即不給小車施加牽引力。③平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊薄木板，反復(fù)移動(dòng)薄木板的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（判斷依據(jù)：紙帶上各點(diǎn)間的距離相等）。實(shí)驗(yàn)步驟;④把細(xì)繩系在小車上并繞過(guò)定滑輪懸掛小盤，先

再

，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，打完點(diǎn)后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)記號(hào)碼。⑤保持小車質(zhì)量不變，在小盤內(nèi)放入質(zhì)量為m1、m2、m3、…的砝碼，重復(fù)步驟④，記錄數(shù)據(jù)。⑥在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，根據(jù)

或

計(jì)算加速度。⑦保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變，在小車上加砝碼，重復(fù)上述步驟④和⑥。實(shí)驗(yàn)步驟;接通電源釋放小車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-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.7511.探究加速度與合力的關(guān)系如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？a—F

圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線a∝F

數(shù)據(jù)處理；m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2當(dāng)拉力不變時(shí)次數(shù)m/kga/m·s-2123452.502.001.331.000.830.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.2902.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5在牽引力一定時(shí)，a與m成反比

數(shù)據(jù)處理；

數(shù)據(jù)處理圖像法：1.保持小車總質(zhì)量M不變，加速度a與合外力F圖像，如圖甲（a-F圖像的斜率代表小車的總質(zhì)量倒數(shù)

）。實(shí)驗(yàn)結(jié)論

：

2.保持合外力F不變時(shí)，a與

的圖像。解釋：依據(jù)a=可知加速度a與小車總質(zhì)量M成反比，如圖乙。由此可知a-M圖像不易反映出相應(yīng)規(guī)律;因?yàn)榧铀俣萢與小車總質(zhì)量M成反比,所以a與成正比,故作出F不變時(shí)a-

的關(guān)系圖像,如圖丙（斜率代表合外力F）。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：注意事項(xiàng)：①平衡摩擦力時(shí)不給小車施加任何牽引力(不掛細(xì)線和砝碼盤),并讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)(掛紙帶)②整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡摩擦力以后，無(wú)論改變M或m的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力（只平衡一次）。③必須滿足小車與車上砝碼總質(zhì)量M

小盤和砝碼總質(zhì)量m，以減小系統(tǒng)誤差。遠(yuǎn)大于④開(kāi)始釋放時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先

，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定后再

，⑤用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作圖時(shí)使

，不在直線上的點(diǎn)盡可能多均勻分布在所作直線兩側(cè)，偏離直線太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄。⑥拉小車的細(xì)線應(yīng)平行于桌面。接通電源釋放小車盡可能多的點(diǎn)在直線上

誤差分析：（1）讀數(shù)和測(cè)量造成的偶然誤差;質(zhì)量的測(cè)量誤差，紙帶測(cè)量時(shí)讀數(shù)誤差。（2）因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成的系統(tǒng)誤差:實(shí)驗(yàn)中若不能滿足M>>m，則a-F、a-

的圖像將是如圖②。（3）平衡摩擦力不準(zhǔn)造成的誤差:Ⅰ.實(shí)驗(yàn)滿足M>>m，但若未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，圖像如圖③所示。Ⅱ.實(shí)驗(yàn)滿足M>>m，但若平衡摩擦力過(guò)度（板面傾角過(guò)大），圖像如圖①所示。

誤差分析：例題1.如上圖所示，在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的演示實(shí)驗(yàn)中，若1、2兩個(gè)完全相同的小車所受的拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為叫m1、m2.打開(kāi)夾子后經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間兩車的位移分別為X1、X2，則在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，有()A.當(dāng)m1＝m2、F1＝2F2時(shí)，X1＝2X2B.當(dāng)m1＝m2、F1＝2F2時(shí)，X2＝2X1C.當(dāng)m1＝2m2、F1＝F2時(shí)，X1＝2X2D.當(dāng)m1＝2m2、F1＝F2時(shí)，X2＝2X1思考：①以上兩裝置中，是否需要平衡摩擦力？是否需要滿足M>>m？②若用氣墊導(dǎo)軌做實(shí)驗(yàn)是否需要平衡摩擦力？是否需要滿足M>>m例題2.1.本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法是_________________;2.實(shí)驗(yàn)中為保證小車所受的合外力為繩的拉力必要的一部操作是_________,具體操作時(shí)：①將木板的哪一側(cè)墊高？②平衡摩擦力時(shí)，是否掛上砝碼及砝碼盤？是否掛上紙帶？③如何證明已經(jīng)平衡摩擦力？④改變小車的質(zhì)量后，是否需要重新平衡摩擦力？3.平衡摩擦力后，砝碼及砝碼盤所受繩的拉力是否等于砝碼及砝碼盤的總重力？小車受到的合外力是否等于砝碼及砝碼盤的總重力？4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：(1)實(shí)驗(yàn)中為何不畫(huà)a-M圖像，而畫(huà)a-圖像？(2)分析以下圖像出現(xiàn)的原因：①圖線甲說(shuō)明a與F成___________，甲的斜率k表示__________；②圖線乙變彎曲的原因？③圖像丙與y軸有截距的原因？④圖像丁與x軸有截距的原因？注：砝碼及砝碼盤的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，當(dāng)m<<M時(shí)可近似認(rèn)為小車所受的合外力為砝碼及砝碼盤的總重力。設(shè)繩的拉力為FT，對(duì)小車由牛頓運(yùn)動(dòng)定律：F=Ma①對(duì)砝碼及砝碼盤由牛頓運(yùn)動(dòng)定律：mg-F=ma②①式求出a帶入②解得：F=_________當(dāng)m<<M時(shí)，F(xiàn)近似等于mg物體的加速度a與所受到的合外力F、物體質(zhì)量m的定量關(guān)系：F一定，

a∝m一定，

a∝F課堂小結(jié)1.研究方法2.