實(shí)驗(yàn)探究加速與力、質(zhì)量的關(guān)系

第4章第2節(jié)實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系當(dāng)前第1頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.探究加速度與力的定量關(guān)系。2.探究加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系。當(dāng)前第2頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)原理采用控制變量法1.當(dāng)質(zhì)量一定時，研究加速度與合外力的關(guān)系a∝F合。2.當(dāng)力一定時，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系a∝1/m。當(dāng)前第3頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)mF1mF2F1<F2m2Fm1<m2m1F結(jié)論：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體的加速度隨著力的增大而增大。結(jié)論：當(dāng)力的大小一定時，物體的加速度隨著質(zhì)量的增大而減小。注意：這里的力指的是物體所受的合外力控制變量法當(dāng)前第4頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)先要明確幾個問題2.如何由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論?1.怎么設(shè)計這個實(shí)驗(yàn)?測量哪些量?怎么測量?

a、F、m求出物體所受的合力m：a:F:天平？數(shù)據(jù)處理m不變時，a與

F關(guān)系F

不變時，a與m

關(guān)系當(dāng)前第5頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)鉤碼紙帶打點(diǎn)計時器小車小車:打點(diǎn)計時器:測量小車運(yùn)動過程中的加速度鉤碼：重力提供拉力研究對象，可用天平稱其質(zhì)量合力F=?GFNFf★測加速度法實(shí)驗(yàn)裝置當(dāng)前第6頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)1.合外力在什么時候等于線的拉力？2.線的拉力在什么時候等于鉤碼的重力？平衡摩擦力：將長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動薄木板的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動時以保持勻速運(yùn)動狀態(tài)，這時小車受到的摩擦力(包括小車所受摩擦力和打點(diǎn)計時器對小車之后所拖紙帶的摩擦力)恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。理論計算表明：在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時，線的拉力近似等于鉤碼的重力。當(dāng)前第7頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)砝碼，一端有定滑輪的長木板，細(xì)線，紙帶，導(dǎo)線，夾子，小盤，天平，小車，打點(diǎn)計時器，交流電源，復(fù)寫紙，刻度尺。三、實(shí)驗(yàn)器材當(dāng)前第8頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn) 1．用天平測出小車和重物的質(zhì)量，并把數(shù)值記錄下來。 2．按圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)。四、實(shí)驗(yàn)步驟當(dāng)前第9頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn) 3．平衡摩擦力：在木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反復(fù)移動其位置，直到打點(diǎn)計時器正常工作后不掛重物的小車在斜面上做勻速直線運(yùn)動為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等)。 4．將重物通過細(xì)繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號碼及此時所掛重物的重力。 5．保持小車的質(zhì)量不變，改變所掛重物的重力，重復(fù)步驟4，多做幾次實(shí)驗(yàn)，每次小車從同一位置釋放，并記錄好重物的重力，以及計算出相應(yīng)紙帶的加速度填入表格1。實(shí)驗(yàn)步驟當(dāng)前第10頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)實(shí)驗(yàn)步驟當(dāng)前第11頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)實(shí)驗(yàn)步驟當(dāng)前第12頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)五、數(shù)據(jù)處理當(dāng)前第13頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)數(shù)據(jù)處理當(dāng)前第14頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.50.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.7511.探究加速度與合力的關(guān)系如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？當(dāng)前第15頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.20.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.2902.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系1/m(kg-1)a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5當(dāng)前第16頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)論m一定時，a∝FF一定時，a∝1/mF/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.51/m(kg-1)a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5當(dāng)前第17頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn) 1．在實(shí)驗(yàn)中，我們認(rèn)為鉤碼的重力就等于小車所受的合力．但這是有誤差的，只有在小車質(zhì)量比較大，鉤碼重力比較小，且木板合理傾斜的情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果才比較理想． 2．在長度測量過程中也存在偶然誤差，可多次測量取平均值． 3．利用描點(diǎn)作圖時使盡量多的點(diǎn)在直線上，不能在直線上的點(diǎn)盡量對稱分布于直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)看做是錯誤的數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮．

六、誤差分析當(dāng)前第18頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn) 1．平衡摩擦力時不要掛重物，整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量，還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。 2．實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量。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．各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度。七、注意事項(xiàng)當(dāng)前第19頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn) 4．作圖象時，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兩側(cè)。離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。 5．釋放時小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器且先接通電源再放開小車。七、注意事項(xiàng)當(dāng)前第20頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)保持力不變設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)保持小車質(zhì)量不變另一個方案當(dāng)前第21頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)（一）實(shí)驗(yàn)方案原理x1x2F1F2在相同的時間內(nèi)，兩小車移動的距離分別為:a1/

a2=x1/x2測量出x1、x21.控制m

不變，探究a

與F

的關(guān)系。2.同理，控制F

相同，探究a與m的關(guān)系。當(dāng)前第22頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)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)系位移x1/cm位移x2/cm(M′+m2)

(表示F2大小)盤中砝碼m23000105020304060盤中砝碼m1(M′+m1)

(表示F1大小)70當(dāng)前第23頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)F2/F1x2/x1Ox2x1F2F1結(jié)論：m一定時，a∝FaFa1a2當(dāng)前第24頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)為什么x2/x1可以表示小車2的加速度a

?為什么F2/F1可以表示小車2所受的拉力F

?當(dāng)前第25頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)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)系位移x1/cm位移x2/cmM+m2

車上砝碼m230065010050150200250車上砝碼m1M+m1300小車1質(zhì)量M1小車2質(zhì)量M2當(dāng)前第26頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)x2/x1OM2/M1x2x1M2M1M1/M2M1M2a1a2x2/x1Om1a結(jié)論：

F一定時，a∝1/m當(dāng)前第27頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)為什么x2/x1

可以表示小車2的加速度a

?為什么M2/M1可以表示小車2的質(zhì)量m?為什么M1/M2又表示小車2的1/m?當(dāng)前第28頁\共有34頁\編于星期二\6點(diǎn)（二）誤差分析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，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。當(dāng)前第29頁\共有34頁\編于