4.2实验：探究加速度与力和质量的关系 .ppt

1、实验：探究加速度与力、质量的关系实验：探究加速度与力、质量的关系 牛一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态牛一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态 或静止状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改除非作用在它上面的力迫使它改 变这种状态。变这种状态。 牛一定律，又称惯性定律；物体保持原来匀牛一定律，又称惯性定律；物体保持原来匀 速直线运动状态或静止状态的性质，称为惯速直线运动状态或静止状态的性质，称为惯 性；物体的惯性只和质量有关，质量越大，性；物体的惯性只和质量有关，质量越大， 惯性越大。惯性越大。 由牛一定律可知：由牛一定律可知： 物体不受外力物体不受外力 所受合外力为零所受合外力为零

2、物体处于静止或匀速直线运动物体处于静止或匀速直线运动 状态，即运动状态不变。状态，即运动状态不变。 那么设想：如果物体所受合外力那么设想：如果物体所受合外力不为零不为零，则物体运，则物体运 动会怎样？动会怎样？ 物体物体不受力不受力时时 的运动情况的运动情况 点球 守门员扑球 法 拉 利 法 拉 利 F2003-GA 赛 车 与 赛 车 与 著 名 战 斗 机 “ 飓 风 著 名 战 斗 机 “ 飓 风 2000” 思考：思考： 物体加速度物体加速度a和哪些因素有关？和哪些因素有关？ 你是怎么知道的？你是怎么知道的？ 第二节第二节 心动 不如行动 学习目标学习目标 ： 1、学会通过实验探究物体

3、加速度与、学会通过实验探究物体加速度与 力、质量的关系力、质量的关系 2、在实验中掌握打点计时器的用法、在实验中掌握打点计时器的用法 3、对实验数据进行科学处理、对实验数据进行科学处理 对实验结果进行归纳分析对实验结果进行归纳分析 1、物体受到的合外力不为零是物体产生、物体受到的合外力不为零是物体产生 加速度的原因，即力是物体产生加加速度的原因，即力是物体产生加 速度的原因速度的原因。 回忆分析回忆分析 2、质量也将决定物体加速度的大小。、质量也将决定物体加速度的大小。 加速度大小与物体受力大小有关加速度大小与物体受力大小有关 加速度还与物体质量有关加速度还与物体质量有关 质量一定时，受力越大

4、，其加速度越大质量一定时，受力越大，其加速度越大 受力一定时，质量越小，其加速度越大。受力一定时，质量越小，其加速度越大。 这里的力指物体所受合力这里的力指物体所受合力 明确几个问题明确几个问题: 1.实验要说明什么问题实验要说明什么问题? 3.如何由实验得出结论如何由实验得出结论? 2.怎么设计这个实验怎么设计这个实验? a与与F关系关系? a与与m关系关系? 1.测量哪些量测量哪些量? 2.怎么测量怎么测量? 数据处理数据处理 控制一个量控制一个量 不变不变 a、F、m m： a: F: 天平天平 打点计时器打点计时器 物体所受的物体所受的 合力合力 研究方法：研究方法：控制变量法控制变量

5、法 保持物体的质量不变，测量物体在不同保持物体的质量不变，测量物体在不同 作用下的加速度，分析加速度与合外力作用下的加速度，分析加速度与合外力 的关系。的关系。 保持物体所受力合外力相同，测量不同保持物体所受力合外力相同，测量不同 质量的物体在该力下的加速度，分析加质量的物体在该力下的加速度，分析加 速度与质量的关系。速度与质量的关系。 制定实验方案、设计实验制定实验方案、设计实验 小车、打点计时器、纸带、小车、打点计时器、纸带、 学生电源、一端带滑轮的长木板、细学生电源、一端带滑轮的长木板、细 线、刻度尺、天平、钩码线、刻度尺、天平、钩码 2.物体的质量用测量物体的质量用测量 天平天平 1.

6、怎样测量物体的加速度？怎样测量物体的加速度？ 3.怎样给小车提供一个恒定的合力？怎样给小车提供一个恒定的合力？ 实验器材：实验器材： 实验装置图实验装置图 宜昌市何老师（宜昌市何老师（1599757493215997574932）理科教室）理科教室 例：例： 平衡摩擦力平衡摩擦力 将长木板不带滑轮一端适当垫高，使将长木板不带滑轮一端适当垫高，使 小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦 力平衡。力平衡。 怎样就算平衡好摩擦力了？怎样就算平衡好摩擦力了？ 4.如何测定小车受到的合力？如何测定小车受到的合力？ 5.绳子拉力大小绳子拉力大小?钩码的重力。钩码的重力。 小于小于

