實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系

講清楚實(shí)驗(yàn)?zāi)康模襟E和注意事項(xiàng)后老師演示一遍實(shí)驗(yàn)，再讓學(xué)生操作后用習(xí)題來解釋實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，這樣會讓學(xué)生更能理解實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系牛一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(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)。牛一定律，又稱慣性定律；物體保持原來勻速直線運(yùn)動狀態(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。溫故知新:由牛一定律可知：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)動狀態(tài)，即運(yùn)動狀態(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)動會怎樣？溫故知新:物體不受力時(shí)的運(yùn)動情況點(diǎn)球守門員撲球法拉利F2003-GA賽車與著名戰(zhàn)斗機(jī)“颶風(fēng)2000”思考：物體加速度a和哪些因素有關(guān)？你是怎么知道的？第二節(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)：

心動不如行動學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、學(xué)會通過實(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)中掌握打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用法3、對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納分析1、物體受到的合外力不為零是物體產(chǎn)生加速度的原因，即力是物體產(chǎn)生加速度的原因?；貞浄治?、質(zhì)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(guān)加速度還與物體質(zhì)量有關(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●●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.測量哪些量?2.怎么測量?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)器物體所受的合力研究方法：控制變量法保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同作用下的加速度，分析加速度與合外力的關(guān)系。保持物體所受力合外力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。制定實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、學(xué)生電源、一端帶滑輪的長木板、細(xì)線、刻度尺、天平、鉤碼2.物體的質(zhì)量用＿＿測量天平1.怎樣測量物體的加速度？3.怎樣給小車提供一個(gè)恒定的合力？實(shí)驗(yàn)器材：實(shí)驗(yàn)裝置圖例：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？4.如何測定小車受到的合力？5.繩子拉力大?。撸撸?鉤碼的重力。小于6.什么情況下，繩子拉力近似等于鉤碼重力即小車所受的合力？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測加速度法方案一：實(shí)驗(yàn)裝置圖方案一：（一）.探究a與F的關(guān)系（控制m不變）a（m/s2）F（N）增減鉤碼個(gè)數(shù)可以改變拉力F打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶m光滑水平面紙帶m光滑水平面打點(diǎn)計(jì)時(shí)器aF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，測量小車在不同作用下的加速度，分析加速度與合力的關(guān)系。做實(shí)驗(yàn)、得數(shù)據(jù)、填表格一、作圖象、進(jìn)行分析、形成結(jié)論怎樣改變合力？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-212450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751如何更處理數(shù)據(jù)？直觀地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。做實(shí)驗(yàn)、得數(shù)據(jù)、填表格二、作圖象、交流分析、形成結(jié)論怎樣改變小車的質(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實(shí)驗(yàn)須知：

1.平衡摩擦力2.小車開始時(shí)要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器3.探究a與F關(guān)系時(shí)，可在小車上放兩個(gè)的鉤碼,F=mgg=9.8m/s24.小車質(zhì)量m=

g，各種鉤碼質(zhì)量看標(biāo)注5.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期T=0.02s

心動不如行動打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶m光滑水平面需要平衡摩擦力增減砝碼個(gè)數(shù)可以改變小車質(zhì)量m增減鉤碼個(gè)數(shù)可以改變拉力F紙帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器斜面法平衡摩擦力：GFNfＸy思考:1.平衡摩擦?xí)r小車后面需要紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器嗎?2.在小車上增加砝碼之后需要重新平衡摩擦嗎?需要不需要方案二：比較法方案二：以小車、一端帶滑輪的長木板、粗線、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、寬口夾子為實(shí)驗(yàn)器材，研究小車的運(yùn)動。注意：只有當(dāng)盤和砝碼的質(zhì)量要比小車的質(zhì)量小得多時(shí)，小車所受拉力才近似等于盤和砝碼的總重力。1.怎樣測量（或比較）物體的加速度？2.怎樣提供和測量物體所受的拉力F？1、控制m相同，探討加速度a與F的關(guān)系實(shí)驗(yàn)方案原理：如圖所示x1x2F1F2F1,

