實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系x

第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第二節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系高中物理必修11、能運(yùn)用基本的測(cè)量方法測(cè)量加速度大小，并進(jìn)行實(shí)際操作。學(xué)習(xí)目標(biāo)2、通過(guò)探究認(rèn)識(shí)到加速度與外力和質(zhì)量有關(guān)，并能與生活中的經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系。3、對(duì)影響加速度大小的因素進(jìn)行合理的假設(shè)和判斷，得出自己的結(jié)論。4、理解加速度與物體受到的合外力、物體質(zhì)量的定量關(guān)系。一、影響加速度的因素

牛頓第一定律告訴我們，當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，物體的速度會(huì)發(fā)生改變，但它無(wú)法解釋速度會(huì)怎樣改變。速度改變的快慢由加速度來(lái)描述。因此探尋物體力與運(yùn)動(dòng)之間規(guī)律的出發(fā)點(diǎn)，是考慮加速度與什么因素有關(guān)。

列車(chē)起動(dòng)時(shí)，速度是緩慢增加的，加速度較小。影響加速度的原因是列車(chē)牽引力不夠大還是列車(chē)質(zhì)量太大呢？二、加速度大小的測(cè)量

通過(guò)我們?nèi)粘５囊恍┙?jīng)驗(yàn)可以知道，物體所獲得的加速度與物體的受力情況和物體的質(zhì)量都有關(guān)系。加速度是不能直接測(cè)量的物理量，只能通過(guò)對(duì)時(shí)間、位移等的測(cè)量間接求得。由初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的位移公式：

式中通過(guò)對(duì)時(shí)間和位移進(jìn)行測(cè)量，再通過(guò)計(jì)算可以得出加速度的大小。三、加速度與物體所受合力的關(guān)系

研究加速度與合力的關(guān)系時(shí)，保持質(zhì)量不變，如圖：改變拉力（砝碼質(zhì)量）并使得每次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)質(zhì)量與砝碼質(zhì)量之和保持不變，測(cè)量系統(tǒng)的加速度。

當(dāng)物體的質(zhì)量保持不變，物體受到的合外力逐漸增大時(shí)，其加速度將逐漸增大；反之，物體受到的合外力逐漸減小時(shí)，其加速度將逐漸減小。四、加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系

研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，保持拉力（砝碼質(zhì)量）不變，改變小車(chē)的質(zhì)量，則系統(tǒng)的質(zhì)量為小車(chē)質(zhì)量加砝碼質(zhì)量，測(cè)量系統(tǒng)的加速度。

物體所受合外力大小保持不變時(shí)，物體質(zhì)量越大，其加速度將越小，反之，物體質(zhì)量越小，加速度將越大。例題1、下列敘述的各種情況中，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生變化的是：

A、豎直上拋的物體至最高點(diǎn)時(shí)

B、靜止在加速行駛的汽車(chē)車(chē)箱里的物體

C、不停地行進(jìn)在摩擦力不計(jì)的水平冰面上的物體

D、站在勻速上升的電梯中的人分析：

物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化指的是速度變化，是一個(gè)過(guò)程，考慮的是某一瞬間與接下來(lái)的另一瞬間物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否相同，若相同，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，否則就發(fā)生了變化?；诖耍Q直上拋到最高點(diǎn)的物體雖然此時(shí)速度為零，但因?yàn)榧铀俣龋粗亓Γ┑脑?，下一瞬間，速度不為零，因此物體在此位置時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處在變化之中，所以正確選項(xiàng)為CD。例題2、下列哪些情況中物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定發(fā)生了變化：

A、運(yùn)動(dòng)物體的位移大小變化

B、運(yùn)動(dòng)物體的速度大小變化

C、運(yùn)動(dòng)物體的速度方向變化

D、運(yùn)動(dòng)物體的位移方向變化分析：

物體速度的大小或方向變化是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的具體體現(xiàn)，勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體位移大小足在變化，但運(yùn)動(dòng)狀態(tài)卻不一定會(huì)變，比如勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。若運(yùn)動(dòng)物體位移方向發(fā)生了變化，則意味著速度方向發(fā)生了變化。BCD練習(xí)1、物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，則：

