1、4.2实验实验:探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系第四章 运动和力的关系学科素养与目标要求1.学会用控制变量法研究物理规律.2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的aF、a 图像.3.能通过实验数据及图象得出加速度与力、质量的关系.科学探究：讨论并猜想：物体运动状态变化的快慢和什么有关？1、质量2、受力例如：空载汽车从静止加速到100 km/h，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢的多。例如：竞赛用的小汽车，质量不很大，却安装着强大的发动机，可以获得很大的加速度。 猜想：物体的加速度与力、质量有什么定量关系？控制变量法“a”与“F”、“m” 二个物理量均有关系，应该从何
2、处入手呢？对于多变量问题我们常常采用的方法是什么？一是保证质量不变，探究加速度与外力的关系；二是保证外力不变，探究加速度与质量的关系。研究方法一.实 验 探 究那我们需要测量那些物理量？如何测量，有什么好的方案呢？测质量加速度合力思考：质量、力与加速度分别如何测量？ 质 量 天平 恒 力 ？加速度 ？方案一 利用小车木板以小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平为器材，研究小车运动。二.实验方案从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a砝码的总重力G当作小车受到的拉力F用天平测出小车的质量m加速度的测量测量方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动。用刻度尺测
3、量小车的位移x，用秒表测量小车运动的时间t，由a 计算加速度a。方法2：利用打点计时器打出的纸带测量加速度a。方法3：让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动，在相等的时间内，由x at2知 ，测量加速度转换成测量位移。22tx212121aaxx力的测量用阻力补偿法平衡摩擦力后，通过改变槽码的个数，改变小车所受的拉力。思考：小车在运动方向上受几个力的作用？细绳对小车的拉力等于小车所受的合力吗？思考：如何平衡摩擦力？如图一个木块正在倾角为为的三角斜面上匀速下滑，试求斜面的动摩擦因数和的关系。思考：如果物体的质量变化是否还需要再次平衡摩擦力？NGcosGsinNcosmgFGNFfNsincosm
4、gFmg所以：sintancos思考：如果此时给物体加上一个沿斜面向下的力F，那物体现在受到的合外力是多少？ NF改进后的实验装置图：纸带打点计时器电源砝码小车把木板一端垫高，平平衡小车受到的摩擦力衡小车受到的摩擦力思考：绳子的拉力等于钩码(或者沙桶）的重力吗？为什么？ 不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力。 思考：什么情况下钩码（或者沙桶）重力可以近似等于绳子拉力，即小车所受的合外力？ 当钩码（或者沙桶）质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。 三三.实验步骤实验步骤1.安装器材：按如图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)。
5、2.用天平分别称出小车和槽码的质量。3.阻力补偿：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，使小车在不挂槽码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的间距相等),即平衡了摩擦力。4.把小车停在打点计时器处，挂上槽码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带记录了小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上编号及此时所挂槽码总重力mg。注意操作注意操作先后顺序先后顺序5.加速度与力的关系：保持小车的质量不变，改变槽码的个数，重复步骤4，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力。6.加速度与质量的关系 (1)保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，
6、接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量m1。 (2)继续在小车上增加砝码，重复步骤(1)，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上编号及小车和砝码的总质量m2、m3。7.求小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据处理。四.实验过程小窗口播放小窗口播放五、数据处理五、数据处理1.保持物体的质量不变，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，把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作aF图像，通过拟合测量点，作出图像找出规律，分析a与F的关系。物理量123456作用力F 加速度
7、a FaO结论：aF2.保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度大小填在表中。研究加速度a与质量m的关系如图所示，因为a-m图像是曲线，检查a-m图像是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难a0m图像处理技巧aOmm1若a和m成反比，则a与 必成正比，我们采取“化曲为直”的方法以a为纵坐标，以 为横坐标，作出 图像，若图像是一条直线，说明a与 成正比，即a与m成反比.结论： a 1m1m1am1m1m方案二：212xat1122axax由于两小同时启动、同时停止，故运动时
8、间相同比较法转化为测位移小窗口播放光电门数字计时器方案三：利用气垫导轨光电门1光电门2挡光板 xx t利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系2222021()()22xxttaxxvv021xxttattvv小窗口播放六、实验结论六、实验结论1.保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比。2.保持力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比。六、误差分析六、误差分析1.系统误差：本实验用槽码的总重力mg代替小车受到的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力。槽码的总质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，槽码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足槽码的总质量远小
9、于小车的质量就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。2.偶然误差：阻力补偿不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。七、注意事项七、注意事项1.阻力补偿时不要挂重物，整个实验阻力补偿后，不管以后是改变槽码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新阻力补偿。2.实验中必须满足小车和砝码的总质量槽码的总质量。此时可认为槽码的重力近似等于绳的拉力此时可认为槽码的重力近似等于绳的拉力3.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，并应先接通电源，待打点稳定后，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。4.作图像时，要使尽可能多的点在所作直线