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

a2=x1/x2測量出x1、x2

2、控制F相同，探討加速度a與m的關(guān)系保持物體的質(zhì)量不變，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(guān)系小車質(zhì)量M=

g,小車上砝碼質(zhì)量m=

g,小盤質(zhì)量M’=

g次數(shù)小車1小車212345位移x1/cm位移x2/cm(M’+m’2)（g）(表示F2大小)盤中砝碼m’2（g）3000105020304060盤中砝碼m’1（g）(M’+m’1)（g）(表示F1大小)70F2/F1x2/x10次數(shù)1234x2x1F2F1Faa1a2為什么x2/x1可以表示小車2的a？為什么F2

/F1可以表示小車2的F?思考：小車質(zhì)量M=

g,小盤質(zhì)量M’=

g,盤中砝碼質(zhì)量m’=

g次數(shù)小車1小車212345(M+m1)(M+m2)保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系300650車上砝碼m1（g）位移x1/cm10050150200250車上砝碼m2（g）位移x2/cm小車1質(zhì)量M1小車2質(zhì)量M2300x2/x10次數(shù)1234M2/M1x2x1M2M1M1/M2M1M2am1a1a2為什么x2/x1可以表示小車2的a？為什么M2

/M1可以表示小車2的M?為什么M2/M1又表示小車2的1/M?思考：本實(shí)驗(yàn)的目的：m一定時(shí)：F一定時(shí)：需要計(jì)算加速度aa與F成正比a與m成反比對于初速度為零的勻加速直線運(yùn)動：在F一定的情況下，a與m成反比。在m一定的情況下，a與F成正比。（）（）只需驗(yàn)證：m一定時(shí)：F一定時(shí)：小車1小車2次數(shù)質(zhì)量（g）位移x1/cm質(zhì)量（g）位移x2/cm123m保持不變F保持不變小車1小車2次數(shù)拉力F（N）位移x1/cm拉力F（N）位移x2/cm123實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

