4.2實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系(課件)高中物理

千錘百煉鑄就精品培養(yǎng)什么人/怎樣培養(yǎng)人/為誰培養(yǎng)人4.2實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系01實(shí)驗(yàn)思路02物理量的測(cè)量03實(shí)驗(yàn)方案一04實(shí)驗(yàn)方案二目錄/contents用大的力推物體，物體會(huì)獲得大的加速度；而用小的力推相同的物體，物體會(huì)獲得小的加速度。生活經(jīng)驗(yàn)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變速度發(fā)生了改變產(chǎn)生了加速度與力和質(zhì)量有關(guān)是否有關(guān)？加速度與力、質(zhì)量之間有什么樣的定量關(guān)系呢？導(dǎo)入新課力（F）是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因力是產(chǎn)生加速度（a）的原因質(zhì)量（m）反映了物體維持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的“能力”。實(shí)驗(yàn)探究a、F、m的關(guān)系加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。保持m不變，研究a與F的關(guān)系;保持F不變，研究a與m的關(guān)系。(控制變量法)導(dǎo)入新課Part.01實(shí)驗(yàn)思路【實(shí)驗(yàn)方法】：控制變量法【實(shí)驗(yàn)思路】：（2）加速度與質(zhì)量的關(guān)系：（1）加速度與力的關(guān)系：小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個(gè)數(shù)以改變小車所受的拉力。找出a與F的關(guān)系槽碼的個(gè)數(shù)不變（即保持物體所受拉力F不變），通過在小車上增加重物改變小車的質(zhì)量。找出a與m的關(guān)系【實(shí)驗(yàn)裝置】：學(xué)生電源打點(diǎn)計(jì)時(shí)器軌道紙帶、復(fù)寫紙鉤碼小車刻度尺其他：導(dǎo)線、細(xì)繩槽碼天平實(shí)驗(yàn)器材Part.02物理量的測(cè)量1.質(zhì)量的測(cè)量：天平可通過增減在小車上的砝碼的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)對(duì)小車質(zhì)量的改變。注意砝碼與槽碼的區(qū)別2.加速度的測(cè)量：方法二：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連在小車上，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)可測(cè)量加速度；方法三：利用比值法。由于a=(2x)/t2測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2，位移之比就是加速度之比方法一：如果物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則可利用刻度尺測(cè)量位移和秒表測(cè)量時(shí)間，然后由公式得a=(2x)/t2可算出;

TT（1）如何給小車施加一個(gè)可以測(cè)量的恒力T呢？直接用彈簧測(cè)力計(jì)拉小車，可以嗎？還是借助定滑輪和鉤碼來拉？3.力的測(cè)量：

mg（2）細(xì)線給小車提供的拉力是小車受到合力嗎？不計(jì)摩擦，小車：F合=T≈mg計(jì)摩擦，小車：F合=T-f≠T如何才能消除摩擦力的影響呢？當(dāng)M>>m時(shí)，可近似認(rèn)為小車所受的拉力F等于mg平衡摩擦力：把軌道的一端墊高，使重力的分力Gsinθ與摩擦力Ff平衡。具體操作：先不加細(xì)線，調(diào)整軌道，使小車剛好能勻速下滑（紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn)）。如果再加上細(xì)線，細(xì)線的拉力就等于小車受到的合力。GcosθGsinθGθθFNFf一次補(bǔ)償，多次測(cè)量懸掛的重物的重力大小等于繩的拉力嗎？當(dāng)鉤碼（或者沙桶、槽碼）質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，繩子的拉力F近似等于砝碼的重力mg。想一想Part.03實(shí)驗(yàn)方案一方案一：小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線、砝碼、槽碼、刻度尺、天平為器材，研究小車運(yùn)動(dòng)。傾斜木板補(bǔ)償摩擦力1.用天平測(cè)出小車的質(zhì)量。2.安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，平衡摩擦力。3.把細(xì)線系在小車上并繞過滑輪懸掛槽碼，將車?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。4.先打開計(jì)時(shí)器電源，再釋放小車，得到紙帶，并記下鉤碼重量。5.改變槽碼的重量，重復(fù)以上的步驟幾次。6.控制槽碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測(cè)幾組數(shù)據(jù)。7.設(shè)計(jì)表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)步驟探究加速度與力的關(guān)系（小車質(zhì)量一定）槽碼質(zhì)量m/g102030405060槽碼重力G/N0.10.20.30.40.50.6加速度a/(m.s-2)0.310.861.281.511.852.27××××××在誤差允許的范圍內(nèi)，加速度與力成正比。即：小車質(zhì)量一定時(shí):a∝F平衡摩擦力操作不當(dāng)?shù)娜N情況：(1)a圖線中，F(xiàn)≠0，a=0，知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分(斜面傾角偏小)；(2)b圖線中，F(xiàn)