7、 6.什么情况下，绳子拉力近似等于什么情况下，绳子拉力近似等于 钩码重力即小车所受的合力？钩码重力即小车所受的合力？ 理论计算发现：当钩码质量比小车质量理论计算发现：当钩码质量比小车质量 小很多时（小很多时（ ），绳子拉力近似等），绳子拉力近似等 于钩码重力即小车所受的合力于钩码重力即小车所受的合力 1/6 测加速度法测加速度法 方案一：方案一： 实验装置图实验装置图 方案一：方案一： 宜昌市何老师（宜昌市何老师（1599757493215997574932）理科教室）理科教室 实验探究实验探究 1.探究加速度与合力的关系探究加速度与合力的关系 实验基本思路：保持小车的质量不变，实验基本思路：

8、保持小车的质量不变， 测量小车在不同作用下的加速度，分析测量小车在不同作用下的加速度，分析 加速度与合力的关系。加速度与合力的关系。 做实验做实验 、得数据、填表格一、得数据、填表格一、 作图象、进行分析、形成结论作图象、进行分析、形成结论 怎样改变合力？怎样改变合力？ F F/ / N N a/ma/ms s - -2 2 0.150.15 0.300.30 0.450.45 0.600.60 0.750.75 0 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.50 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.5 当小当小 车质车质 量不量不 变时变时 次数次数 F/NF/N a/m a/m s s -

9、-2 2 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 0.10 0.10 0.146 0.20 0.20 0.302 0.30 0.30 0.428 0.40 0.40 0.592 0.50 0.50 0.751 如何更如何更 处理数处理数 据？据？ 直观地直观地 2.探究加速度与质量的关系探究加速度与质量的关系 实验基本思路：保持小车所受合力相同，测量实验基本思路：保持小车所受合力相同，测量 不同质量的小车在该力下的加速度，分析加速不同质量的小车在该力下的加速度，分析加速 度与质量的关系。度与质量的关系。 做实验做实验 、得数据、填表格二、得数据、填表格二、 作图象、交流分析、形成结论作图象、交

10、流分析、形成结论 怎样改变小车的质量？怎样改变小车的质量？ 宜昌市何老师（宜昌市何老师（1599757493215997574932）理科教室）理科教室 m m/ / kgkg a/ma/ms s - -2 2 0.20.2 0.40.4 0.60.6 0.80.8 1.01.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 a/ma/ms s - -2 2 0.20.2 0.40.4 0.60.6 0.80.8 1.01.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg /kg - -1

11、 1 m m 1 1 当当 拉拉 力力 不不 变变 时时 次数次数 m/kgm/kg a/m a/m s s - -2 2 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 /kg /kg - -1 1 2.502.50 2.002.00 1.331.33 1.001.00 0.830.83 m m 1 1 0.400 0.400 0.861 0.500 0.500 0.692 0.750 0.750 0.470 1.000 1.000 0.352 1.200 1.200 0.290 实验须知：实验须知： 1.平衡摩擦力平衡摩擦力 2.小车开始时要靠近打点计时器小车开始时要靠近打点计时器 3. 探究探究

12、a与与F关系时，可在小车上放关系时，可在小车上放 两个的钩码两个的钩码,F=mg g=9.8m/s2 4.小车质量小车质量m= g，各种钩码质，各种钩码质 量看标注量看标注 5.打点计时器打点周期打点计时器打点周期T=0.02s 心动 不如行动 方案二：方案二： 比较法比较法 宜昌市何老师（宜昌市何老师（1599757493215997574932）理科教室）理科教室 方案二方案二：以小车、一端带滑轮的长木板、：以小车、一端带滑轮的长木板、 粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口 夹子为实验器材，研究小车的运动。夹子为实验器材，研究小车的运动。 注意：只有当盘

13、和砝码的质量要比小车的注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的 质量小得多时，小车所受拉力才近似等于质量小得多时，小车所受拉力才近似等于 盘和砝码的总重力。盘和砝码的总重力。 1.1.怎样测量（或比较）物体的加速度？怎样测量（或比较）物体的加速度？ 2.2.怎样提供和测量物体所受的拉力怎样提供和测量物体所受的拉力F F ？ 1、控制、控制m相同，探讨相同，探讨加速度加速度a与与F的关系的关系 实验方案原理：实验方案原理：如图所示如图所示 x1 x2 F1 F2 F1, F2， ，在相 在相 同的时间内同的时间内: x1= a1t2 2 1 x2 = a2t2 2 1 a1/ a2=x1/x2 测量

14、出测量出x1 、 、x2 2、控制、控制F相同，探讨相同，探讨加速度加速度a与与m的关系的关系 宜昌市何老师（宜昌市何老师（1599757493215997574932）理科教室）理科教室 保持物体的保持物体的质量不变质量不变，测量物体在不同的力，测量物体在不同的力 作用下的加速度，分析加速度与力的关系作用下的加速度，分析加速度与力的关系 小车质量小车质量M=M= g,g,小车上砝码质量小车上砝码质量m=m= g,g,小盘质量小盘质量M M= = g g 次次 数数 小车小车1 1 小车小车2 2 1 2 3 4 5 位移位移 x x1 1/cm/cm 位移位移 x x2 2/cm/cm (M