A、物體的慣性大小一定發(fā)生了改變

B、物體所受外力一定發(fā)生了改變

C、物體的加速度一定發(fā)生了改變

D、物體的速度一定發(fā)生了改變D2、以下說(shuō)法正確的是：

A、受合外力越大的物體，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?cè)娇?/p>

B、物體同時(shí)受到幾個(gè)外力作用時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能保持不變

C、物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，物體一定受到外力作用

D、物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，物體所受的外力也會(huì)隨之發(fā)生變化BC五、探究實(shí)驗(yàn)

研究加速度與質(zhì)量、合外力的關(guān)系時(shí)，小車(chē)與木板間的摩擦力是導(dǎo)致誤差的主要原因。使用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，摩擦力很小，可以認(rèn)為沒(méi)有摩擦。1.氣墊導(dǎo)軌2、加速度與力的定量關(guān)系

讓滑塊在砝碼拉力的作用下做加速運(yùn)動(dòng)，保持滑塊質(zhì)量不變，通過(guò)增減砝碼的數(shù)量來(lái)改變拉力的大小。氣墊導(dǎo)軌的安裝與調(diào)試1、調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的水平。2、檢查導(dǎo)軌上的通氣孔是否暢通。3、在通氣的狀態(tài)下，輕推滑塊，檢查滑塊是否可以勻速滑動(dòng)。4、檢查滑塊滑過(guò)光電門(mén)時(shí)，是否可以正確計(jì)時(shí)。3、計(jì)算方法

通過(guò)砝碼拖動(dòng)滑塊的運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的只有時(shí)間。要求加速度還需要知道其它的物理量。砝碼質(zhì)量M/kg滑塊所受拉力大小的近似值F/N滑塊通過(guò)光電門(mén)2的速度v2/(m·s-1)滑塊通過(guò)光電門(mén)2的速度v2/(m·s-1)兩光電門(mén)間的距離s/m滑塊加速度的計(jì)算值a/(m·s-2)M=

kg

光電門(mén)對(duì)時(shí)間的記錄是非常準(zhǔn)確的，如果能測(cè)得擋光片的寬度ΔL和擋光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間Δt，就可以求得擋光片通過(guò)光電門(mén)的平均速度。如果擋光片不是很寬，可以認(rèn)為這個(gè)速度就是擋光片通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度。3、計(jì)算方法

利用光電門(mén)記錄擋光片從通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)到通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的時(shí)間T。

實(shí)驗(yàn)中：砝碼的重力是砝碼和滑塊加速運(yùn)動(dòng)的合外力，砝碼的重力使得砝碼和滑塊產(chǎn)生加速度，產(chǎn)生的加速度越大，需要的力也越大，因此加速度越大時(shí)，砝碼的重力與砝碼通過(guò)細(xì)繩拉滑塊的力差別就越大。

因此，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，砝碼的質(zhì)量不應(yīng)過(guò)大。4、加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系

測(cè)量加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系時(shí)，方法同樣是采用控制變量的方法，即維持滑塊所受的拉力不變，通過(guò)在滑塊上增加或減小橡皮泥來(lái)改變滑塊的質(zhì)量?；瑝K(含橡皮泥)的質(zhì)量M/kg滑塊通過(guò)光電門(mén)1的速度v1/(m·s-1)滑塊通過(guò)光電門(mén)2的速度v2/(m·s-1)兩光電門(mén)間的距離s/m滑塊加速度的計(jì)算值a/(m·s-2)F=

N5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖象表示

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的記錄，可以得到如上圖所示的a—F、a—m、a—1/m圖象

在誤差許可的范圍內(nèi)，a—F、a—1/m所連接的圖線(xiàn)都是直線(xiàn)，說(shuō)明了加速度與合外力、質(zhì)量間的關(guān)系。6、注意1、掌握利用新的設(shè)備(氣墊導(dǎo)軌)的要領(lǐng)，學(xué)生操作和記錄數(shù)據(jù)2、加速度與力的關(guān)系是：當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，加速度與合外力成正比。3、加速度與