=0，a≠0，知平衡摩擦力過度(斜面傾角偏大)；(3)c圖線的斜率減小，知質(zhì)量變大，可知未滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，即所掛鉤碼的質(zhì)量太大。數(shù)據(jù)處理探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系(F=0.2N，小車所受拉力一定)小車的質(zhì)量m/g184.8204.8224.8244.8264.8284.8加速度a/(m.s-2)0.860.750.680.620.550.53××××××××××××加速度與質(zhì)量的關(guān)系(F=0.2N，小車所受拉力一定)m/g184.8204.8224.8244.8264.8284.61/m(kg-1)5.414.884.444.083.783.51a/(m.s-2)0.860.750.680.620.550.53××××××在誤差允許的范圍內(nèi)，加速度與力成正比。即：

我們很難直觀看出圖線是否為雙曲線，如果a-m圖像是雙曲線，則a

與m成反比，也就是a與成正比。平衡摩擦力時(shí)不要掛小盤，平衡摩擦力后，不管以后是改變小盤中重物的質(zhì)量，還是改變小車上所加砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。實(shí)驗(yàn)時(shí)要先接通電源后放開小車。實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和小車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物和小盤的總質(zhì)量。只有如此，重物和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等。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)離帶滑輪的一端)，且在小車到達(dá)滑輪前應(yīng)按住小車。作圖線時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍去不予考慮。注意事項(xiàng)◆誤差分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)明顯不共線——彎曲圖線①軌道粗糙程度不均勻②砂桶總質(zhì)量m沒有遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M0a*證明：當(dāng)m<<M時(shí)，a--F圖像下彎（斜率變?。┑珜?shí)際上當(dāng)小車質(zhì)量M恒定：理論上應(yīng)該是正比例圖像【誤差來源】

1．測(cè)量誤差：（1）質(zhì)量的測(cè)量．（2）打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量．2．操作誤差(偶然誤差)：（1）拉線或紙帶不與木板平行．（2）傾斜角度不當(dāng)，平衡摩擦力不準(zhǔn)．

3．原理誤差（系統(tǒng)誤差）：本實(shí)驗(yàn)中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差.Part.04實(shí)驗(yàn)方案二方案二：以小車(兩輛)、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、粗線、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、黑板擦或?qū)捒趭A子為實(shí)驗(yàn)器材，研究小車的運(yùn)動(dòng)。保持力不變保持小車質(zhì)量不變由于兩小同時(shí)啟動(dòng)、同時(shí)停止,故運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等(v０＝０；ｔ相同)實(shí)驗(yàn)方案原理x1x2F1F2在相同的時(shí)間內(nèi)，兩小車移動(dòng)的距離分別為:(v０＝０；ｔ相同)a1/

a2=x1/x2測(cè)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。讓兩小車的質(zhì)量相同m1=m2，兩托盤鉤碼的個(gè)數(shù)不同F(xiàn)1≠F2

。探究a與F的關(guān)系時(shí):探究a與m的關(guān)系時(shí):

讓兩托盤鉤碼的個(gè)數(shù)相同(F1=F2)

兩小車的質(zhì)量不同m1≠m2

。

傾斜木板補(bǔ)償摩擦力

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(F2大小)砝碼質(zhì)量m′2(g)3005020304060砝碼質(zhì)量m′1(g)(M′+m′1)g(F1大小)7010

0小車質(zhì)量一定:加速度與力的關(guān)系F2/F1x2/x10次數(shù)1234x2x1F2F1Fa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)-M1(M+m2)-M2300′650車上砝碼質(zhì)量m1(g)位移x1/cm10050150200250車上砝碼質(zhì)量m2(g)位移x2/cm300小車所受拉力一定:加速度與質(zhì)量的關(guān)系x2/x10次數(shù)1234x2x1M2M1M1/M2M1M2am1（注意：這里的力指的是物體所受的合外力）1.m一定，加速度a與F的定量關(guān)系：2.F一定，加速度a與m的定量關(guān)系:實(shí)驗(yàn)結(jié)論加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系：Part.051.利用氣墊導(dǎo)軌探究不需要平衡摩擦力光電門數(shù)字計(jì)時(shí)器彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)的兩倍就等于小車所受到的拉力2.利用彈簧測(cè)力計(jì)(水平懸掛)探究彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就是小車所受到的拉力3.利用彈簧測(cè)力計(jì)(豎直懸掛)探究力傳感器示數(shù)的兩倍就等于小車所受到的拉力4.利用力傳感器探究

控制變量的方法是指在研究和解決問題的過程中，對(duì)影響事物變化規(guī)律的獨(dú)立因素加以人為控制，使其中只有一個(gè)因素按照特定的要求發(fā)生變化，而其他因素保持不變，以利于尋找事物發(fā)展變化的規(guī)律的方法。例如，在研究某個(gè)物理量y與另外兩個(gè)變量x1、x2的關(guān)系時(shí)，先固定一個(gè)變量x2不變，研究y與另一個(gè)變量x，之間的定量關(guān)系；然后再固定變量x1不變，研究y與x2之間的關(guān)系。

本節(jié)在探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系時(shí)，就采用了控制變量的方法。以后在研究涉及多個(gè)變量的規(guī)律時(shí)，還會(huì)用到控制變量的方法，它是科學(xué)研究中常用的一種方法?？茖W(xué)方法：控制變量法練一練某組同學(xué)實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，畫出a?F圖如圖所示，那么該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題可能是()A.