15、(M+m+m2 2) )（g g） ( (表示表示F F2 2大小大小) ) 盘中砝码盘中砝码 m m2 2（g g） 300 0 10 300 0 10 5050 2020 3030 4040 6060 盘中砝码盘中砝码 m m1 1（g g） (M(M+m+m1 1) )（g g） ( (表示表示F F1 1大小大小) ) 7070 F F2 2 / / F F1 1 x x2 2 / /x x1 1 0 0 次 数 1 2 3 4 x x2 2 x x1 1 F F2 2 F F1 1 F F a a a a1 1 a a2 2 小车质量小车质量M=M= g,g,小盘质量小盘质量M M=

16、 = g,g,盘中砝码质量盘中砝码质量m m= = g g 次次 数数 小车小车1 1 小车小车2 2 1 2 3 4 5 (M+m(M+m1 1) ) (M+m(M+m2 2) ) 保持物体所受的保持物体所受的力相同力相同，测量不同质量的物，测量不同质量的物 体在该力作用下的加速度，分析加速度与质体在该力作用下的加速度，分析加速度与质 量的关系量的关系 300 6 50300 6 50 车上砝车上砝 码码m m1 1（g g） 位移位移 x x1 1/cm/cm 100100 5050 150150 200200 250250 车上砝码车上砝码 m m2 2（g g） 位移位移 x x2 2

17、/cm/cm 小车小车1 1质量质量M M1 1 小车小车2 2质量质量M M2 2 300300 x x2 2 / /x x1 1 0 0 次 数 1 2 3 4 MM2 2 / / MM1 1 x x2 2 x x1 1 MM2 2 MM1 1 MM1 1 / / MM2 2 MM1 1 MM2 2 a a m m 1 1 a a1 1 a a2 2 小结小结 探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系 1.研究方法：研究方法： 2.数据处理方法：数据处理方法： 3.结论：结论： 控制变量法控制变量法 图象法图象法 aF a1/m F a m 1整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是

18、整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是 改变小盘和砝码的质量还是改变小车和砝码改变小盘和砝码的质量还是改变小车和砝码 的质量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩的质量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩 擦力是指使小车所受动力擦力是指使小车所受动力(小车重力沿斜面小车重力沿斜面 方向的分力方向的分力)与小车所受阻力与小车所受阻力(包括小车所受包括小车所受 摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的 摩擦力摩擦力)大小相等平衡摩擦力时，应在小大小相等平衡摩擦力时，应在小 车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车 一个初速度，若在纸带上打出的点

19、的间隔是一个初速度，若在纸带上打出的点的间隔是 均匀的，则表明平衡了摩擦力，否则必须重均匀的，则表明平衡了摩擦力，否则必须重 新调整小木板的位置新调整小木板的位置 实验注意事项实验注意事项 2平衡摩擦力后，每次实验时必须满足在小平衡摩擦力后，每次实验时必须满足在小 车上所加砝码的质量远大于砝码和小盘的总车上所加砝码的质量远大于砝码和小盘的总 质质 量的条件下进行只有如此，砝码和小盘的量的条件下进行只有如此，砝码和小盘的 总总 重力才可视为与小车受到的拉力相等重力才可视为与小车受到的拉力相等 3改变拉力和小车质量后，每次开始时小改变拉力和小车质量后，每次开始时小 车应尽量靠近打点计时器车应尽量靠

20、近打点计时器(或尽量远离定滑或尽量远离定滑 轮的一端轮的一端)，并应先接通电源，再放开小车，并应先接通电源，再放开小车， 且在小车到达定滑轮前应按住小车且在小车到达定滑轮前应按住小车 4各纸带的加速度各纸带的加速度a，都应是该纸带的平均，都应是该纸带的平均 加速度加速度 5作图象时，要使尽可能多的点在所作直作图象时，要使尽可能多的点在所作直 线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在 所作直线的两侧所作直线的两侧 1小车质量小车质量m应比重物的质量应比重物的质量m大得多，大得多， 其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专 门

21、讨论二者差距越小，图象线性越差门讨论二者差距越小，图象线性越差 2夹口的密合性能差是造成误差的原因之夹口的密合性能差是造成误差的原因之 一由于小车的质量和速度较大，夹子不易一由于小车的质量和速度较大，夹子不易 夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一根夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一根 拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前 运动，这些都是造成位移误差的原因运动，这些都是造成位移误差的原因 3小车运动停止时不能与定滑轮相碰，如果小车运动停止时不能与定滑轮相碰，如果 小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则 与定滑轮相碰的

