实验：探究加速度与力和质量的关系

1、2、实验：探究加速度与、实验：探究加速度与力、质量的关系力、质量的关系由牛一定律可知：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思考：思考： 物体加速度物体加速度a和哪些因素有关？你是怎和哪些因素有关？你是怎么知道的？么知道的？受力的大小受力的大小物体的质量物体的质量学习目标学习目标 ：1、学会通过实验探究物体加速度与、学会

2、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、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2、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，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事实告诉我们事实告诉我们:我们如何设计实验来验证这些关我们如何设计实验来验证这些关系

3、呢？系呢？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法1、保持物体的质量不变，测量物体在、保持物体的质量不变，测量物体在不同作用下的加速度，分析加速度与合不同作用下的加速度，分析加速度与合外力的关系。外力的关系。2、保持物体所受力合外力相同

4、，测量、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，不同质量的物体在该力下的加速度，分析加速度与质量的关系。分析加速度与质量的关系。测加速度法测加速度法方案一：方案一：实验装置实验装置图图方案一：方案一：一、实验原理一、实验原理1 1探究加速度探究加速度a a与力与力F F及质量及质量M M的关系时，应用的基本方法的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量是控制变量法，即先控制一个参量小车的质量小车的质量M M不变，讨论不变，讨论加速度加速度a a与力与力F F的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F F不不变，改变小车质

5、量变，改变小车质量M M，讨论加速度，讨论加速度a a与与M M的关系的关系2 2实验中需要测量的物理量和测量方法是：小车及砝码的实验中需要测量的物理量和测量方法是：小车及砝码的总质量总质量M M；用天平测出；用天平测出小车受到的拉力小车受到的拉力F F认为等于托盘和砝码的总重力认为等于托盘和砝码的总重力M Mg g. .小车的加速度小车的加速度a a利用纸带根据利用纸带根据xxaTaT2 2计算计算二、实验器材二、实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平板、小盘、砝

6、码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平( (带有带有一套砝码一套砝码) )、刻度尺、坐标纸、刻度尺、坐标纸三、实验步骤三、实验步骤1 1用天平测出小车和小盘的质量用天平测出小车和小盘的质量M M和和M M，把数值记录下来，把数值记录下来2 2按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细线系在小车上的细线系在小车上( (即不给小车加牵引力即不给小车加牵引力) )3 3平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可块薄木块，反复移动木

7、板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡4 4把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点打点完成后放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码5 5保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内

8、放入质量为m m的砝码，重复步骤的砝码，重复步骤4.4.在小盘内分别放入质量为在小盘内分别放入质量为m m，m m ，的砝码，再重复步骤的砝码，再重复步骤4.4.m m，m m，m m 的数值都的数值都要记录在纸带上要记录在纸带上( (或表格内或表格内) )6 6在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值7 7用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点若这些点在一条直线上

9、，便证明了加坐标平面上画出相应的点若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比速度与作用力成正比 F F N Na/ma/ms s -2 -20.150.150.300.300.450.450.600.600.750.750 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 -2 -21 12 23 34 45 50.10 0.10 0.1460.20 0.20 0.3020.30 0.30 0.4280.40 0.40 0.5920.50 0.50 0.751结论：质量一定时

10、，加结论：质量一定时，加速度与合外力成正比。速度与合外力成正比。即即aF8 8保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码( (也也需作好记录需作好记录) )，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a a，横坐标，横坐标表示小车砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出表示小车砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点，如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量相应的点，如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量成反比成反比m m kgkga/ma/ms s -2 -20.20.20.40.40.60.

11、60.80.81.01.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2a/ma/ms s -2 -20.20.20.40.40.60.60.80.81.01.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg /kg -1 -1m m1 1当当拉拉力力不不变变时时次数次数m/kgm/kga/m a/m s s -2 -21 12 23 34 45 5/kg /kg -1 -12.502.502.002.001.331.331.001.000.830.83m m1 10.400 0.400 0.

12、8610.500 0.500 0.6920.750 0.750 0.4701.000 1.000 0.3521.200 1.200 0.290结论：合外力一定时，结论：合外力一定时，加速度与质量成反比。加速度与质量成反比。即即a1/m四、注意事项四、注意事项1 1一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不力在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵

13、引力，并要让小车拖着打点的纸带运动要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动2 2实验步骤实验步骤2 2、3 3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力量，都不需要重新平衡摩擦力3 3每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出只有如此，小盘和大于小盘和砝码的总质量的条件下打出只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力砝码的总

14、重力才可视为小车受到的拉力4 4改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近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，再放开小车，且应在小车到打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车达滑轮前按住小车5 5作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧6 6作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些位，这样作

15、图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些误差分析：误差分析：1、纸带上点之间距离的测量误差，拉线与木、纸带上点之间距离的测量误差，拉线与木板不平行等都会造成误差。板不平行等都会造成误差。2、本实验中用小桶和沙的总重力代替小车受、本实验中用小桶和沙的总重力代替小车受到到 的拉力（实际上小车受到的拉力要小于小的拉力（实际上小车受到的拉力要小于小桶和沙的总重力），存在系统误差。小桶和桶和沙的总重力），存在系统误差。小桶和沙的总质量越接近小车的质量，误差就越大；沙的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小桶和沙的总质量越小于小车的质量，反之，小桶和沙的总质量越小于小车的质量，误差就越小。误差就越小

16、。3、平衡摩擦力时造成的误差。、平衡摩擦力时造成的误差。方案二：方案二：比较法比较法方案二方案二：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

17、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x1x2F1F2F1, F2，在相同的在相同的时间内时间内:x1= a1t221x2 = a2t221a1/ a2=x1/x2测量出测量出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

18、= = g g次次数数小车小车1 1小车小车2 212345位移位移x x1 1/cm/cm位移位移x x2 2/cm/cm(M(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 50502020303040406060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) )7070F F2 2 F F1 1x x2 2 / /x x1 10 0次数1234x x2 2x x1 1F F2 2F F1 1F Fa aa a1 1a a2

19、 2结论：质量一定时，加结论：质量一定时，加速度与合外力成正比。速度与合外力成正比。即即aF小车质量小车质量M=M= g,g,小盘质量小盘质量M M= = g,g,盘中砝码质盘中砝码质m m= = g g次次数数小车小车1 1小车小车2 212345(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/cm100100505015

20、0150200200250250车上砝码车上砝码 m m2 2（g g）位移位移x x2 2/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 2300300 x x2 2 / /x x1 10 0次数1234MM2 2 MM1 1x x2 2x x1 1MM2 2MM1 1MM1 1 MM2 2MM1 1MM2 2a am m1 1a a1 1a a2 2结论：合外力一定时，结论：合外力一定时，加速度与质量成反比。加速度与质量成反比。即即a1/m小结小结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：控制变量控制变量法法图象法图象法aF a1/mFam1在用实验探究加速度和力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，正确的是( )A实验的基本思想是：保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系.B实验的基本思想是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系.C在处理实验数据时，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一