10、上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。远大于远大于例1 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法： (1)实验环境的等效法：_；(2)实验条件设计的科学方法：_； (3)实验原理的简化：_，即当小车质量M车远远大于m法时，细绳对小车的拉力大小近似等于法码重力m法g；(4)实验数据处理的科学方法：_；【牛刀小试】要点讲解解析解析(1)由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进行阻力补偿，以减小实验误差，称由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进行阻力补偿，以减小实验误差，称为阻力补偿法。为阻力补偿法。(5)由aM车图像转化为a 图像，所用的科学方法：_。 (以上各题均
11、选填“理想实验法”“图像法”“阻力补偿法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”)车M1(2)在探究加速度与力、质量的关系时，先保持其中一个量不变，来探究其他两个在探究加速度与力、质量的关系时，先保持其中一个量不变，来探究其他两个量之间的关系，称为控制变量法。量之间的关系，称为控制变量法。(3)当小车质量当小车质量M车车远大于远大于m法法时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码重力时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码重力m法法g，称为近似法。称为近似法。(4)通过图像研究实验的结果，称为图像法。通过图像研究实验的结果，称为图像法。答案答案(1)阻力补偿法 (2)控制变量法(3)近似法 (4)图像
12、法 (5)化曲为直法(5)在作图时，由aM车图像转化为a 图像，使图线由曲线转化为直线，称为化曲为直法。车M1F/N1.002.003.004.00a/(ms2)1.903.955.857.62表二(1)在如图所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图像。答案答案(1)如图所示例例3 两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图甲)。小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小。小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图乙)，控制两辆小车同时开始运动和结束运动。解析解析实验过程中，当
13、两小车质量相同时，砝码实验过程中，当两小车质量相同时，砝码(包括砝码盘包括砝码盘)重力越大，相同时间重力越大，相同时间内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若砝内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若砝码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，相同时间内位移越小，即加速度越码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，相同时间内位移越小，即加速度越小，进行测量分析知，加速度与质量成反比。如果砝码小，进行测量分析知，加速度与质量成反比。如果砝码(包括砝码盘包括砝码盘)的重力的重力G远小远小于小车的重力于小车的重力Mg时，时，G近似等于拉力近
14、似等于拉力F。答案答案加速度与拉力成正比加速度与质量成反比 GMg总结提升两种实验研究方法总结提升两种实验研究方法(1)控制变量法：当研究多个物理量间的变化规律时，为了简便，可设计保持其他物理量不变，只研究剩余两个变化物理量的关系，这种方法叫作控制变量法.两个相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮与槽码相连，改变槽码的数目进行多次实验，就可以验证质量一定的条件下，加速度与力的关系。(2)对比实验法：对比实验法在物理实验中经常用到。两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止(如图所示)。打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来。用刻度尺测出两
15、小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比。要点三创新方案设计要点三创新方案设计例例4 为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间t1、t2都可以被测量并记录。滑块连同上面固定的挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引钩码的质量为m。回答下列问题。(1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答：_。(2)若取M0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是_。A.m15 g
16、B.m215 gC.m340 g D.m4400 g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：_(用t1、t2、D、s表示)。解析解析(1)取下牵引钩码，滑块放在任意位置都不动；或取下牵引钩码，轻推滑块，取下牵引钩码，滑块放在任意位置都不动；或取下牵引钩码，轻推滑块，数字计时器记录的两个光电门的光束被遮挡的时间相等。数字计时器记录的两个光电门的光束被遮挡的时间相等。(2)在探究加速度与力关系的实验中，当钩码的质量与滑块连同上面固定的挡光片的在探究加速度与力关系的实验中，当钩码的质量与滑块连同上面固定的挡光片的总质量的关系是总质量的关系是mM时，才能近似认为
17、钩码受到的重力等于滑块受到的拉力，故选时，才能近似认为钩码受到的重力等于滑块受到的拉力，故选项项D不合适。不合适。答案答案见解析 小 结探究加速度与力、质量的关系1.研究方法：2.数据处理方法：3.结论：控制变量法图像法aF a 1m八.课后作业1.课后习题2.跟踪训练谢谢聆听！1本该过节的母亲却留在家里，要给母亲过节的家人却外出游玩。这一情节引人入胜；令人哑然失笑；突出了母亲形象2通读全文，我们能感受到：菜农是一位憨厚朴实、热爱生活、追求内心的宁静、做事专注认真、不怕别人嘲笑奚落的人。3.读了本文，我明白了在当今世俗的喧嚣中应保持自己内心的宁静，不为世俗所扰。文中的菜农能够在喧闹的菜市场沉浸
18、于书本的美好中，沉浸于内心的宁静中。在生活中，我不会因某次月考的成功而骄傲。而要保持内心的宁静，继续努力前行。4.概括文章的主要内容。通篇阅读，分出层次，梳理情节，全盘把握，根据题干要求找出事件的中心内容，用自己的语言简洁概括。如可概括为“我”见到菜农后发生的几件事及对他态度的变化，由此表达了对菜农的敬佩之情。5.“不怕别人嘲笑奚落的人”理解错误。菜农具有憨厚朴实，做事专注认真，热爱生活，追求内心的宁静，不为名利所累的性格特点。6.要求学生仔细阅读文本，结合文本内容分析“成长”的含义即可。注意从两方面。一方面特教学生的成长；另一方面：特教老师和校长的心路历程的成长。注意结合内容阐述。7.作者选择一个诗意场景和象征性物象，“花开、微风、花香”，渲染一种美好的氛围，暗示人们对美好事物的向往和追求，结尾再次照应渲染升华主题，达到“妈妈”和“花”互喻的效果。文字诗意灵动，唤起读者的审美感受，暗示并赞美“妈妈”最善最美的心灵 8这个镜头写出了人间父爱最动人的地方，为了孩子，做父亲的愿意牺牲自己的一切，愿意承担一切的辛酸痛苦，表现出父爱的无私、隐忍、深厚，令人感动。