22、小车位移偏小，产生误差与定滑轮相碰的小车位移偏小，产生误差 误差分析误差分析 某实验小组的几名同学在探究加速度与物体的质量以及外力关 系的实验中，当物体的质量一定时，分别根据实验数据画出了不 同的实验图象，如下图所示，下列说法中正确的是( ) A形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 B形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 C形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 D形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 【解析解析】 根据图象可分析，甲、乙两图中，当外力F 0时加速度a0，则说明F0时已经有加速度， 这说明木板倾角过大木板的倾角越大，小车获得的动力就越大，越 容易出现甲、乙

23、两图所对应的情况，因此选项A正确丙、丁两图中， 当加速度a0时外力F0，即拉力不为零时加速度却仍为零，这说明还 有摩擦力没有平衡掉，因此木板倾角过小，选项 D正确 【答案答案】 AD 例4实验：在“探究加速度与力、质量的关系” 的实验中，实验装置如下图(1)所示 宜昌市何老师（宜昌市何老师（1599757493215997574932）理科教室）理科教室 (1)为验证小车质量M不变时，a与F成正比小 车质量M和沙及桶的质量m分别选取下列几组 数值：应该用哪组效果会好 ( ) AM500g，m分别为50g、70g、100g125g BM500g，m分别为20g、30g、40g、50g CM200

24、g，m分别为50g、70g、100g125g DM200g，m分别为30g、40g、50g、60g (2)有两位同学通过测量作出aF图象，如上 图(2)所示甲、乙中的A、B图线试分析： A图线不通过坐标原点的原因是 _； A图线上部弯曲的原因是 _ _； B图线在纵轴上有截距的原因是 _ 答案：(1)B (2)没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够 未满足沙和沙桶质量m远小于小车的质量 M 平衡摩擦力时，长木板倾角过大，小车沿 斜面向下分力大于摩擦力，使尚未对小车施 加力时，小车已有加速度 解析：实验时，需要物体的质量远小于小车 的质量，效果才显著自然界中存在摩擦的 影响，所以，要平衡摩擦力，这样画出

25、的应 是过原点的一条倾斜向上的直线为减小实 验误差应使Mm，为此选B组数值误差较小， 所画的aF图线就会比较准确 规律总结：(1)实验原理中设定为光滑水平面 情形，所以实验中应平衡摩擦力，若未平衡 摩擦力或平衡不当就会带来系统误差 (2)实验中若把沙和沙筒所受的重力mg当做 小车和砝码(总质量为M)所受的拉力，须满 足mM的条件，这个条件越不满足，所带 来的系统误差也就越大 2“探究加速度与力、质量的关系”的实验 中，用改变沙子的质量的办法来改变对小车 的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度 a，得出若干组F和a的数据，然后根据测得的 数据作如右图所示的aF图线，发现图线既 不过原点，也不是

26、直线，原因是 ( ) A没有平衡摩擦力，且小车质量较大 B平衡摩擦力时，所垫木板太高，且沙子 和小桶的质量较大 C平衡摩擦力时，所垫木板太低，且沙子 和小桶的质量较大 D平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车 质量较大 答案：C 宜昌市何老师（宜昌市何老师（1599757493215997574932）理科教室）理科教室 解析：根据题中图象可知，平衡摩擦力时， 所垫木板太低，图象与横轴的截距为摩擦力 的大小；由图象发生弯曲可以推断出沙子和 小桶的质量较大，在下落时本身向下的加速 度所需要的力使小车所受合力减小 宜昌市何老师（宜昌市何老师（1599757493215997574932）理科教室）理科

27、教室 3按实验要求安装好器材后，应按一定步骤进行实验，下 述操作步骤的安排顺序不尽合理，请将合理的顺序以字母 代号填写在下面横线上：_. A保持小桶里沙子的总质量不变，在小车上加砝码，测出 加速度，重复几次 B保持小车的质量不变，改变小桶和沙子的总质量，测出 加速度，重复几次 C用天平分别测出小车和小桶的质量用天平分别测出小车和小桶的质量 D平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动 E挂上小桶，放进沙子，接通打点计时器的电源，放挂上小桶，放进沙子，接通打点计时器的电源，放 开小车，在纸带上打下一系列的点开小车，在纸带上打下一系列的点 F根据测量的数据，分别画出根据测量的数据，分别画出aF和和a 1 m的图线 的图线 答案：D、C、E、A、B、F或D、C、E、B、 A、F 解析：做本题时注意要回忆自己做此实验时 的步骤，实验过程中，其中A、B选项先做哪 一个都可以，所以有两种排列顺序 宜昌市何老师（宜昌市何老师（1599757493215997574932）理科教室）理科教室