小結(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.研究方法：2.數(shù)據(jù)處理方法：3.結(jié)論：控制變量法圖象法a∝Fa∝1/m1．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．平衡摩擦力是指使小車所受動力(小車重力沿斜面方向的分力)與小車所受阻力(包括小車所受摩擦力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對小車之后所拖紙帶的摩擦力)大小相等．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．平衡摩擦力后，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)必須滿足在小車上所加砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和小盤的總質(zhì)量的條件下進(jìn)行．只有如此，砝碼和小盤的總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(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(或盡量遠(yuǎn)離定滑輪的一端)，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，對應(yīng)小車仍向前運(yùn)動，這些都是造成位移誤差的原因．3．小車運(yùn)動停止時(shí)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，則與定滑輪相碰的小車位移偏小，產(chǎn)生誤差．誤差分析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－關(guān)系圖象．【答案】(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是平衡摩擦力，該步驟應(yīng)排在按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材即B步實(shí)驗(yàn)之后．(2)在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是步驟D，應(yīng)把6V電壓的蓄電池改為6V以下交流電壓的學(xué)生電源．(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖遣襟EG，應(yīng)把a(bǔ)－M改為a－在探究加速度和力的關(guān)系時(shí)，我們使用了兩個(gè)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(shù)目的鉤碼，設(shè)鉤碼的數(shù)目與對小車的拉力成正比，且操作符合實(shí)驗(yàn)要求．試根據(jù)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(guān)系.實(shí)驗(yàn)次數(shù)第一次第二次第三次項(xiàng)目鉤碼數(shù)目位移x鉤碼數(shù)目位移x鉤碼數(shù)目位移x小車110.1110.1120.23小車220.2330.3430.35【解析】由于兩小車的運(yùn)動可近似看成是初速度為零的勻加速運(yùn)動，兩個(gè)小車運(yùn)動的時(shí)間t相同，由位移公式x＝at2可知，加速度和位移成正比關(guān)系，也就是說，要知道加速度和力的關(guān)系怎樣，只需得出位移和力的關(guān)系．由第一組數(shù)據(jù)可以知道，拉力之比為1∶2，在誤差允許的范圍內(nèi)，位移之比為，近似為1∶2.同樣分析另外兩組數(shù)據(jù)，會得出同樣的結(jié)論，即拉力和位移成正比，也就是說加速度和力成正比關(guān)系．【答案】加速度和力成正比某實(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摩擦力時(shí)長木板傾角過大D．形成圖丁的原因是平衡摩擦力時(shí)長木板傾角過小【解析】根據(jù)圖象可分析，甲、乙兩圖中，當(dāng)外力F＝0時(shí)加速度a>0，則說明F＝0時(shí)已經(jīng)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，越容易出現(xiàn)甲、乙兩圖所對應(yīng)的情況，因此選項(xiàng)A正確．丙、丁兩圖中，當(dāng)加速度a＝0時(shí)外力F>0，即拉力不為零時(shí)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(xiàng)D正確．【答案】AD例3：若測得某一物體受力F一定時(shí)，a與M的關(guān)系數(shù)據(jù)如下表所示a/(m·s－2)2.042.663.233.98M/kg2.001.501.251.00例4實(shí)驗(yàn)：在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖(1)所示．(1)為驗(yàn)證小車質(zhì)量M不變時(shí)，a與F成正比．小車質(zhì)量M和沙及桶的質(zhì)量m分別選取下列幾組數(shù)值：應(yīng)該用哪組效果會好 ()A．M＝500g，m分別為50g、70g、100g125gB．M＝500g，m分別為20g、30g、40g、50gC．M＝200g，m分別為50g、70g、100g125gD．M＝200g，m分別為30g、40g、50g、60gB(2)有兩位同學(xué)通過測量作出a－F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(biāo)原點(diǎn)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______________________________________．①沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠未滿足沙和沙桶質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M平衡摩擦力時(shí)，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(shí)，小車已有加速度．解析：實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要物體的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，效果才顯著．自然界中存在摩擦的影響，所以，要平衡摩擦力，這樣畫出的應(yīng)是過原點(diǎn)的一條傾斜向上的直線．為減小實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)使M?m，為此選B組數(shù)值誤差較小，所畫的a－F圖線就會比較準(zhǔn)確．規(guī)律總結(jié)：(1)實(shí)驗(yàn)原理中設(shè)定為光滑水平面情形，所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不當(dāng)就會帶來系統(tǒng)誤差．(2)實(shí)驗(yàn)中若把沙和沙筒所受的重力mg當(dāng)做小車和砝碼(總質(zhì)量為M)所受的拉力，須滿足m?M的條件，這個(gè)條件越不滿足，所帶來的系統(tǒng)誤差也就越大．例5某同學(xué)用如左下圖所示的裝置探究物體的加速度與作用力的關(guān)系時(shí)，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(biāo)原點(diǎn)．請你分析一下原因，應(yīng)如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)才能使實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果通過坐標(biāo)原點(diǎn)？答案：由題圖可知，當(dāng)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?fàn)顟B(tài)，因此必然存在一個(gè)力與拉力大小相等、方向相反，這個(gè)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(yùn)動，這樣就可以消除摩擦力對實(shí)驗(yàn)圖象的影響．一、加速度與力的關(guān)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(guān)系．課時(shí)訓(xùn)練二、加速度與質(zhì)量的關(guān)系1．實(shí)驗(yàn)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(guān)系．2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，設(shè)計(jì)第二個(gè)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(zhì)量m越大，加速度a越?。@可能是__________，但也可能是__________，甚至是更復(fù)雜的關(guān)系．如果以__________為縱坐標(biāo)、__________為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)a－1/m圖象是不是__________，就能判斷加速度a是不是與質(zhì)量m成反比．三、制定實(shí)驗(yàn)方案的兩個(gè)問題這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(zhì)量．__________可以用天平測量，本實(shí)驗(yàn)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(zhì)量加速度加速度力二、1.質(zhì)量加速度加速度質(zhì)量2.相同力“a與m成反比”

“a與m2成反比”a1/m過原點(diǎn)的直線三、質(zhì)量加速度物體所受的力1．在用實(shí)驗(yàn)探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)的思路和數(shù)據(jù)分析，正確的是 ()A．實(shí)驗(yàn)的基