實(shí)驗(yàn)中平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板墊起的角度太小B.

實(shí)驗(yàn)中平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板墊起的角度太大C.

實(shí)驗(yàn)中繩子拉力方向沒有跟平板平行D.

實(shí)驗(yàn)中不滿足“砂桶和砂的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量”的條件B

在探究“加速度與力、質(zhì)量的”關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于小車所受的合力，下列敘述中正確的是（）

A．小車所受合力就是所掛吊盤和砝碼的重力

B．小車所受合力的大小等于吊盤和砝碼通過細(xì)繩對(duì)小車的拉力。

C．只有平衡摩擦力后，小車所受合力才等于細(xì)繩對(duì)小車的拉力

D．只有平衡摩擦力后,且小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于吊盤與砝碼的總質(zhì)量時(shí)小車所受合力可以認(rèn)為等于吊盤和砝碼的重力

D練一練如圖所示是某同學(xué)做探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，已接通電源正要釋放紙帶時(shí)的情況．請(qǐng)你指出該同學(xué)的五個(gè)錯(cuò)誤．

答案①應(yīng)用低于6V的交流電源

②應(yīng)在木板的右端

③應(yīng)使小車左端的線與木板平行

④應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

⑤應(yīng)墊高右端平衡摩擦力

練一練Part.01典例分析【例題1】在研究作用力F一定時(shí)，小車的加速度a與小車(含砝碼)質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，某同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A.用天平稱出小車和所掛槽碼的質(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槽碼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，釋放小車，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．保持所掛槽碼的質(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(cè)量并計(jì)算出加速度的值G．作a-M關(guān)系圖像，并由圖像確定a與M的關(guān)系(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_____________，該步驟應(yīng)排在步驟________之后。(2)在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是步驟________，應(yīng)把________________改為________________。(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖遣襟E__________，應(yīng)把________改為________。解析：

平衡摩擦力BD6V電壓的蓄電池約6V的交流電源Ga--M圖像

解析：【例題2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖。(1)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2(保留兩位有效數(shù)字，交流電的頻率為50Hz)。

3.2實(shí)驗(yàn)次數(shù)物理量12345678小車加速度a/(m·s－2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg－14.003.453.032.502.001.411.000.60解析：【例題2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖。

解析：【例題2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖。(3)保持小車質(zhì)量不變，改變槽碼質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖線，如圖所示。該圖線不通過原點(diǎn)，請(qǐng)你分析其主要原因是______________________________。(3)由圖可分析，當(dāng)加速度a為零時(shí)，拉力F并不為零，說明實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力。解析：【例題3】如圖所示，某同學(xué)利用圖示裝置做“探究加速度與物體所受合力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。在氣墊導(dǎo)軌上安裝了兩個(gè)光電門1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊通過繞過兩個(gè)滑輪的細(xì)繩與彈簧秤相連，實(shí)驗(yàn)時(shí)改變鉤碼的質(zhì)量，讀出彈簧秤的不同示數(shù)F，不計(jì)細(xì)繩與滑輪之間的摩擦力。(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，本實(shí)驗(yàn)__________(選填“需要”或“不需要”)將帶滑輪的氣墊導(dǎo)軌右端墊高，以平衡摩擦力；實(shí)驗(yàn)中__________(填“一定要”或“不必要”)用天平測(cè)出所掛鉤碼的質(zhì)量；滑塊(含遮光條)的加速度__________(選填“大于”“等于”或“小于”)鉤碼的加速度。(1)此實(shí)驗(yàn)用氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌水平時(shí)滑塊與導(dǎo)軌之間沒摩擦力，所以不需要墊高氣墊導(dǎo)軌右端平衡摩擦力；滑塊受到的拉力可以用彈簧秤測(cè)出，不需要用天平測(cè)出所掛鉤碼的質(zhì)量；因鉤碼掛在動(dòng)滑輪上，則滑塊的加速度等于鉤碼加速度的2倍，即滑塊(含遮光條)的加速度大于鉤碼的加速度。不需要不必要大于(2)某同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，未掛細(xì)繩和鉤碼，接通氣源，推一下滑塊使其從軌道右端向左運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)遮光條通過光電門2的時(shí)間大于通過光電門1的時(shí)間，該同學(xué)疏忽大意，未采取措施調(diào)節(jié)導(dǎo)軌，繼續(xù)進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)步驟(其他實(shí)驗(yàn)步驟沒有失誤)，則該同學(xué)作出的滑塊(含遮光條)加速度a與彈簧秤拉力F的圖像可能是__________(填圖像下方的字母)。解析：【例題3】如圖所示，某同學(xué)利用圖示裝置做“探究加速度與物體所受合力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。在氣墊導(dǎo)軌上安裝了兩個(gè)光電門1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊通過繞過兩個(gè)滑輪的細(xì)繩與彈簧秤相連，實(shí)驗(yàn)時(shí)改變鉤碼的質(zhì)量，讀出彈簧秤的不同示數(shù)F，不計(jì)